Author: Кувприенко О.Г.
Tags: тяга поездов на железных дорогах подвижной состав железнодорожный транспорт машиностроение тепловозы
ISBN: 5-89035-144-3
Year: 2006
Text
Тепловозы.
Назначение и устройство
Под редакцией О, Г. Куприенко
Рекомендовано
Управлением кадров, учебных заведений и правового обеспечения
Федерального агентства железнодорожного транспорта
в качестве учебника для учащихся образовательных учреждений
железнодорожного транспорта,
осуществляющих профессиональную подготовку
Москва
2006
УДК 629.424.1
ББК 39.235
Т343
Тепловозы. Назначение и устройство: Учебник д ля образовательных учреждений ж.-д. транс-
Т 343 порта, осуществляющих профессиональную подготовку / О.Г. Куприенко, Э.И. Нестеров,
С.И. Ким, А.С. Евстратов; Под ред. О.Г. Куприенко. — М.: Маршрут, 2006. — 280 с.
ISBN 5-89035-144-3
В учебнике кратко изложена история создания отечественных тепловозов, приводятся техничес-
кие характеристики тепловозов, эксплуатирующихся на российских железных дорогах.
Описаны назначение, устройство и принципы действия оборудования тепловозов: дизелей, пе-
редач мощности, электрических машин, аппаратов и цепей, экипажной части, вспомогательных
систем и др.
Предназначен для подготовки машинистов и помощников машинистов тепловозов, а также ра-
ботников локомотивных депо.
УДК 629.424.1
ББК 39.235
Авторы: инженер О.Г. Куприенко — введение, п. 1.1, титульное редактирование книги; канд.
техн, наук Э.И. Нестеров —гл. 1 (кроме п. 1.1), 2, 3; канд. техн, наук С.И. Ким — гл. 4; д-р техн,
наук А.С. Евстратов — гл. 5—9.
Рецензенты: зам. начальника отдела ЦТ МПС РФ В.А. Заботин; зам. директора Учебно-
воспитательного комплекса железнодорожного профиля № 60 г. Москвы В. С. Сирота', директор
ОАО «Людиновотепловоз» С.М. Фомин.
ISBN 5-89035-144-3
© Куприенко О.Г., Нестеров Э.И., Ким С.И.,
Евстратов А.С., 2006
© Оформление. УМЦ по образованию
на железнодорожном транспорте
(Издательство «Маршрут»), 2006
ОТ АВТОРОВ
Отечественные инженеры создали много серий тепловозов для поездной и маневровой
работы, организовали систему эксплуатации и ремонта их.
На железные дороги поступают всё более совершенные дизельные локомотивы. Ус-
пешное использование их во многом зависит от подготовленности тех, кто управляет теп-
ловозом или ремонтирует его в депо либо на заводе, знает назначение и устройство тепло-
возного оборудования, понимает процессы, происходящие при эксплуатации и стендовых
испытаниях агрегатов и узлов, т.е. своим трудом влияет на надёжность и соблюдение тех-
нических характеристик локомотивов, чтобы обеспечить безопасную и бесперебойную ра-
боту железнодорожного транспорта.
Каждый из авторов не один десяток лет увлечённо занимается тепловозным делом,
был и свидетелем и участником развития тепловозной тяги.
На основе своего производственного и преподавательского опыта авторы поставили
цель: помочь локомотивным бригадам и ремонтникам разобраться в этих и других про-
блемах, предугадать вопросы, возникающие при изучении конструкции тепловозного обо-
рудования. Авторы надеются, что учебник пробудит интерес к более глубокому изучению
теплотехники, термодинамики, электроники, тяги поездов и других наук, активизирует твор-
ческое начало, побуждающее совершенствоваться в своём деле. Есть очень много приме-
ров, когда машинист или слесарь предлагали инженерам удачные решения, ибо перед со-
вершенствованием техники все равны, а лучший тепловоз ещё не создан.
В учебнике описаны некоторые этапы изменения конструкции оборудования, но глав-
ное внимание уделено современным дизельным локомотивам, составляющим тяговый парк
в настоящее время.
Создатели учебника советуют не ограничиваться представленной книгой, а обращать-
ся также к специальной литературе, статьям в журналах, инструкциям, опыту коллег. Кро-
ме расширения технических знаний, это поможет понять значимость локомотива в желез-
нодорожном деле, гордиться избранной профессией.
Авторы с вниманием и благодарностью примут отзывы и пожелания о книге с учётом
того, что это первый опыт выпуска такого учебника для подготовки специалистов-тепло-
возников массовых профессий.
Авторы признательны рецензентам инженерам В.А. Заботину, В.С. Сироте, С.М. Фоми-
ну, редактору к.т.н. А.С. Нестрахову и заведующему кафедрой «Локомотивы и локомотивное
хозяйство» МГУПС (МИИТ) В.И. Киселёву за полезные советы по содержанию учебника.
Глава 1. ТЕПЛОВОЗ КАК ЛОКОМОТИВ
1.1. Необходимость тепловозной тяги
и история создания отечественных тепловозов
Для облегчения перемещения громоздких предметов древние египтяне и римляне
пользовались каменными направляющими, т.е. своеобразными рельсами. Веками подби-
рались материалы для рельсов и изобретались способы передвижения, но перевозки огра-
ничивались короткими расстояниями. Изготовление в 1738 г. металлических рельсов не
создало железнодорожный транспорт с организованным движением поездов, поскольку
отсутствовало совершенное движущее устройство.
Поиски изобретателей и по сей день идут по двум направлениям: передвигать повозки
приспособлениями от неподвижных установок или тянуть их самостоятельно движущимся
устройством, в котором тогда стремились использовать паровую машину.
После неудачных и даже трагических попыток изобретателей разных стран 27 сентября
1825 г. на металлические рельсы встал и потащил повозки паровоз англичанина Джорджа
Стефенсона (1781—1848). Стефенсон не был первым и единственным изобретателем парово-
за, но его творение превозмогло конную тягу и годилось для повсеместного распростране-
ния, потому что этот «locomotion» (от латинских слов locus — место и motio — движение)
представлял из себя двигатель повозок с собственным источником энергии движения, пере-
двигавший сам себя, т.е. самовоз (это слово есть в «Кратком техническом железнодорожном
словаре» выпуска 1946 г. Теперь «самовоза» нет даже в толковом словаре русского языка).
Стефенсон, опираясь на опыт своих предшественников, построил паровоз не только
как великое техническое сооружение, но и создал локомотивную тягу. Паровоз Стефенсо-
на воплотил в себе не только силовую установку, от которой вращаются колёса для пере-
движения состава поезда. Паровоз стал средством эксплуатации железных дорог. Поэтому
27 сентября 1825 г. во всем мире считается датой создания железных дорог. Вот как велико
значение локомотива!
В России проект первой в мире оригинальной универсальной паровой машины разра-
ботал в 1763 г. первый русский теплотехник И.И. Ползунов (1728—1766). Пущенная в экс-
плуатацию через три месяца после его смерти другая спроектированная им машина, при-
носившая прибыль, через 43 дня была остановлена для ремонта котла, затем сломана
невежественными недоброжелателями и предана забвению.
За рубежом первую паровую машину, пригодную для эксплуатации, в 1774 г. построил
англичанин Джеймс Уатт (1736—1819), получивший в 1784 г. патент на универсальный
паровой двигатель.
В России изготовление паровых машин возобновили в 1824 г. крепостные отец Е.А. Че-
репанов (1774—1842) и сын М.Е. Черепанов (1803—1849). В августе 1834 г. они построили
на Выйском заводе, входившем в состав Нижнетагильского завода, первый российский
паровоз из отечественных материалов с оригинальным механизмом обратного хода. Па-
ровозы Черепановых обслуживали внутризаводскую железную дорогу.
В 1834 г. в Россию прибыл австрийский профессор Ф. Герстнер (1793—1840), которому
царь отдал предпочтение в строительстве первой железной дороги, открытой в 1837 г. Для
неё за рубежом закупалось всё: от болтов и гаек до специально спроектированных парово-
зов. Опыт отечественного паровозостроения царизм в духе тех времён проигнорировал.
4
Итак, локомотивами являются все виды тяговых средств с собственным источником
энергии движения: паровозы, турбовозы или паротурбовозы (паровозы с паровыми тур-
бинами), тепловозы, газотурбовозы, локотракторы (маневровые тепловозы), мотовозы,
дизель-поезда, автомотрисы, автовагоны, автосекции (с аккумуляторами и т.п.). Автомот-
рисами являются изделия Мытищинского завода, которые по незнанию называют «рель-
совыми автобусами», но это не автобусы, приспособленные для железнодорожной колеи,
чем занимались много лет назад.
По существу определения, электровозы, электропоезда, электросекции локомотивами
не являются, так как они получают энергию извне для тяги поездов от неподвижной элект-
рической станции. Однако в эксплуатации электровозы и электропоезда приравнены к ло-
комотивам, так как они считаются тяговыми единицами. В XIX столетии электровозом
называли даже паровозный поворотный круг, если он приводился в движение электродви-
гателем. Ещё в 20-х гг. XX в. в литературе использовались понятия «электровоз», «элект-
родизель-локомотив», «дизель-электровоз», «теплоэлектровоз» (т.е. тепловоз с электропе-
редачей) и «электровоз с проводом (или с проволокой)», «электромотив», электролокомотив
(нынешний электровоз), поскольку все они — результат электрификации тяговых средств.
Название «тепловоз» — это перевод-заимствование с немецкого языка «Thermo
Lokomotive», идею которого отвергли в паровозном комитете Германских железных дорог
в 1905 г. Оно стало прививаться в начале XX в., вытеснив отечественные понятия «нефте-
воз» и «дизелевоз». В литературе можно встретить понятие «автономный локомотив». Та-
кая тавтология применяется для тепловозов.
Локомотив со времени своего создания вызвал две вечные особенные проблемы: как
техническое сооружение — это взаимодействие с рельсами; как средство эксплуатации же-
лезных дорог — это потребительское значение для организаторов перевозок. Обе эти про-
блемы необходимо учитывать в практической работе для безопасного и бесперебойного
движения поездов.
Противники первой железной дороги с паровозами в Великобритании, отстаивая ин-
тересы конной тяги, приводили, в частности, доводы: коровы перестанут пастись, куры
прекратят нести яйца, отравленный паровозами воздух будет убивать птиц. Да, недоволь-
ство паровозами было и есть у защитников природной среды. Но более сильное недоволь-
ство паровозами высказывали даже самые талантливые изобретатели их. Причина — низ-
кий коэффициент полезного действия (до 9 %), который ещё в 20-х гг. прошлого века
называли отдачей.
Десятки лет теоретики и практики, учёные и инженеры, конструкторы и эксплуатаци-
онники совершенствовали паровоз, не остаются без их внимания и по сей день поиски про-
изводительного использования твёрдого топлива в локомотивах.
Однако низкий кпд паровоза обусловлен самой природой даже идеальной паровой
машины, ибо, согласно второму началу термодинамики, невозможно создать вечный дви-
гатель второго рода, т.е. такую периодически действующую машину, которая целиком пре-
вращала бы в работу всю теплоту, получаемую от какого-нибудь одного внешнего источ-
ника. Реальный термодинамический кпд получается значительно ниже теоретического из-за
потерь: в котле, от охлаждения стенок цилиндров, утечек, внутреннего трения и т.д.
Для существенного повышения кпд локомотива потребовалось заменить паровую маши-
ну внешнего сгорания топлива более совершенной. Такой машиной стал изобретённый в 1897 г.
немецким инженером Р. Дизелем (1858—1913) и названный его фамилией двигатель внутрен-
него сгорания с самовоспламенением жидкого топлива от сжатия воздуха в рабочем цилиндре.
Таким образом, создание тепловоза — это результат развития локомотива, которым пер-
воначально был паровоз. Поэтому опыт организации создания, совершенствования, эксплуа-
5
тации, обслуживания и ремонта локомотивов, подготовки кадров и лучшие традиции предше-
ственников-паровозников нужно изучать и использовать применительно к тепловозному делу.
Инженерная и научная мысль России в начале прошлого века изучала целесообраз-
ность соединения дизеля с паровозом и возможность постройки оригинального локомоти-
ва с двигателем внутреннего сгорания. В России первыми в мире инженер Н.Г. Кузнецов и
полковник А.И. Одинцов разработали проект «автономного электровоза», т.е. тепловоза с
электрической передачей.
8 декабря (по старому стилю) 1905 г. Н.Г. Кузнецов и А.И. Одинцов сообщили заседанию
Русского технического общества о своём проекте, который был одобрен. В дальнейшем они
предполагали предложить проект тепловоза с установкой двигателей внутреннего сгорания
общей мощностью до 1000 л.с. По сути, Кузнецов и Одинцов первыми в мире заложили основы
устроения тележечных тепловозов с электропередачей и индивидуальным осевым приводом, с
двумя независимыми силовыми установками на одной раме локомотива, с электрической пе-
редачей мощности от дизеля к каждой обособленной оси движущих колёсных пар, с подкры-
шевым расположением устройства для охлаждающих дизель жидкостей, с двумя постами уп-
равления внутри кузова. Такому локомотиву не требовался поворотный круг, а две независимые
силовые установки обеспечивали движение поезда при выходе строя одной из них. Эти прин-
ципы впоследствии использовались в тепловозостроении.
Но проекты Кузнецова и Одинцова не осуществили, хотя Россия выпускала дизели и
электрооборудование, в 1903 г. создала первый в мире дизель-электроход «Вандал». В от-
личие от Западной Европы, Россия обладала большими запасами нефти, обширными без-
водными районами и многими местностями с очень жесткой водой (она пагубно сказыва-
лась на эксплуатации котлов паровозов), что требовало введения тепловозной тяги.
Причину профессор Ю.В. Ломоносов (1876—1952) объяснил так: «Вопрос о введении
тепловозов бесспорно представляет жгучий интерес. Но, начиная с Петра Великого, мы на-
столько привыкли во всём равняться по Западу, что и в тепловозном вопросе долго не реша-
лись выступить самостоятельно, а всё поджидали указаний западноевропейской практики».
До первой мировой войны на заводах, железных дорогах, в учебных заведениях выдвига-
лось и разрабатывалось много разных проектов тепловозов. Отечественные новаторы стреми-
лись повысить кпд локомотива и избавиться от необходимости заправлять тепловоз водой.
В 1909—1913 гг. Коломенским машиностроительным заводом разрабатывался неосу-
ществлённый проект тепловоза с электрической передачей общей мощностью двух дизелей
1000 л.с. Для проекта тепловоза Ташкентской железной дороги с участием Ю.В. Ломоно-
сова в июле 1914 г. МПС решилось на кредиты, но они были закрыты через несколько дней
в связи со вступлением Российской империи в мировую войну.
В 1913 г. Общество по постройке термолокомотивов (Дизель-Клозе-Зульцер) в городе
Винтертур (Швейцария) с участием заводов «Братья Зульцер» и «Борзиг» (Берлин) созда-
ло для Прусских железных дорог тепловоз с двухтактным двигателем внутреннего сгора-
ния мощностью 960 л.с. В локомотиве, кроме главного дизеля, был вспомогательный ди-
зель-компрессор с резервуарами воздуха для запуска дизеля и разгона тепловоза до 10 км/ч,
после чего от коленвала главного дизеля движение передавалось к колёсам спарниками.
Этот тепловоз преследовали поломки. Начавшаяся мировая война ограничила даже опыт-
ные поездки. Но этот локомотив на практике доказал необходимость применения устрой-
ства передачи мощности от дизеля к движущим колёсам для обеспечения пуска дизеля,
разгона поезда и изменения режимов тяги, т.е. идеи Кузнецова и Одинцова.
Паровая машина приходит в действие сразу же после пуска в неё пара и действует при
скоростях поршня от нуля до наибольшей, обеспечивая при непосредственном соединении
6
с колёсами движение паровоза. Рабочий процесс дизеля может начаться с подачи распы-
лённого топлива в рабочий цилиндр, если в нем находится нагревшийся до определённой
температуры воздух, что достигается сжатием его в предшествующем ходе поршня. Поэто-
му коленчатый вал дизеля раскручивается внешней силой до достижения поршнями скоро-
стей, при которых от сжатия температура воздуха повышается до величины, необходимой
для воспламенения топлива. Пускать в действие дизель, соединённый непосредственно с
движущимися колёсами, т.е. под нагрузкой, когда требуется наибольшая сила тяги, чрез-
вычайно трудно. Опыт поездок тепловоза для Прусских железных дорог показал, что тре-
буется очень большой запас сжатого воздуха, для выработки которого необходим допол-
нительный дизель-компрессор, в результате чего кпд тепловоза едва превышает паровозный.
У паровоза сила тяги регулируется наполнением цилиндров паром. При почти посто-
янной мощности силу тяги можно увеличить с уменьшением скорости движения локомоти-
ва. У тепловоза наибольшая сила тяги почти постоянна, независимо от числа оборотов
коленчатого вала дизеля, а мощность прямо пропорциональна числу оборотов коленчато-
го вала. Следовательно, дизель не удовлетворяет сущности железнодорожного движения,
в котором скорость и сила тяги неоднократно меняются от нуля до наибольшей. Поэтому
для гибкого соответствия изменениям нагрузки и скорости в тепловозах применяется пере-
дача мощности от дизеля к движущим колёсам локомотива. Так обеспечиваются практи-
ческое постоянство мощности и частоты вращения коленчатого вала при изменении числа
оборотов движущих колёс локомотива от нуля до наибольшей, а также пуск и остановка
дизеля при неподвижном и движущемся тепловозе. Была высказана идея о специальном
локомотивном дизеле, который соответствовал бы требованиям тяги, как паровая маши-
на. До сих пор эту идею не смогли осуществить.
Теоретические обоснования, опытная эксплуатация, научные исследования и плодо-
творные дискуссии по разным видам передач на практике привели к предпочтению:
1) электрической передаче (тяговый генератор, тяговые электродвигатели);
2) гидравлической (мощность передаётся через гидравлические аппараты рабочей жид-
костью) или гидромеханической (мощность может передаваться, помимо гидроаппаратов,
через механическую передачу);
3) механической (варианты включения шестерён и зубчатых колёс).
В результате первой мировой и гражданской войн и интервенции в Россию 14 госу-
дарств были выведены из строя до 60 % паровозов страны. Для восстановления работоспо-
собности и развития тяговых средств, кроме других мер, Совет Труда и Обороны РСФСР 4
января 1922 г., по инициативе Предсовнаркома В.И. Ленина, принял постановление о по-
стройке тепловозов. Эта дата отмечается как начало тепловозостроения в нашей стране.
10 марта и 31 октября 1922 г. Совет Народных Комиссаров РСФСР постановил в рам-
ках Российской железнодорожной миссии, закупавшей паровозы в Германии и Швеции,
построить один тепловоз Юэ с электропередачей, один тепловоз Юм с механической пере-
дачей по проектам коллектива, возглавляемого профессором Ю.В. Ломоносовым (1876—
1952), и один тепловоз Юш с механическим генератором газа по проекту А.Н. Шелеста
(1878—1954) — за счёт средств, отпущенных на приобретение паровозов. Буква Ю была
присвоена тепловозам потому, что она осталась свободной после введения системы бук-
венных обозначений локомотивов в 1912 г.
Кроме этого, Теплотехническому институту с привлечением технического комитета
Народного комиссариата путей сообщения (НКПС) под общим руководством и финанси-
рованием Госплана поручалось построить тепловоз Юэ с электропередачей по проекту,
который разрабатывался профессором Я.М. Гаккелем (1874—1945).
7
19 января 1922 г. началось изготовление тяговых электродвигателей на заводе «Элект-
росила», а 5 августа 1924 г. тепловоз Юэ № 002 мощностью 1030 л.с. впервые двинулся по
путям Балтийского судостроительного завода. В изготовлении тепловоза участвовали за-
воды «Красный путиловец» (ныне Кировский) и «Электрик». 7 ноября 1924 г. тепловоз
совершил первую поездку по путям Октябрьской железной дороги. Затем тепловоз обозна-
чался ГЭ1 (Гаккеля, с электропередачей), Щ-ЭЛ-1 и Щэл1. Буква Щ означала: тепловоз по
мощности приблизительно равен паровозу с такой буквой.
1 марта 1922 г. по договору со шведской фирмой «Нидквист и Гольм», строившей для
нашей страны паровозы Эш, предстояло выпустить тепловозы Юэ, 10м и Юш взамен трёх паро-
возов, но в связи с уменьшением поставок этот договор был аннулирован 28 июля 1922 г. По
предварительному соглашению с германской фирмой «Гогенцоллерн» работы проводились
в Дюссельдорфе, но 13 января в город вошли оккупационные войска Франции согласно Вер-
сальскому мирному договору об окончании первой мировой войны. Только в августе 1922 г.
удалось по дополнительному соглашению с фирмой «Гогенцоллерн» завершить создание теп-
ловоза Юэ с электрической передачей мощностью 1200 л.с. на заводе фирмы «Эслинген» (близ
Штутгарта). Постройка закончилась 5 июня 1924 г., 6 ноября тепловоз Юэ001 был испытан в
пробеге по рельсовой колее 1524 мм и принят международной комиссией из представителей
СССР, Германии, Нидерландов, Великобритании и других стран. Эти представители запрото-
колировали: «Судя по результатам опытов над тепловозом Юэ001, создание этого тепловоза
и опыты с ним вывели идею тепловоза из стадии академического изучения и воплотили её в
формы, пригодные для несения регулярной товарной службы. Последний факт заслуживает
быть отмеченным на страницах истории железнодорожной техники».
Таким образом, тепловозы Юэ явились первыми в мире работоспособными мощными
магистральными тепловозами.
20 января 1925 г. тепловоз Юэ001 прибыл в Советский Союз. Он получил обозначение
Э-ЭЛ-2, а затем Ээл2. 4 февраля 1925 г. его зачислили в инвентарный локомотивный парк.
Эта дата считается началом тепловозной тяги в СССР. 30 декабря 1925 г. в инвентарный
парк включили тепловоз Щэл1. Многие неисправности дизеля и электрооборудования вы-
нудили тепловозную комиссию НКПС локомотив от эксплуатации в декабре 1927 г. отста-
вить. В дальнейшем он стал музейным экспонатом.
Тепловоз Ээл2 эксплуатировался по 1954 г., когда был исключён из инвентаря и утра-
чен. Он послужил прототипом для тепловозов Ээл, выпускавшихся Коломенским заводом
в 1931—1937 г.
Тепловоз Юм мощностью 1200 л.с., построенный в 1926 г. фирмой «Гогенцоллерн» по
проекту Ю.В. Ломоносова, получил обозначение Юм № 005, затем его обозначили Э-МХ-3 и
Эмх. В эксплуатации механическая передача оказалась ненадёжной и способствовала разры-
ву поездов. В начале 30-х гг. прошлого века он был окончательно снят с эксплуатации.
Тепловоз Юш не был построен. Был только изготовлен в Великобритании эксперимен-
тальный агрегат, который перевезли в лабораторию Московского высшего технического
училища в 1927 г.
В 1925 г. профессор Ю.В. Ломоносов написал: «Сейчас много споров идет о том, кто
«изобрел тепловоз». Когда подобный вопрос был задан Стефенсону, он ответил: «Паровоз —
изобретение не одного человека, а целого поколения инженеров-механиков». Правда, в
историю паровоз вошёл вместе с именем Стефенсона, благодаря железной энергии которо-
го его удалось ввести в жизненный обиход. В этом смысле тепловоз ещё не изобретён; борь-
ба за него впереди. Но слова Стефенсона в применении к тепловозу представляются мне
пророческими, потому что успех его может быть обеспечен только в том случае, если на его
8
усовершенствование будет обращено коллективное творчество всего нашего поколения
техников как тепловых, так и железнодорожных».
Первые тепловозы поступили в паровозное (Ээл2) и вагонное (Щэл1) депо станции
Москва Октябрьской железной дороги. В январе 1926 г. НКПС утвердил первый опытный
тепловозный участок Москва—Курск протяжённостью 537 км, а в мае 1926 г. преобразо-
вал этот участок в тепловозную базу на станции Люблино с правами самостоятельной же-
лезной дороги. В 1927 г. базу перевели на территорию Можереза (Московского железнодо-
рожного ремонтного завода, с 1936 г. — Люблинский литейно-механический завод). Осенью
1927 г. конструкцию и эксплуатацию первых в мире советских магистральных тепловозов
изучали специалисты Северо-Американских Соединённых Штатов, а затем в Соединён-
ных Штатах и в других странах приступили к строительству таких магистральных локомо-
тивов, использовав опыт СССР.
Июньский пленум ЦК ВКП(б) 1931 г. принял резолюцию: «Признавая необходимым
введение на безводных линиях тепловозов, одобрить план перевода в течение 1932—1933 гг.
линий Красноводск—Чарджоу, Сальск—Батайск, Сталинград—Тихорецкая на тепловозную
тягу». Тепловозы из опытно-эксплуатационной базы в Люблино переместили для рядовой
эксплуатации в Ашхабад. Ашхабадская железная дорога, выделившаяся 1 июля 1936 г. из
Среднеазиатской, становилась первой в мире тепловозной. На неё поступали тепловозы Ко-
ломенского машиностроительного завода, который с 1931 по 1937 гг. построил 37 теплово-
зов серии Ээл мощностью 1200 л.с. и три маневровых серии Ол мощностью 600 л.с.
В 1935—1938 гг. в Ашхабаде построили специальные мастерские для всех видов ре-
монта и изготовления запасных частей тепловозов. Удельные эксплуатационные расходы
тепловозов оказались на 33,7 % ниже паровозов СОК, а по водоснабжению — в 25 раз мень-
ше. Хотя у тепловозов нагрузка от движущей оси на рельсы достигала 19,5 т, но из-за высо-
ких динамических качеств состояние пути было лучше, чем у паровозов с нагрузкой 16 т.
Тепловозные бандажи эксплуатировались до обточки 120 тыс. км, паровозные — до 20 тыс.
Намного улучшились условия и культура труда локомотивных и ремонтных бригад.
В январе 1934 г. Коломенский завод закончил постройку первого в мире двухсекционного
тепловоза ВМ («Вячеслав Молотов») мощностью 2x1200 л.с. Тепловоз долго совершенство-
вался и испытывался, наконец был представлен наркому Л.М. Кагановичу (1893—1991). Как
свидетельствовали очевидцы, во время осмотра хлопки при пуске остывшего дизеля, возмож-
но, были восприняты как покушение, нарком выпрыгнул из кабины и уехал. Незамедлительно
последовал отказ от тепловозов. В 1937—1941 гг. тепловозы Ээл (с номера 38) выпускались в
виде передвижных электростанций. Группа специалистов, которой было поручено обосновать
прекращение тепловозостроения, подобрала две причины: недостаток нефти и выпуск парово-
зов серии СОК («Серго Орджоникидзе», с конденсацией пара), которые строились в 1935—
1942 гг. Тепловоз ВМ эксплуатировался на Ашхабадской железной дороге в поездной работе,
а с 1949 г. — в виде электростанций. К 1957 г. обе секции были исключены из инвентаря, дос-
тавлены в депо Уральск (Казахстан) Оренбургской железной дороги для использования в каче-
стве электростанций. Работа дизеля оказалась неустойчивой, тепловоз списали в металлолом,
хотя надо было бы сохранить его как историческую веху в тепловозостроении.
После официального отказа НКПС от тепловозов работа конструкторов Коломенс-
кого завода над эскизными проектами все-таки продолжалась. Не прекращались усилия
энтузиастов по возобновлению тепловозостроения, среди которых аргументированностью
и настойчивостью отличался П.В. Якобсон (1890—1975). В результате вместе с паровозами
серии Е по лендлизу из США в первой половине 1945 г. поступили 68 тепловозов Да (заво-
ды АЛКО) и в 1946 г. 30 тепловозов Дб (заводы Балдвин) мощностью 1000 л.с.
9
При следовании в июле 1945 г. правительственной делегации во главе с Председателем
Совета Министров СССР И.В. Сталиным (1879—1953) на Берлинскую (Потсдамскую) кон-
ференцию (17 июля—2 августа) на станции Дровнино (участок Можайск—Вязьма) боксо-
вавший паровоз Су заменили тепловозом Да 20—27, который довёл поезд до Потсдама.
И.В. Сталин заинтересовался тепловозом, беседовал с локомотивной бригадой. В День же-
лезнодорожника 5 августа 1945 г., едва прибыв из Берлина, Сталин (по предложению на-
родного комиссара танковой промышленности В.А. Малышева, бывшего директора Ко-
ломенского завода) принял решение о возобновлении тепловозостроения в Советском Союзе
на Харьковском заводе транспортного машиностроения.
Для формировавшегося коллектива, едва поднявшего завод из руин и не имевшего
ещё необходимой подготовки для создания оригинального тепловоза, образцом послужил ДА.
Первый тепловоз ТЭ1 мощностью 1000 л.с. построили в марте 1947 г. А в декабре 1948 г. выпу-
стили оригинальный двухсекционный тепловоз ТЭ2 мощностью 2x1000 л.с., создатели ко-
торого в 1952 г. были удостоены Сталинской премии второй степени.
Харьковским заводом спроектировано и построено несколько серий тепловозов, но
особое место занимают двухсекционные тепловозы ТЭЗ (2x2000 л.с.) и типа ТЭ10. В февра-
ле 1956 г. XX съезд КПСС установил директивы по шестому пятилетнему плану развития
народного хозяйства СССР на 1956—1960 гг. По этим директивам с 1956 г. прекратилось
паровозостроение и развивалось производство электровозов и тепловозов. К этому време-
ни в Харькове было освоено производство тепловозов ТЭЗ. Кроме того, с 1956 г. он выпус-
кался Коломенским и Ворошиловградским тепловозостроительными заводами. Всего с 1956
по 1973 гг. выпущено почти 6800 секций тепловозов ТЭЗ, которыми обеспечивался в ос-
новном перевод железных дорог на тепловозную тягу.
В 1958 г. Харьковский завод изготовил опытные тепловозы ТЭ10 секционной мощностью
2000 л.с. В 1961 г. Ворошиловградский завод построил более совершенный двухсекционный
тепловоз такого типа — 2ТЭ10Л. По мере внесения усовершенствований в конструкцию про-
изводились тепловозы с индексами 2ТЭ10В, 2ТЭ10М, 2ТЭ10У.
Кроме грузовых, строились пассажирские тепловозы с конструктивной скоростью 140 км/ч:
в 1956 г. Харьковским заводом транспортного машиностроения им. В.А. Малышева—тепловоз
ТЭ7, в 1960 г. этим же заводом — ТЭШО и Коломенским тепловозостроительным заводом им.
В.В. Куйбышева — ТЭП60.
За 1956—1970 гг. было построено 17 250 секций магистральных тепловозов. Годовой
выпуск иногда превышал 1400 секций. Тепловозная тяга окупалась за 1—3 года, она при-
менялась в 1970 г. на 62,2 % сети железных дорог. В дальнейшем тепловозный полигон
сокращался в связи с расширением использования электровозов. С 70-х годов железнодо-
рожный транспорт применял только электровозную и тепловую тягу.
В результате специализации тепловозы строились: в Ворошиловграде (Луганске) —
грузовые, в Коломне — пассажирские, в Брянске — маневровые, в Людинове — маневро-
вые и промышленные, в Ленинграде по 1968 г. — магистральные с гидропередачей, в Калу-
ге и Муроме — маломощные маневровые, в Камбарке — узкоколейные.
В августе 1970 г. Ворошиловградский тепловозостроительный завод приступил к проек-
тированию, а 3 марта 1971 г. выпустил грузовой двухсекционный тепловоз 2ТЭ116 мощнос-
тью 2x3060 л.с. с передачей переменно-постоянного тока. Такая же передача применена и в
пассажирских тепловозах ТЭП70 мощностью 4000 л.с. в секции, строившихся с 1973 г. Ко-
ломзаводом. В 2002 г. выпущен более усовершенствованный тепловоз—ТЭП70А (ТЭП70БС).
С 1958 г. Брянский машиностроительный завод приступил к строительству маневро-
вых тепловозов типа ТЭМ1 и ТЭМ2.
10
Из Венгрии в 1958—1965 гг. в СССР поставлялись маневровые тепловозы ВМЭ1 мощ-
ностью 600 л.с. Из Чехословакии в 1958—1965 гг. поступали маневровые тепловозы ЧМЭ2
мощностью 750 л.с., а с 1963 г. — маневровые тепловозы ЧМЭЗ мощностью 1350 л.с. «Пе-
рестройка», ликвидировавшая СССР, нанесла урон налаженному производству теплово-
зов. Прекратились заказы Министерством путей сообщения РФ Луганскому, Брянскому и
Людиновскому заводам, единичные поставки были из Коломны. Курс взят на модерниза-
цию эксплуатируемого тепловозного парка. Предполагается выпуск новых тепловозов.
Развитие тепловозного дела неоднократно показывало приоритеты отечественных учё-
ных, конструкторов, инженеров. Отечественная школа создания и эксплуатации тепловозов
авторитетна и для зарубежных специалистов. Об этом свидетельствуют поставка, эксплуата-
ция и организация ремонта наших тепловозов в странах на четырёх континентах.
1.2. Тепловозы, эксплуатирующиеся
на российских железных дорогах
Созданные в послевоенный период отечественные магистральные тепловозы мощ-
ностью 1470 кВт в секции и выше с электрической передачей можно разделить на две груп-
пы (табл. 1.1 и 1.2).
В первой группе применены двухтактные дизели, электрическая передача постоянного тока,
челюстные тележки, механический привод вспомогательных агрегатов, рамная конструкция кузо-
ва. В двухсекционном тепловозе серии ТЭЗ мощностью 2 х 1470 кВт применён двухтактный
10-цилиндровый дизель с противоположно движущимися поршнями рядного исполнения. На ос-
нове этого дизеля создан двигатель мощностью 2206 кВт, который устанавливался в тепловозах
2ТЭ10Л, 2ТЭ10В, 2ТЭ10М, 2ТЭ10У. Повышение мощности достигнуто благодаря двухступенча-
тому наддуву. Первая фаза сжатия происходит в двух параллельно работающих автономных тур-
бокомпрессорах, вторая — в приводном центробежном нагнетателе. Перед поступлением в воз-
душный ресивер дизеля воздух охлаждается в двух параллельно включённых воздухоохладителях.
В тепловозах М62 и ТЭП60 применяется двухтактный V-образный дизель типа Д40 с
комбинированным двухступенчатым наддувом. Первая ступень сжатия — два параллель-
но работающих турбокомпрессора, вторая — у дизелей 14Д40 (М62) — приводной объём-
ный нагнетатель, а у дизелей 11Д45 (ТЭП60) — приводной центробежный. Этот тип дизеля
широко применялся в тепловозе- и судостроении. У него малая металлоёмкость, он прост в
изготовлении, обслуживании и ремонте.
Как в дизеле типа Д100, так и в Д40 генератор постоянного тока устанавливается на
общей поддизельной раме и соединяется с коленчатым валом дизеля полужёсткой пластин-
чатой муфтой. В тепловозе ТЭЗ применён генератор с самовентиляцией, а в остальных теп-
ловозах этой группы — с принудительной. Вентилятор холодильника тепловоза приводит-
ся в действие от дизеля через двухрежимный (летний и зимний) гидроредуктор и
фрикционную муфту, а тормозной компрессор — от вала дизеля. Кузов тепловоза закры-
того типа с несущей рамой. Тележка челюстная со сбалансированным рессорным подве-
шиванием, унифицированная для тепловозов типа ТЭЗ, 2ТЭ10Л, 2ТЭ10В, М62,2М62, ТЭМ2.
В конструкции тепловоза 2ТЭ10М, созданного на базе тепловоза 2ТЭ10В, использованы
прогрессивные решения: бесчелюстная тележка с индивидуальным рессорным подвешивани-
ем, рассчитанным на повышенную осевую нагрузку; тяговая передача с упругой ведомой шес-
терней; унифицированная кабина машиниста, которая применяется в тепловозах серии 2ТЭ116.
В электрической тяговой схеме тепловоза применены жёсткие динамические характеристики
тягового генератора и настройка дизель-генератора по экономичной характеристике дизеля.
11
Магистральные тепловозы российских железных дорог
Таблица 1.1
Показатели Тепловозы
2М62 2ТЭ10М 2ТЭ116 ТЭП70 2М62К 2ТЭ10МК 2ТЭП6К ТЭП70А(БС)
Год начала выпуска или модернизации 1976 1981 1971 1973 1997 1998 2002 2002
Род службы Грузовой Грузовой Грузовой Пассажирский Грузовой Грузовой Грузовой Пассажирский
Колёсная формула 2(30-30) 2(3о-3о) 2(30-30) Зо 30 2(30-30) 2(30-30) 2(30-30) Зо з0
Сцепная масса, т 2x126 2x138 2x138 135 2x126 2х 138 2x138 135
Нагрузка от колёсной пары на рельсы, кН (тс) 206 (21) 226 (23) 226 (23) 220,6 (22,5) 206 (21) 226 (23) 226 (23) 221 (22,5)
Конструкционная скорость, км/ч 100 100 100 160 100 100 100 160
Сила тяги расчётного режима, кН (тс) 2x196 (2 х 20,0) 2x245 (2x24,96) 2x255 (2 х 26) 167 (17) 2x196 (2 х 20,0) 2x245 (2 х 24,96) 2x255 (2x26) 167 (17)
Скорость расчётного режима, км/ч 20,9 24,6 24 48 20,9 24,6 24 48/35’
Ширина колеи, мм 1520 1520 1520 1520 1520 1520 1520 1520
Длина по осям автосцепок, мм 2 х17400 2 х 16969 2 х18150 21700 2x 17400 2 х16969 2х 18150 21700
Диаметр колеса, мм 1050 1050 1050 1220 1050 1050 1050 1220
Передача Электриче- ская, посто- янного тока Электриче- ская, постоян- ного тока Электриче- ская, перемен- но-постоян- ного тока Электриче- ская, перемен- но-постоян- ного тока Электриче- ская, посто- янного тока Электриче- ская, постоян- ного тока Электрическая, переменно-по- стоянного тока с поосным регу- лированием Электриче- ская, перемен- но-постоянного тока
Система регулирования Релейная Релейная Релейная Релейная Микропро- цессорная Микропро- цессорная Микропро- цессорная Микропро- цессорная
Диагностика Нет Нет Нет Нет Есть Есть Есть Есть
Тип дизеля 1адн23хзо 10ДН20,7/2 х 25,4 16ЧН26 х 26 16ЧН26 х 26 12ЧН26 х 26 16ЧН26 х 26 16ЧН26 х 26 16ЧН26 х 26
Полная мощность, кВт 2x1471 2x2206 2 х 2250 2942 2x1471 2 х 2206 2 х 2250 2942
Частота вращения коленчатого вала, об/мин 750 850 1000 1000 750 850 1000 1000
Удельный расход топлива, г/кВтч 217,6 217 207 208 202,5 198 198 198
Тип генератора ГП312 ГП311Б ГС501А ГС501А ГП312 ГП311Б ГП311Б АСТМ2800/600-1000
Тип тягового электродвигателя ЭД118А ЭД118Б ЭД118Б ЭД121А ЭД118А ЭД118Б ЭДП8Б ЭДУ133Р
Запасы, кг: топлива, 2 х 6300 2 х 6300 2x6680 6000 2x6300 2x6300 2 x 6680 600
песка, 2x700 2 х 1006 2х 1160 600 2x700 2 х 1006 2x1160 600
масла, 2x950 2 х 1500 2 х 1570 1300 2 х 1050 2x1500 2 х 1250 1300
воды 2x950 2 х 1250 2 х 1250 1170 950 1450 2 х 1250 1170
* При отборе мощности для отопления вагонов.
Маневровые тепловозы российских железных дорог
Таблица 1.2
Показатели Тепловозы
ТЭМ2 ЧМЭЗ ТЭМ7 ТЭМ2К ЧМЭЗК ЧМЭЗК(4-36ДГ)
Год начала выпуска или модернизации 1960 1963 1974 2002 2002 2002
Род службы Маневровый Маневровый, вывозной Маневровый, вывозной, горочный Маневровый Маневровый, вывозной Маневровый, вывозной
Колёсная формула з0-з0 3()-з0 Зц —зо
Сцепная масса, т 123,6 123,0 180 123,6 123,0 123,0
Нагрузка от колёсной пары на рельсы, кЕ 196,0 205,0 220,0 196,0 205,0 205,0
Конструкционная скорость, км/ч 100 95 100 100 95 95
Сила тяги расчётного режима, кН 200 230 343 200 230 230
Скорость расчётного режима, км/ч П,1 11,4 10,5 Н,1 11,4 11,4
Ширина колеи, мм 1520 1520 1520 1520 1520 1520
Длина по осям автосцепок, мм 16910 17220 21500 16910 17220 17220
Диаметр колеса, мм 1050 1050 1050 1050 1050 1050
Передача Электрическая, постоянного тока Электрическая, постоянного тока Электрическая, пере- менно-постоянного тока Электрическая, постоянного тока Электрическая, постоянного тока Электрическая, постоянного тока
Система регулирования Релейная Релейная Релейная Микропро- цессорная Микропро- цессорная Микропро- цессорная
Диагностика Нет Нет Нет Есть Есть Есть
Тип дизеля ПД1М K6S310DR 12ЧН26/26 1-ПД4Д K6S310DR 8ЧН26/26
Полная мощность, кВт 882 993 1470 882 993 993
Частота вращения коленчатого вала, об/мин 750 750 1000 750 750 750
Удельный расход топлива, г/кВт-ч 224 220 209 201,5 214 200
Тип генератора ГП300Б TD802 ГС515У2 ГПТ-84/44-8 TD802 TD802
Тип тягового электродвигателя ЭД118А ТЕ-006 ЭД120А ЭД118А ТЕ-006 ТЕ-006
Запасы, кг: топлива, 5400 6000 6000 5400 6000 6000
песка 2000 1500 2300 2000 1500 1500
масла 430 650 970 430 650 650
воды 1000 1100 850 1000 1100 1100
В пассажирском тепловозе ТЭП60 применены гидростатический привод вентилятора
холодильника и бесчелюстная тележка со сбалансированным рессорным подвешиванием и
опорно-рамным подвешиванием тягового электродвигателя. Кузов тепловоза несущий,
ферменно-раскосного типа, двухкабинный.
Для тепловозов второй группы характерны четырёхтактные дизели, тяговая электро-
передача переменно-постоянного тока, электрический привод вспомогательных нужд.
Во всех тепловозах этой группы ТЭП70, ТЭ116, ТЭМ7 применяются V-образные с газо-
турбинным наддувом, промежуточным охлаждением наддувочного воздуха и непосредствен-
ным впрыском топлива четырёхтактные дизели типа Д49. Это один из самых экономичных
дизелей, применяемых на российских тепловозах. Расположение оборудования в нём обеспе-
чивает хороший доступ при осмотре и ремонте. Дизель и одноопорный синхронный генера-
тор переменного тока установлены на общей поддизельной раме и соединены пластинчатой
муфтой. Вырабатываемый тяговым генератором переменный трёхфазовый ток поступает на
полупроводниковую выпрямительную установку с лавинными вентилями.
Во всех тепловозах этой группы применяется двухконтурная водяная система охлаж-
дения (в одном контуре охлаждается вода дизеля, в другом — масло и наддувочный воз-
дух), бесчелюстные тележки.
В электрических схемах тепловозов использованы полупроводниковые устройства в
блочном и индивидуальном исполнении для сокращения количества реле и повышения
надёжности схемы.
В пассажирском тепловозе ТЭП70 (рис. 1.1) и маневро-вывозном ТЭМ7 (см. рис. 7.1)
применена централизованная система охлаждения электрических тяговых машин от одно-
го осевого вентилятора с механическим приводом от вала дизеля. Это снизило массу теп-
ловоза, освободило внутренний объём кузова, повысило общую надёжность тепловоза,
Рис. 1.1. Общий вид тепловоза ТЭП70:
1—кабина машиниста; 2—вентиляторное колесо охлаждающего устройства; 3—охлаждающее устройство;
4—глушитель; 5—дизель-генератор; 6 — воздушный фильтр; 7—осевой вентилятор централизованного
воздухоснабжения; 8 — реостатный тормоз; 9 — тяговый электродвигатель; 10 — топливный бак с
аккумуляторными отсеками; 11 — бесчелюстная тележка; 12 — тормозной компрессор; 13 —
гидростатический насос привода вентилятора охлаждающего устройства; 14 — высоковольтная камера
14
уменьшило затраты мощности на охлаждение электрических машин. Привод вентилятора
системы охлаждения гидростатический. Несущий кузов тепловоза ТЭП70 ферменно-рас-
косного типа со съёмной крышей блочного исполнения с вваренным топливным баком с
нишами для аккумуляторных батарей. Кузов опирается на рамы тележек через винтовые
пружины. Система рессорного подвешивания, применённая в тепловозе, двухступенчатая.
Опорно-рамная подвеска тягового двигателя почти вдвое снизила неподрессоренную мас-
су тепловоза. В тележке установлены колёса диаметром 1220 мм.
Грузовой тепловоз 2ТЭ116 (рис. 1.2) состоит из двух одинаковых однокабинных сек-
ций, управляемых с одного поста кабины любой секции. При необходимости каждая сек-
ция может использоваться как самостоятельная тяговая единица. Всё силовое и вспомога-
тельное оборудование расположено в кузове тепловоза, выполненном с несущей главной
рамой. Несущая главная рама, передающая тяговые и тормозные усилия, опирается на две
бесчелюстные тележки с односторонним расположением тяговых двигателей «носиками» к
середине тепловоза. Подвешивание тяговых электродвигателей опорно-осевое; в моторно-
осевых подшипниках скольжения применяется принудительная система смазки. В холо-
дильной камере тепловоза установлены четыре мотор-вентилятора. С 1991 г. в тепловозах
устанавливается электродинамический тормоз.
Значительная часть маневрового парка состоит из тепловозов ЧМЭЗ (см. рис. 7.13) и
ТЭМ2 (см. рис. 7.7), описанных в главе 7.
Модернизация тепловозов, когда в конструкцию вносятся в той или иной степени су-
щественные изменения, направленные на улучшение технико-экономических характерис-
тик, применяется на железных дорогах стран мира.
Отработанная конструкция отечественных тепловозов, несмотря на интенсивную экс-
плуатацию, обеспечивает продолжительный, даже выше расчётного, срок службы. С тече-
нием времени увеличиваются затраты на техническое обслуживание и ремонт, тепловозы
не соответствуют современным достижениям по экономичности, срокам обслуживания,
требованиям по воздействию на окружающую среду.
Экономически выгодно проводить модернизацию устаревшего парка тепловозов при про-
ведении капитального ремонта. Для этого подходит тепловоз, если его главная рама, кузов и
Рис. 1.2. Общий вид тепловоза 2ТЭ116:
1 — кабина машиниста; 2 — высоковольтная камера; 3 — центробежный вентилятор охлаждения тяговых
двигателей передней тележки; 4 — выпрямительная установка; 5 — дизель-генератор; 6 — центробежный
вентилятор охлаждения тяговых двигателей задней тележки; 7 — тормозной компрессор; 8 — мотор-
вентилятор охлаждающего устройства; 9—охлаждающее устройство; 10—тележка; 11 — топливный бак
15
рама тележки находятся в исправном состоянии и по своим прочностным показателям обеспе-
чат срок службы ещё 20 лет, т.е. это условие является главным для успешной модернизации.
После модернизации тепловозов 2М62, 2ТЭ10М, 2ТЭ116, ЧМЭЗ, ТЭМ2 к названию
серии была добавлена буква К.
При модернизации тепловозов 2М62,2ТЭ10, ЧМЭЗ и ТЭМ2 используются их главные
генераторы постоянного тока, электрооборудование и вспомогательное электрическое
оборудование и проводятся следующие работы.
♦ В магистральных тепловозах 2М62,2ТЭ10 заменяются двухтактные дизели типа 14Д40
(12ДН23/30) и 10Д100 (10ДН20,7/2 х 25,4) четырёхтактными дизелями типа 12ЧН26/26 и
16ЧН26/26. В маневровом тепловозе ТЭМ2 дизель типа ШДМ заменяется новым дизелем
того же типа 1-ПД4Д, в ЧМЭЗ устанавливаются дизели 8ЧН26/26 или модернизированный
дизель K6S310DR. Технические показатели дизелей, устанавливаемых при модернизации
тепловозов, приведены в табл. 1.1. и 1.2.
♦ Устанавливается микропроцессорная система управления тепловоза (УСТА), кото-
рая обеспечивает более совершенное регулирование электропередачи в режиме тяги.
♦ Усовершенствуются охлаждающие устройства и устанавливается новая система ре-
гулирования, которая обеспечивает стабильное поддержание температуры воды и масла
дизеля на всех его режимах работы.
♦ Применяется система регулирования охлаждающего воздуха тяговых электрических машин.
♦ Устанавливаются приводы с бесшлицевыми валами и эластичными муфтами взамен
ненадёжных карданных и пластинчатых приводов вспомогательного оборудования.
♦ Заменяются кресла машиниста и помощника машиниста виброзащищёнными.
В связи с установкой новых дизелей изменены схемы водяной, масляной и топливной
систем и трубопроводов.
В тепловозе 2М62, кроме того, установлен новый (односторонний) фильтр на всасыва-
нии воздуха в дизель по типу фильтра тепловоза ТЭП70.
Размещение агрегатов в тепловозе 2ТЭ10МК представлено на рис. 1.3, а в тепловозе
2М62К — на рис. 1.4.
На первом этапе модернизации в тепловозе 2ТЭ10М применялся полнопоточный
фильтр тонкой очистки масла с фильтрующими элементами из бумаги или из синтетичес-
ких нетканых материалов. На всех дизелях типа Д49, поставляемых с 2002 г. для магист-
ральных и маневровых тепловозов, устанавливаются самоочищающийся фильтр и термо-
стат по температуре масла.
В тепловозе 2ТЭ10М уровень воды в расширительном баке контролируется по водо-
мерному стеклу. В тепловозе 2М62 в связи с высоким расположением расширительного
бака пришлось разработать систему дистанционного контроля за уровнем воды.
В серийных тепловозах вспомогательные агрегаты, в частности двухмашинный агре-
гат, гидромуфта вентилятора холодильной камеры, редукторы вентилятора охлаждения
генератора, приводятся карданными валами. Как показывает опыт эксплуатации, эти валы
вследствие износа шлицевого соединения и крестовин, разрушения трубной части являют-
ся частой причиной непланового ремонта. Поэтому в тепловозах установлены новые кон-
струкции бесшлицевых валов с упругими муфтами для привода вспомогательного обору-
дования магистральных тепловозов типа 2М62 и 2ТЭ10М. Применение новых приводов
потребовало изменения мест установки редукторов и промежуточной опоры.
Использование микропроцессорной системы управления и регулирования тяговой пе-
редачи (УСТА) позволяет реализовать все необходимые функции любого тепловоза на
программном уровне, т.е. достичь практически полной унификации аппаратуры управле-
ния и регулирования для всех видов тепловозов, эксплуатируемых на железных дорогах
16
Рис. 1.3. Общий вид тепловоза 2ТЭ10МК:
1 — унифицированный пульт управления; 2 — кабина машиниста; 3 — тормозной компрессор; 4 —
передний распределительный редуктор; 5—вентилятор охлаждения тягового генератора; 6—валопровод;
7 — дизель-генератор; 8 — глушитель; 9 — задний распределительный редуктор; 10 — водомасляный
теплообменник; 11 — валопровод; 12—вентиляторное колесо; 13—гидромуфта привода вентиляторного
колеса; 14 — охлаждающее устройство; 75 — тележка; 16—топливный бак; 17—промежуточная опора;
18 — центробежный вентилятор охлаждения тяговых двигателей задней тележки; 19—аккумуляторный
отсек; 20 — центробежный вентилятор охлаждения тяговых двигателей передней тележки; 27 —
двухмашинный агрегат
России, а также реально повысить надёжность работы дизель-генератора, в случае сниже-
ния мощности дизеля по каким-либо причинам исключить просадку оборотов и дымление
дизеля (после устранения причин снижения мощности настройка системы регулирования и
реостатные испытания не требуются), уменьшить склонность тепловоза к боксованию, обес-
печить экономию горюче-смазочных материалов.
В тепловозе 2ТЭ10М увеличен объём кабины машиниста за счёт уменьшения высоко-
вольтной камеры. Это изменение стало возможным благодаря внедрению микропроцес-
сорных систем управления и регулирования тяговой передачей тепловоза, что позволило
убрать из высоковольтной камеры 32 аппарата и реле. В кабине машиниста улучшена зву-
ке- и теплоизоляция, установлены современный унифицированный пульт управления, сис-
тема диагностики с выводом показателей на экран, комплексное локомотивное устройство
безопасности (КЛУБ-У), радиостанция, виброзащищённое кресло машиниста, система кон-
диционирования. Установлены обогреваемые травмобезопасные лобовые стёкла, проти-
восолнечные жалюзи, экраны на боковых стёклах, водоразбрызгиватели. Эта кабина явля-
ется унифицированной и устанавливается в тепловозах 2ТЭ116К.
Во всех модернизированных тепловозах устанавливается микропроцессорная система
управления, регулирования и диагностики локомотива. В состав системы входят: пульт
управления, включающий в себя два центральных процессора, которые отображают ин-
формацию на технологическом экране и экране движения, микропроцессорная система уп-
17
Рис. 1.4. Общий вид тепловоза 2М62К:
1 — кабина машиниста; 2 — тормозной компрессор; 3 — соединительная муфта; 4 — валопровод; 5 —
глушитель; 6 — дизель-генератор; 7 — расширительный бак; 8 — вентиляторное колесо; 9 — тележка;
10— топливный бак; 11 — аккумуляторы; 12 — гидромуфта привода вентилятора; 13 — воздушный
фильтр дизеля; 14 — воздушный фильтр в системе охлаждения тягового двигателя; 15 — двухмашинный
агрегат; 16 — высоковольтная камера; 17 — кресло
равления, регулирования тяговой передачи и система диагностики. Пульт предназначен
для управления локомотивом машинистом без помощника, для помощника машиниста орга-
низовано пассивное рабочее место управления.
^==================================^ На пульте управления в зоне, удобной
Рис. 1.5. Экран системы безопасности КЛУБ-У:
1 — знак внимания; 2 — цифровой индикатор
параметров системы; 3—7 — клавиатура управления;
8 — индикатор фактической и допустимой скорости
тепловоза; 9 — сигналы светофора
для досягаемости машиниста, расположе-
ны органы оперативного управления тор-
мозами и тягой. Для задания режимов тяги
и торможения применены многопозицион-
ные вертикальные рукоятки с бесконтакт-
ной фиксацией позиций и считыванием но-
мера позиции на технологический экран.
Остальные команды задаются кнопками и
тумблерами. Перед машинистом на сто-
лешнице расположена приборная над-
стройка, выполненная в виде пяти панелей
(звеньев). На центральной панели над-
стройки размещены сигнал бдительности
и центральный световой огонь, привлека-
ющий внимание машиниста в нештатных
ситуациях. Слева от неё расположен элек-
тролюминесцентный многоцветный экран
движения (рис. 1.5). В эту обечайку встро-
ена арматура оптических квазисенсорных
18
кнопок управления режимами работы экрана. На этом экране в многоцветном графическом
режиме отображается информация о скоростях движения (фактическая, допустимая и необ-
ходимая), о постоянных и временных ограничениях на текущем блок-участке и перегоне, о
расстоянии до препятствий и их типе, о режиме движения (тяга, тормоз, выбег), о режиме
работы дополнительного локомотива (при системе многих единиц тяги СМЕТ), о работе
системы автоведения, о расписании и т.п. Многооконный диалоговый режим позволяет ма-
шинисту ввести изменения в расписание и ограничения скорости и получить дополнитель-
ную справочную информацию. Справа от центральной панели находится аналогичный элек-
тролюминесцентный технологический экран (рис. 1.6) без локомотивного светофора. На экран
выводится аварийно-предупредительная информация о нештатных режимах систем локомо-
тива. В диалоговом режиме машинист может просмотреть показатели оборудования и выб-
рать три из них для постоянного визуального контроля в графическом режиме. На крайней
левой панели расположены органы неоперативного управления вспомогательным оборудо-
ванием в процессе движения, а на крайней правой — манометры тормозной системы. На
правом закрытии торца надстройки расположена клавиатура КЛУБ-У, а на левом — пульт
оперативного управления радиостанцией с микротелефонной трубкой. На боковом закры-
тии со стороны помощника размещены пульт неоперативного управления радиостанцией и
органы неоперативного управления вспомогательным оборудованием.
С пульта управления осуществляется управление движением локомотива в ручном режиме,
автоматизированное ведение поезда, подаются команды системе СМЕТ, вырабатываются ко-
манды для автономных систем регулирования дизеля и электропередачи. Собранные сведения о
состоянии оборудования с допусковым контролем для защитной и аварийно-предупредитель-
ной сигнализации поступают в съёмный накопитель информации для передачи на стационарные
диагностические системы. В нештатных ситуациях машинисту выдаются рекомендации для уст-
ранения неполадок. Наиболее важные сообщения дублируются звуком и голосом.
13
Рис. 1.6. Экран технологического дисплея:
1 — температура воды; 2 — температура масла; 3 — псевдокнопка (сенсорная) выхода из диалога; 4 —
псевдокнопка (сенсорная) вызова параметров мощности дизель-генератора; 5—псевдокнопка (сенсорная)
вызова параметров силовой электрической передачи; 6 — псевдокнопка (сенсорная) вызова параметров
системы возбуждения; 7—псевдокнопка (сенсорная) вызова цепей управления и аккумуляторной батареи;
8—вольтметр напряжения тягового генератора; 9—псевдокнопка (сенсорная) вызова секции локомотива;
10—амперметр тока тяговых двигателей; 11—повторитель сигналов путевого светофора; 12 — указатель
состояния электронного контроллера; 13—указатель количества свободных участков пути перед тепловозом
19
Все электронные устройства снабжены самодиагностикой. Кроме того, процессоры со-
единены межпроцессорной связью для перекрёстного контроля и безударного перехода на уп-
равление одним процессором при сбоях какого-либо из них. При этом на экран работающего
процессора выводятся информация о параметрах движения и аварийные предупреждения.
При модернизации тепловоза 2ТЭ116К применена система раздельного регулирования
тягового усилия обмоторенных осей тепловозов при электропередаче переменно-постоянного
тока. Основное назначение системы — повышение тяговых свойств тепловоза при работе на
участках рельсового пути с низкими сцепными свойствами. В тепловозе взамен выпрямитель-
ной установки УВКТ5 устанавливается модуль МТПП-3000 для индивидуального регулиро-
вания напряжения на каждом тяговом двигателе. Датчики угловой частоты вращения уста-
новлены на буксах каждой колёсной пары. Повышенное скольжение определяется по разности
угловых скоростей колёсных пар, а одновременное боксование всех обмоторенных осей —
по угловому ускорению. Полное использование касательной мощности осуществляется ре-
гулированием возбуждения тягового генератора и напряжения на тяговых электродвигате-
лях. Микропроцессорная система регулирования перераспределяет тяговое усилие между
тяговыми осями таким образом, чтобы избыточное скольжение боксующей колёсной пары
не превышало заданного. Снятая с боксующих колёсных пар касательная мощность пере-
распределяется на не боксующие колёсные пары, тем самым сохраняя общее развиваемое теп-
ловозом тяговое усилие. Такая система на 10—15 % улучшает сцепление колёс с рельсами.
При модернизации маневровых тепловозов ТЭМ2 и ЧМЭЗ в кабинах машиниста уста-
навливаются новые пульты управления с теми же системами, что и у магистральных теплово-
зов. Установлены обогреваемые травмобезопасные лобовые стёкла, противосолнечные жалю-
зи, экраны на боковых стёклах, водоразбрызгиватели, большие зеркала бокового обзора.
Пассажирский тепловоз ТЭП70А (ТЭП70БС) — это модернизация серийного тепло-
воза ТЭП70 (рис. 1.7) с учётом требований к перспективным локомотивам.
В тепловозе ТЭП70А применены новые узлы:
♦ дизель-генератор 2А-9ДГ-01(4) со сниженным расходом топлива и масла и увели-
ченными сроками ремонтов;
♦ система энергоснабжения вагонов поезда;
♦ совершенная микропроцессорная система управления и диагностики (МСУТ);
♦ комбинированная система автоматического регулирования температур теплоносителей;
♦ высокоэффективный вентилятор 1 охлаждающего устройства с пластмассовыми ло-
патками и коллектором, с приводом от гидромашин с рабочим давлением 160 кг/см2;
♦ двухступенчатый воздухоочиститель 5 дизеля;
♦ высокопрочные лобовые и боковые повышенной безопасности стёкла с электрообогревом;
♦ стеклоочистители пантографного типа с электроприводом;
♦ комплексное устройство безопасности КЛУБ-У;
♦ новый пульт управления 10 с улучшенным удобством обслуживания;
♦ гребнесмазыватель;
♦ тележка 77 с усовершенствованной конструкцией узлов;
♦ кондиционер 9 кабины машиниста.
Каркас кузова выполнен безраскосным с приварной стальной обшивкой, включённой
в силовую конструкцию, и измененной формой лобовой части.
Большая степень охлаждения наддувочного воздуха за счёт внедрения охладителя с
более плотным пучком труб привело к уменьшению токсичности отработавших газов и к
снижению теплонапряженности деталей камеры сгорания.
При модернизации топливного насоса увеличена скорость плунжера с 1,8 до 2,23 м/с, уве-
личена цикловая подача топлива в цилиндр с 1,6 до 2 г/цикл, повышено максимальное давле-
20
ние впрыска топлива в цилиндр до 1150—1200 кг/см2, что привело к снижению удельного
расхода топлива на полной мощности с 208 до 198 г/кВт и удельного расхода масла на угар
на этом же режиме с 1,22 до 0,82 г/кВт.
Для улучшения эксплуатационных показателей дизеля внедрены уплотнительные коль-
ца из силиконовой резины, улучшающие герметичность соединения блока и крышки ци-
линдра, установлен шумопонижающий входной патрубок турбокомпрессора, снизивший
уровень наружного шума при работе на полной мощности на 8—10 дБ, применены демп-
ферные подшипники турбокомпрессора, повысившие надёжность работы.
Тяговый генератор переменного тока ГСТ 2800-1000 заменён однокорпусным тяго-
вым агрегатом АСТМ 2800/600-1000, который состоит из тягового генератора мощностью
2750 кВт и вспомогательного генератора с тремя обмотками. Две из них (суммарной мощ-
ностью 600 кВт) соединены последовательно через выпрямительные мосты и питают на-
пряжением 3000 В постоянного тока цепи электроотопления вагонов поезда. Для уменьше-
ния влияния пульсаций выпрямленного тока на цепи СЦБ установлены ёмкостные
LC-фильтры. Третья обмотка вспомогательного генератора (171 кВт, 400 В) используется
для питания цепей возбуждения тягового и вспомогательного генераторов, ток в обмотки
возбуждения которых подается через выпрямительные трёхфазные мосты, управляемые мик-
ропроцессорной системой МСУ-Т. Эта система управляет процессом автоматического пуска
Рис. 1.7. Общий вид тепловоза ТЭП70А:
1 — вентиляторное колесо с гидромотором привода; 2 — воздушный самоочищающийся фильтр дизеля;
3 — глушитель; 4 — дизель-генератор; 5 — воздушный самоочищающийся фильтр централизованной
системы охлаждения тяговых электрических машин; 6—осевой вентилятор централизованной системы
охлаждения тяговых электрических машин; 7 — реостатный тормоз; 8 — песочница; 9 — кондиционер;
10 — пульт управления; 11 — тележка; 12 — блок тормозных приборов; 13 — тормозной компрессор;
14— оборудование системы подготовки сжатого воздуха; 75 — главные воздушные резервуары; 16 —
отсек аккумуляторных батарей; 17 — топливный бак; 18 — установка воздухопенного тушения; 19 —
установка гидроциклонов; 20 — маслопрокачивающий насос; 27 — топливоподогреватель; 22 —
топливоподкачивающий агрегат; 23 — выпрямитель энергоснабжения; 24 — блок фильтров
энергоснабжения; 25 — блоки возбуждения тягового агрегата; 26 — выпрямительная установка; 27 —
высоковольтная камера; 28 — блоки системы безопасности; 29 — стойка микропроцессорной системы
управления; 30 — установка газового пожаротушения
21
и остановки дизеля, регулирует напряжение тягового генератора в режимах тяги, электри-
ческого торможения и нагружения дизеля на тормозные резисторы, поддерживает в задан-
ных пределах напряжение в цепях электроотопления поезда. Она также управляет ослабле-
нием поля тяговых двигателей, обеспечивает защиту оборудования от аварийных режимов,
боксования и юза, выполняет самодиагностику и переход на резервный комплект МСУ-Т.
Проведённая модернизация улучшила технико-экономические показатели тепловозов
ТЭП70А.
1.3. Развитие тепловозной тяги за рубежом
На железных дорогах многих стран Западной Европы и Японии основным видом тяги
является электрическая. Во Франции электровозы и электропоезда, обычные и высокоско-
ростные, выполняют более 89 % перевозочной работы, в Швеции — 90 %, в Швейцарии —
почти 100 %. Вследствие этого западноевропейские и японские специалисты-железнодо-
рожники перестали уделять внимание тепловозной тяге, и, например, в январе 1997 г. во
Франции пришлось срочно искать тепловозы, чтобы вывести скоростные электропоезда
TGV, вставшие из-за обледенения контактной сети.
Бытует мнение, что тепловозной тягой интересуются только слаборазвитые страны,
так как последние немногочисленные заказы на тепловозы поступили западноевропейс-
ким фирмам-изготовителям из африканских стран, но в то же время железные дороги Се-
верной Америки заказали национальной промышленности 400 тепловозов, т.е. столько же,
сколько производится тепловозов во всём мире, без Китая и стран СНГ.
Если электрическая тяга преобладает в пассажирских перевозках, то тепловозная сохра-
няет прочные позиции в грузовых. В целом в Европе (кроме стран СНГ), где суммарный
грузооборот составляет 700 млрд приведённых т-км, на электрическую тягу приходится 70 %.
На железных дорогах стран СНГ (включая Россию) этот показатель составляет 2000 млрд
приведённых т-км и около 50 %, в Японии почти весь объём перевозочной работы (420 млрд
приведенных т-км, из которых 400 млрд пассажиро-км) выполняются электрической тягой.
В остальных странах, за очень редкими исключениями, например в ЮАР, преобладает
тепловозная тяга, которая выполняет 3000 млрд приведённых т-км на американском мате-
рике и немногим меньше 1000 млрд приведённых т-км на других континентах. Общемиро-
вой объём перевозочной работы, преимущественно грузовой, приходящийся на тепловоз-
ную тягу, составляет 3500—4000 млрд приведённых т-км. Это почти столько же, сколько
приходится на электрическую тягу, где преимущество у пассажирских перевозок, но равно-
весие может сдвинуться в пользу тепловозной, так как в последние годы рост отмечался
только в грузовых перевозках на железных дорогах Северной Америки (тепловозная тяга)
и Китая (тепловозная и электровозная тяга поровну). Численность локомотивного парка
крупнейших железнодорожных сетей мира приведена в табл. 1.3.
Несмотря на прогресс электрической тяги, потребность в дизельной существует на боль-
шей части железных дорог всего мира. В частности, именно тепловозы (или дизель-поезда)
наиболее целесообразны там, где речь идёт о сохранении или возобновлении пассажирс-
ких перевозок, особенно социально значимых, но по большей части нерентабельных.
На железных дорогах, где используются два вида тяги, тепловозная обслуживает, как
правило, направления с менее рентабельными перевозками. Низкая доходность и убыточ-
ность перевозок здесь объясняются объективными причинами, такими, как малые грузо-
потоки, и относить ее только на счёт тепловозной тяги неправильно. Кроме того, теплово-
зы на электрифицированных линиях, в том числе скоростных, используются как резервный
вид тяги на случай выхода из строя систем тягового электроснабжения.
22
Таблица 1.3
Количество локомотивов железных дорог мира
(оценка), ед.
Страна Тепловозы Электровозы Всего
Россия (включая азиатскую часть) 4900 8900 13 800
Германия 3900 3900 7800
Франция 1770 2150 3920
Италия 1150 2100 3250
Польша 1600 1350 2950
Украина 1500 1700 3200
США (крупные железные дороги) 18 850 100 18 950
Канада (крупные железные дороги) 3500 — 3500
Китай 6500 2000 8500
Индия 3900 1900 5800
Япония 600 1000 1600
ЮАР 1400 2300 3700
Египет 800 — 800
Австралия 1300 300 1600
Итого 90 000 50000 140 000
Нельзя игнорировать то, что для большого числа средних и малых железнодорожных сетей
на всех континентах тепловозная тяга является единственным способом сообщений при мини-
мальных затратах. Лучшей иллюстрацией эффективности тепловозной тяги является успешная
деятельность малых железных дорог США благодаря применению автономной тяги, упрощён-
ной организации движения поездов и сокращению расходов на содержание инфраструктуры.
В США успешная работа крупных железных дорог была бы невозможной, если бы не
существовало около 30 региональных и 500 малых грузовых дорог, которые выполняют
подсобные функции и доставляют грузы непосредственно потребителям. Дешёвая тепло-
возная тяга позволяет малым линиям везде находить для себя ниши рынка транспортных
услуг, поддерживать персональные связи с клиентурой, обеспечивать обслуживание в точ-
ном соответствии со спросом, организовывать перевозки повагонными отправками, а так-
же формировать грузопотоки для магистральных линий.
В мире есть около 200 локомотивостроительных предприятий, из которых 115 выпус-
кают тепловозы и 84 электровозы (71 завод смешанного производственного профиля). Сред-
няя производительность одного предприятия около 30 локомотивов в год, но в действи-
тельности одни заводы выпускают сотни, а другие лишь несколько единиц в год.
В конструкциях магистральных и маневровых локомотивов применяются типовые мо-
дули, из которых компонуются тепловозы с разными характеристиками в соответствии с
требованиями заказчика. Для них предусматриваются два варианта тягового привода: тра-
диционная электрическая передача переменно-постоянного тока с микропроцессорным уп-
равлением и передача переменно-переменного тока с преобразователями.
23
Применение поосного регулирования силы тяги улучшает тяговые и тормозные ха-
рактеристики тепловозов. Индивидуальные инвентарные модули снимают ограничения по
разнице диаметров колёс, так как частотные характеристики для каждой колёсной пары
могут отличаться. Применение асинхронных тяговых двигателей с низким электрическим
скольжением (до 0,5 %) улучшает тягово-энергетические показатели тепловозов. Поосное
регулирование способствует повышению надежности тепловозов.
Микропроцессорная система с цифровой передачей данных по волоконно-оптическим ка-
белям предусмотрена для управления работой и защиты тягового и вспомогательного оборудо-
вания. В систему входят элементы контроля силы тяги каждой оси, устраняющие боксование и
юз и определяющие фактическую скорость локомотива. Регулирование крутящего момента каж-
дой оси проводится с учётом осевой нагрузки и коэффициента сцепления каждой колёсной пары.
Электродинамический (реостатный) тормоз автоматически поддерживает тормозную
силу на уровне, определяемом условиями сцепления. Окончательно останавливает поезд
пневматический тормоз, управляемый отдельной микропроцессорной системой. У стояноч-
ного тормоза пружинный привод.
Наметившаяся тенденция применения в тепловозах передач переменного тока, мик-
ропроцессорных систем управления и регулирования как тяговых передач, так и дизеля, внедре-
ние электронной системы управления впрыском и подачи топлива способствовали повы-
шению производительности и экономичности тепловозов.
1.4. Принципы устройства и работы тепловозных передач мощности
При трогании поезда с места и его разгоне тепловозу необходима максимальная сила
тяги для преодоления повышенного сопротивления движению поезда и наибольшего его ус-
корения. Так как сила тяги локомотива ограничивается условиями сцепления колёс с рельса-
Рис. 1.8. Тяговая характеристика тепловоза:
1 — ограничение предельной (по сцеплению) силы
тяги при заданном сцепном весе; 2—ограничение по
наибольшей конструктивной скорости тепловоза; 3 —
кривая линия постоянной мощности; F — сила
тяги; V—скорость
ми, то тепловозы рассчитываются на реали-
зацию предельной (по сцеплению) силы тяги
(кривая АВ) при наибольшем коэффициенте
сцепления (рис. 1.8). В точке С ограничивает-
ся максимальная скорость тепловоза. Фигу-
ра ОАВС представляет всё поле характерис-
тик, соответствующих всем режимам
движения тепловоза, которые могут быть ре-
ализованы при заданном сцепном весе и кон-
струкции ходовых частей тепловоза. Режим
движения при силе тяги, соответствующей
точке В, тепловозами не используется, так как
в этом случае потребовались бы чрезмерное
увеличение касательной мощности локомоти-
ва и реализация её только в одной точке тя-
говой характеристики. Конструкторы стре-
мятся к тому, чтобы мощность тепловоза
использовать наиболее полно во всём диапа-
зоне скоростей движения поезда.
Для этого тяговой характеристике (т.е. за-
висимости силы тяги от скорости) придаётся
24
вид гиперболической кривой (линия Д— Е, см.
рис. 1.8), поскольку для гиперболы в каждой её
точке произведение абсциссы V на её ординату F
(т.е. мощность) есть величина постоянная. Тяге
всегда противостоят силы сопротивления (И7), за-
висящие от скорости, массы поезда, крутизны
подъёма. На графике, где по оси абсцисс отложе-
на скорость V, а по оси ординат — сила сопро-
тивления движению поезда, то для определённой
массы поезда в зависимости от скорости (на
подъёмах разной крутизны) получится группа
линий, смещённых друг относительно друга по
вертикали в зависимости от крутизны подъёма
(рис. 1.9). При совмещении тяговой характерис-
тики тепловоза с силами сопротивления движе-
нию поезда получается универсальная характе-
ристика тепловоза (рис. 1.10), по которой можно
Рис. 1.9. График сопротивления движению поезда:
1—под ъёмы разной крутизны; 2—горизонтальный
путь; 3 — спуск; W— сила сопротивления; V—
скорость
Рис. 1.10. Универсальная характеристика тепловоза:
^длит» ^длит — длительные сила тяги и скорость
тепловоза; V — скорость движения тепловоза на
площадке; F— сила тяги; W — сила сопротивления
рассмотреть все режимы тяги тепловоза.
В тепловозе дизель преобразует химическую энергию топлива в механическую энер-
гию вращения коленчатого вала. Дизель как двигатель отличается особенностями, кото-
рые обусловливают его применение для тепловоза. Мощность дизеля N при постоянной
подаче топлива (за цикл) изменяется почти пропорционально скорости вращения коленча-
того вала п (рис. 1.11). Крутящий момент на валу дизеля при постоянной подаче топлива
почти не зависит от скорости вращения коленчатого вала (рис. 1.12). Дизель может рабо-
тать только в определённом диапазоне скоростей вращения коленчатого вала от наи-
меньшей «т,пдо наибольшей итах, причем ограничивается условиями надёжного вос-
пламенения топлива и обычно составляет
30—35 % нтах- Для пуска дизеля необходим F'
внешний дополнительный источник энергии.
Пуск дизеля под нагрузкой практически не-
возможен. В рабочем диапазоне скоростей
вращения коленчатого вала и нагрузок ди-
зель работает с различной экономичностью.
Следовательно, чтобы раскрутить колёса теп-
ловоза, необходим дополнительный источник
энергии большой мощности, достаточный для
разгона и пуска дизеля.
Попытки осуществить непосредственную
передачу вращающего момента дизеля к ко-
лёсным парам тепловоза были предприняты во
многих странах, однако построенные теплово-
зы оказались неработоспособными. Опыт по-
казал, что создание тепловоза с непосредствен-
ной связью коленчатого вала дизеля с колёсами,
несмотря на заманчивость этой идеи,—задача
трудная, и такие тепловозы до сих пор не на-
шли практического применения. движению поезда; i уклон
25
Рис. 1.11. Характеристика мощности
дизеля N в зависимости от числа
оборотов коленчатого вала п:
1 — внешняя; 2 — частичные; 3 —- предел по
дымлению; nmin — минимальная угловая
скорость дизеля; ин—номинальная угловая
скорость дизеля
Рис. 1.12. Характеристика крутящего момента на валу
дизеля Л/д в зависимости от числа оборотов
коленчатого вала п:
1 — внешняя; 2—частичные; wmin—минимальная угловая
скорость дизеля; пх—угловая скорость дизеля, при которой
крутящий момент дизеля максимальный; ин—номинальная
угловая скорость дизеля
Поэтому в тепловозе применяется передача мощности дизеля через устройство или си-
стему устройств к движущим осям тепловоза. Сила при этом меняет свою величину измене-
нием передаточного числа, а не увеличением мощности дизеля, как у тепловоза с непосред-
ственным соединением коленчатого вала с движущими колёсами. Таким образом, основная
роль передачи мощности состоит в преобразовании заданных постоянных крутящего мо-
мента и числа оборотов коленчатого вала первичного двигателя в переменный момент вра-
щения движущих колёсных пар тепловоза.
Рассмотрим основные типы передач мощности: механическую, гидравлическую, элек-
трическую.
Механическая передача содержит многоступенчатые зубчатые передачи, муфты сцеп-
ления и карданные валы. Число величин скоростей (т.е. число ступеней передачи) выбира-
ется в зависимости от рода службы тепловоза (пассажирский, грузовой, маневровый), эла-
стичности двигателя (отношение наибольшего числа оборотов дизеля к наименьшему) и
профиля пути.
Благодаря своей простоте и невысокой стоимости такие передачи нашли широкое при-
менение в автомобилях, тракторах а также в мотовозах и автодрезинах с двигателями внут-
реннего сгорания небольшой мощности (до 200—350 кВт). С такой передачей в 1924—
1926 гг. в Германии по заказу России был построен тепловоз Эмх-3 (с дизелем мощностью
775 кВт при скорости вращения коленчатого вала 400 об/мин), у которого при переключе-
нии скоростей последовательно включались и выключались по мере набора скорости теп-
ловозом муфты сцепления I, II и III. При трогании такого локомотива с места и для пре-
одоления наиболее трудных участков пути машинист включал первую ступень передачи
(первую зубчатую пару колёс) с самым большим передаточным отношением, увеличивая
вращающий момент на колёсах локомотива в наибольшее число раз. Предельная тяговая
характеристика тепловоза с механической передачей и зависимость мощности от скорости
движения тепловоза приведены на рис. 1.13. Однако коробки зубчатых передач в теплово-
зах большой мощности не применяются, так как изменение вращающего момента при пе-
реходе с одной ступени на другую приводит к резким изменениям силы тяги и нагрузки
26
Гк,
кг
15 000
10 000
5000
1000
10 20 30 40 V, км/ч
Рис. 1.13. Тяговая характеристика тепловоза
Эмх-3 (Ne =1100 л.с. при п = 400 об/мин):
# и Лс—касательные мощность и сила тяги
тепловоза; т]0 — коэффициент полезного
действия тепловоза на ободе колеса; I, II,
III — ступени скоростей тепловоза
дизеля, что является серьёзным недостатком механической передачи. Опыт эксплуатации
тепловоза Эмх-3 показал, что резкие изменения силы тяги приводили к сильным рывкам в
поезде; бывали даже случаи разрыва состава поездов на две части. Особенно тяжёлым ре-
жимом работы тепловоза является трогание поезда с места, когда необходима наибольшая
сила тяги при передаче вращающего момента с помощью сил трения при проскальзывании
муфты сцепления. При этом в муфте выделяется большое количество теплоты, отвод кото-
рой затруднителен. Этот режим приводит к повышенному износу и короблению дисков
муфты. Полная мощность дизеля используется только в трёх точках, и степень использова-
ния её в эксплуатации невысокая, что видно из рис 1.13. Кроме того, управлять механичес-
кой передачей большой мощности сложно.
Гидравлическая передача передает вращающий момент от вала дизеля колёсным па-
рам тепловоза создаваемой в гидравлических аппаратах энергией потока рабочей жид-
кости. Коленчатый вал дизеля не соединён жёстко с движущими колесными парами теп-
ловоза. Гидравлическая передача состоит из гидравлического центробежного насоса, вал
которого соединён с валом дизеля, и гидравличес-
кой турбины, вал которой посредством какого-
либо механизма соединён с колёсными парами ло-
комотива. Так как крутящий момент передаётся
кинетической энергией жидкости, передача назы-
вается гидродинамической. Гидродинамические пе-
редачи могут передавать мощность либо без изме-
нения величины крутящего момента, либо с
изменением её. В первом случае в передаче исполь-
зуется гидромуфта из двух элементов: насосного 1
и турбинного 3 колёс (рис. 1.14). Для получения на
выходном валу момента, отличного от момента на
входном валу, применяется гидротрансформатор.
Для этого в нём между насосным 7 и турбинным 3
колёсами устанавливается направляющий аппарат.
У гидродинамической муфты (см. рис. 1.14) меж-
ду насосным 7 и турбинным 3 колёсами есть зазор а.
Насосное колесо 7, вращаясь, подаёт масло, посту-
пившее в него через центральное сверление в тур-
бинном валу 5. Насосное колесо 7, вращаясь, направ-
ляет масло в турбиное колесо 3, которое приходит
во вращение и при этом передаёт нагрузку турбин-
ному валу 5, с которым насосное колесо 7 соедине-
но жёстко. Для поддержания температуры масла в
допустимых пределах оно заменяется через отвер-
стие 2 в кожухе 4. При вращении насосного колеса 7
масло под действием центробежной силы стремится
к периферии. Скорость масла с увеличением радиу-
са вращения растёт. Таким образом, скорость жид-
кости при выходе из насоса больше, чем при входе.
Разность выходной и входной скоростей в на-
сосе создаёт гидравлический напор, заставляющий
жидкость перетекать в турбину, вследствие чего жид-
27
Рис. 1.14. Схематический разрез
гидравлической муфты:
1 — насосное колесо; 2 — отверстие;
3 — турбинное колесо; 4 — кожух;
5 — турбинный вал; 6 — насосный
вал; а — зазор
кость циркулирует внутри кольца, называемого кругом
циркуляции, и в то же время вращается относительно оси
входного вала.
Разность чисел оборотов насосного и турбинного ко-
лёс называется скольжением 5. Обычно скольжение выра-
жают в процентах от числа оборотов насосного колеса.
Момент, передаваемый гидромуфтой, зависит от чисел
оборотов турбинного ит и насосного колес ин. Такая за-
висимость называется универсальной характеристикой
гидромуфты (рис. 1.15).
КПД гидромуфты называется отношение ц = n.Jnu = 1-v,
где 5 = («н- п^)1пп — скольжение. При скольжении, рав-
ном 0,03—0,06, у гидромуфты коэффициент полезного
действия достигает 0,97—0,94.
Свойство гидромуфты снижать передаваемый мо-
мент при уменьшении числа оборотов насосного вала
является весьма важным для применения её как защит-
ного устройства в механизме соединения двигателя с ко-
лёсами тепловоза. В гидромуфте есть только два рабо-
Рис. 1.15. Универсальная характеристика гидравлической муфты:
пк и пт — скорости вращения насосного и турбинного колёс; Мн— крутящий момент насосного колеса;
— любое значение
аГ
28
чих элемента, связанных рабочей жидкостью: рабочее и турбинное колёса, а так как
согласно законам механики всякому действию механического характера соответствует
равное ему противодействие, то гидромуфтам присуще равенство моментов на насос-
ном и турбинном колёсах. Это значит, что гидромуфта не меняет величину передавае-
мого вращающего момента, коэффициент трансформации равен единице. Под коэффи-
циентом трансформации к понимают отношение к = где Мг — вращающий момент
турбинного колеса; Мп — вращающий момент насосного колеса.
Уменьшение скольжения сопровождается снижением тормозного и вращающего мо-
ментов. Таким образом, моменты на насосном и турбинном колёсах, согласованно изменя-
ясь, остаются равными один другому. Казалось бы, у такой передачи вращающего момен-
та от дизеля к колёсным парам нет недостатков. Однако при применении гидромуфт
вращающий момент на выходном валу передачи можно изменить только изменением пере-
даточного отношения зубчатых передач. Чтобы сделать гидромуфту пригодной для при-
менения в тепловозе, надо каким-то способом заставить вращающий момент турбинного
колеса изменяться в соответствии с внешней нагрузкой, а вращающий момент насосного
колеса — оставаться постоянным.
Гидротрансформатор отличается от гидромуфты наличием третьего неподвижного ко-
леса, называемого направляющим аппаратом, лопатки которого расположены по кругу
циркуляции между лопатками турбинного и насосного колёс.
Присутствие третьего колеса придаёт гидротрансформатору свойство изменять вра-
щающий момент. Коэффициент трансформации к может быть больше или меньше едини-
цы в зависимости от числа оборотов турбинного колеса.
Направляющий аппарат нагружает насосное колесо, а значит, и дизель одинаковым
(постоянным) моментом независимо от внешней нагрузки. Иными словами, турбинное
колесо благодаря направляющему аппарату может вращаться с малой частотой, преодоле-
вая большой момент сопротивления, а дизель при этом работает с постоянной нагрузкой.
Из-за дополнительных потерь энергии на удары и трение в направляющем аппарате кпд
гидротрансформатора становится равным 85—93 %, т.е. меньше кпд гидромуфты.
Закономерности, по которым изменяются моменты на турбинном и насосном колё-
сах в зависимости от числа оборотов этих колёс, называются характеристикой гидро-
трансформатора (рис. 1.16). Сплошными линиями показана характеристика гидротранс-
форматора при номинальном постоянном числе оборотов насосного колеса. Штриховыми
линиями дана характеристика, соответствующая увеличенному на 20 % числу оборотов
насосного колеса. При этом зависимости моментов и М2 располагаются выше, чем
при номинальном режиме, а точки наибольшего значения коэффициента полезного дей-
ствия сдвигаются в сторону более высоких чисел оборотов турбинного колеса. Моменты
на насосном и турбинном колёсах изменяются пропорционально второй степени, а мощ-
ность, передаваемая гидротрансформатором, — пропорционально третьей степени чис-
ла оборотов насосного вала.
Для уменьшения размеров гидроаппаратов входной вал гидропередачи соединяют с
валом дизеля через зубчатую передачу. При этом увеличивается передаточное отношение
между выходным валом передачи и осями движущих колёс, что приводит к необходимости
увеличения числа пар зубчатых колёс. Для изменения направления движения тепловоза в
гидропередаче применяют реверсивную зубчатую передачу. Для увеличения диапазона из-
менения силы тяги и скорости и повышения кпд иногда применяют комбинацию гидро-
муфт, гидротрансформаторов и зубчатых передач.
29
Рис. 1.16. Универсальная характеристика
гидравлического трансформатора:
Му и М2 — крутящие моменты входного и
выходного валов; Т] — коэффициент полезного
действия гидротрансформатора;-----разные
скорости вращения входного вала
У электрической передачи есть преимуще-
ства по сравнению с другими видами передач,
важнейшим из которых является возможность
наиболее полного использования мощности
теплового двигателя и сохранения неизменно-
го режима его работы при широком регули-
ровании величин силы тяги и скорости, что
позволяет в эксплуатации установить наивы-
годнейший режим работы дизеля, увеличивая
срок его службы.
При электрической передаче дизель вместе
с генератором представляет самостоятельный
агрегат, конструктивно не связанный с колёса-
ми тепловоза, что облегчает размещение обо-
рудования в кузове. Конструкция экипажной
части тепловоза получается более простой и
удобной в эксплуатации и ремонте.
Для движущей оси применятся индивиду-
альный привод от тягового электродвигателя.
Электрическая передача может выполняться с
использованием постоянного, переменно-посто-
янного или переменного тока.
Электрическая передача постоянного тока состоит из тяговых генератора и электро-
двигателей постоянного тока. Преимуществом постоянного тока является возможность
использования электродвигателей последовательного возбуждения с высокими тяговы-
ми качествами и меньшими колебаниями величины тока при изменении силы тока в от-
личие от большинства типов других электродвигателей. При плавном изменении маг-
нитного потока генератора можно обеспечить плавное изменение вращающего момента
и частоты вращения осей движущих колёсных пар в широком диапазоне скоростей дви-
жения тепловоза, в котором передачей полностью используется свободная мощность ди-
зеля. Для расширения этого диапазона применяют ступенчатое или плавное изменение
магнитного потока тяговых электродвигателей. Основные недостатки такой передачи:
большая масса и значительный расход цветных металлов, высококачественной стали и
изоляционных материалов.
Электрическая передача переменно-постоянного тока состоит из тягового синхронно-
го генератора, выпрямителя (ток переменной частоты преобразуется в ток нулевой часто-
ты) и тяговых электродвигателей постоянного тока с последовательным возбуждением.
Эксплуатация серийных тепловозов показывает, что тяговый электродвигатель посто-
янного тока является одним из наименее надёжных узлов тепловоза. Основные поврежде-
ния связаны с изнашивающимися деталями (коллектором, щётками) и изоляцией обмоток
двигателя. Вследствие размещения тяговых электродвигателей в тележках под кузовом
затрудняются их осмотр и обслуживание, велики трудоёмкость и расходы на ремонт и
эксплуатацию. Этих недостатков в значительной мере можно избежать при применении
асинхронных тяговых электродвигателей.
Короткозамкнутый асинхронный тяговый двигатель более прост по конструкции, у
него меньшие габариты и масса. При одинаковом моменте и мощности его масса на 25—30 %
меньше, чем электродвигателя постоянного тока, вследствие отсутствия коллектора, добавоч-
30
ных полюсов, лобовых частей роторной обмотки. Главным способом регулирования ско-
рости является изменение частоты питающего напряжения.
Простейшая передача переменного тока состоит из синхронного генератора и несколь-
ких асинхронных короткозамкнутых двигателей и часто называется «прозрачной», посколь-
ку момент на валу двигателей пропорционален моменту на валу генератора. Частота пита-
ющего напряжения в основном меняется при изменении частоты вращения коленчатого
вала дизеля или газотурбинного двигателя со свободной тяговой турбиной. В случае необ-
ходимости повышения силы тяги изменяют число пар полюсов генератора или двигателей.
Преобразователей такая передача не требует.
В электрическую передачу переменного тока могут входить тяговый синхронный ге-
нератор, звено плавного преобразования частоты (инверторы) и асинхронные тяговые дви-
гатели. Частота подводимого к двигателям напряжения изменяется инверторами незави-
симо от частоты вращения вала генератора. Каждый двигатель можно присоединять к
отдельному инвертору или параллельно на общие шины.
В СССР в 1973 г. Ворошиловградским (ныне Луганский) тепловозостроительным за-
водом был изготовлен экспериментальный тепловоз ТЭ120 мощностью 2950 кВт с переда-
чей переменного тока и асинхронными тяговыми двигателями.
Тепловозы с передачей переменного тока имеют высокое сцепление и существенно мень-
шие износ бандажей и повреждаемость колёс по сравнению с тепловозами с передачей пе-
ременно-постоянного тока.
1.5. Как спроектировать тепловоз
Прогресс железных дорог непрерывно связан с состоянием локомотивной тяги, про-
блемы которой находятся в центре внимания конструкторов и эксплуатационников. С уве-
личением массы поездов, их скорости и частоты движения, роста грузонапряженности же-
лезнодорожных линий изменяются требования к локомотивам и локомотивному хозяйству.
Выбор типа локомотива не только техническая задача, но и экономическая. При этом
возникают сложные научно-методические вопросы по оценке энергетического уровня раз-
ных видов тяги, исследованию переменного режима работы двигателей, так как огром-
ные расходы топлива и электроэнергии на нужды железнодорожной тяги и капиталовло-
жения в энергетику локомотивов необходимо использовать наиболее целесообразно и
экономично.
Энергетическая цепь тепловоза состоит из дизеля и передачи мощности.
Одним из основных узлов тепловоза является дизель, при выборе которого необходи-
мо изучить его технические характеристики и рассмотреть, удовлетворяют ли они требова-
ниям, предъявляемым к современным тепловозным дизелям:
1. Наибольшая унификация и стандартизация как дизелей в целом, так и отдельных их
узлов и агрегатов. При этом должна быть обеспечена возможность создания наименьшего
количества мощностных рядов.
2. Наименьшие габариты и удобная конфигурация для свободы доступа к дизелю и его
отдельным агрегатам в эксплуатации при установке и снятии их.
3. Малый удельный вес.
4. Достаточный моторесурс, т.е. срок службы до 1-го капитального ремонта равен не
менее 1600 тыс. км пробега тепловоза.
31
5. Достаточная жёсткость и герметичность остова. Жёсткость исключает возможность
деформаций остова, которые могут отрицательно сказаться на работе кривошипно-ша-
тунного и других механизмов дизеля, а также делает менее вероятным возникновение в
дизеле высокочастотных внутренних колебаний. Герметичность препятствует загрязнению
воздуха в машинном помещении продуктами сгорания и парами масла, а также проникно-
вению во внутренние полости дизеля пыли и абразивных частиц. Достаточная жёсткость
дизеля особенно важна в тех случаях, когда он установлен на сравнительно мягких резино-
вых опорах.
6. Наиболее полная уравновешенность центробежных сил, сил инерции первого и вто-
рого порядков, а также моментов всех этих сил. Выполнение этого требования особенно
важно в случаях, когда можно ожидать возникновения резонансных колебаний (вибраций)
тепловоза, вызванных работающим дизелем.
7. Отсутствие запретных зон крутильных колебаний коленчатого вала во всём рабо-
чем диапазоне чисел оборотов дизеля.
8. Высокая экономичность.
9. Низкий удельный расход масла на угар.
10. Низкая теплоотдача в воду и масло, включая теплоотдачу в теплообменник надду-
вочного воздуха.
11. Возможность применения высокотемпературного охлаждения с температурой воды
не ниже 110 °C.
12. Широкий диапазон рабочих чисел оборотов. Например, величина минимальных
оборотов дизеля устанавливается не более 0,3 от номинальных.
13. Соответствие внешних характеристик дизеля назначению тепловоза и типу передачи.
14. Дизели, предназначенные для установки в маневровых тепловозах, выбираются с
повышенной способностью быстро принимать требуемую нагрузку при полном сгорании
топлива.
Учитывая особенности рабочего процесса и характеристики дизеля, между его валом
и колёсными парами тепловоза устанавливают передачу, обеспечивающую изменение пе-
редаточного числа от наибольшей величины при трогании тепловоза с места и его разгона
до наименьшей при движении с максимальной скоростью. В магистральных и мощных ма-
невровых тепловозах наибольшее распространение получила электрическая передача.
Вспомогательные устройства (системы охлаждения дизеля, смазки, подачи топлива,
подачи и очистки воздуха, поступающего в цилиндры дизеля и для охлаждения электри-
ческих машин) подбираются так, чтобы обеспечить нормальные условия работы теплово-
за. Для питания сжатым воздухом тормозной системы и систем управления применяют воз-
душный компрессор.
Для пуска дизеля чаще всего применяют стартёр или тяговый генератор.
Управление тепловозом осуществляется из кабины машиниста, в которой обеспечива-
ются комфортные условия для его работы. Особые требования предъявляются к креслу
машиниста. В кабине размещаются: пульт управления с приборами, многопозиционный
контроллер, управление тормозной системой. Электрические аппараты системы управле-
ния располагают в специальном отсеке (высоковольтной камере). Процесс управления теп-
ловозом состоит из пуска дизеля, разгона тепловоза, регулирования скорости и силы тяги,
торможения, остановки и изменения направления движения. В энергетическом оборудова-
нии тепловоза устраиваются защиты и блокировки. Применяют системы диагностирова-
ния, обнаружения и прекращения боксования колёсных пар, обнаружения заземления элек-
трических цепей, пожаротушения, гребнесмазывания и другие системы.
32
К основным показателям тепловоза как тяговой единицы подвижного состава относят
мощность, силу тяги на ободе колёс, служебную массу (массу экипированного тепловоза с
2/3 запаса топлива и песка), сцепной вес, число колёсных пар, нагрузку от колёсной пары
на рельсы, диаметр колеса, расчётную скорость (установившуюся скорость движения теп-
ловоза на расчётном подъёме), линейные, базовые и габаритные размеры. Выбор этих па-
раметров является задачей технико-экономической, чему предшествует анализ перегонов,
объёмов грузопотоков, возможностей промышленности по созданию оборудования тре-
буемой мощности и учёта перспектив. В результате расчётов разрабатывается типажный
ряд потребных тепловозов с перспективой их работы не менее 20 лет с последующим про-
ведением модернизации и продлением срока службы ещё на 20 лет. С учётом этого основ-
ные узлы тепловоза, которые не подлежат замене (кузов, рамы тележек), рассчитываются и
испытываются на срок службы 40 лет.
В типаже перспективных магистральных тепловозов предусмотрено создание грузо-
вых шестиосных тепловозов мощностью 2500 и 3500 кВт, пассажирских шестиосных тепло-
возов мощностью 2500 и 3500 кВт.
При разработке типажа предполагалось, что в основу всех магистральных тепловозов
заложен принцип сборки их из модулей унифицированных узлов и оборудования (рис. 1.17).
При этом обеспечиваются рациональная унификация узлов, экономия средств на разра-
ботки, снижение номенклатуры сборочных единиц и деталей, необходимых для освоения
на тепловозостроительном заводе.
Основные модули тепловозов:
♦ унифицированная кабина с пультом машиниста;
♦ кузов тепловоза (вагонного и капотного типа);
Рис. 1.17. Компоновочная схема пассажирского тепловоза модульной сборки:
1 — модуль охлаждающего устройства; 2 — модуль электродинамического тормоза; 3 — модуль
воздухоснабжения дизеля и системы охлаждения электрических машин и аппаратов; 4 — кабина
капсульного типа; 5 — блок системы кондиционирования, вентиляции и обогрева; 6 — блоки
аккумуляторных батарей; 7— резервуары сжатого воздуха воздушной системы; 8—тиристорный модуль
преобразователей собственных нужд; 9 — унифицированная тележка; 10 — модуль унифицированных
тяговых преобразователей; 11 — модуль высоковольтной камеры; 12 — модуль централизованного
воздухоснабжения тяговых электрических машин; 13 — блок системы пожаротушения; 14 — дизель с
тяговым агрегатом; 15 — санитарно-гигиенический блок
33
♦ тележка с радиальной установкой крайних колёсных пар с подвешиванием тяговых
двигателей двух классов (опорно-осевой и опорно-рамный);
♦ дизель-генераторный агрегат;
♦ тяговые электродвигатели;
♦ тяговые преобразователи;
♦ преобразователи собственных нужд;
♦ электродинамический тормоз;
♦ блоки воздухоснабжения дизеля и тяговых электрических машин;
♦ осушаемая холодильная камера с системой поддержания тепла;
♦ тормозной компрессор с приводом;
♦ осевой вентилятор с приводом для охлаждения электрических машин;
♦ система кондиционирования, вентиляции и обогрева кабины.
Проектирование тепловоза, как и любого сооружения или машины, не является шаб-
лонным, строго регламентированным процессом. Начальной стадией работы является пред-
варительная компоновка: после выбора основных модулей их увязывают между собой и, в
частности, выполняют рациональное размещение внутри кузова тепловоза, проверяя при
этом развеску тепловоза, т.е. проверяя нагрузку, приходящуюся на колёсные пары тепло-
воза. При окончательной компоновке, уточняя параметры и характеристики выбранных
модулей, стремятся достигнуть:
1) реализации наибольшей силы тяги при заданном сцепном весе;
2) высоких ходовых и динамических качеств экипажа;
3) наименьших строительных размеров, малогабаритности и компактности основных
модулей;
4) наименьшей длины и наивыгоднейших аэродинамических форм газо- и воздухопро-
водов силовых установок, длины водяных трубопроводов и силовых электрических кабелей;
5) удобства установки и снятия модулей тепловоза;
6) удобства простоты обслуживания и ремонта;
7) наилучшего внешнего эстетического оформления тепловоза;
8) создания наилучших условий для работы машиниста.
Кроме перечисленных, предъявляются специальные требования, зависящие от назна-
чения локомотива и особенности его эксплуатации, в частности по защите окружающей
природной среды.
Глава 2. ТЕПЛОВОЗНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
2.1. Принципы работы поршневых двигателей
внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия воздуха
Условия возникновения процесса горения. При вращении коленчатого вала двигателя
происходят: всасывание и сжатие воздуха поршнем в цилиндре, подача топлива в конце
сжатия, воспламенение и сгорание топлива, расширение полученного газа и выпуск его в
атмосферу в конце процесса расширения. Полученная в результате этого работа снимается
с коленчатого вала двигателя.
Превращение в двигателе химической энергии топлива в механическую работу совер-
шается образовавшимся газообразным рабочим телом, качество и количество которого
изменяются: химический состав — при горении топлива и замене продуктов сгорания све-
жим зарядом; объём — непрерывно вследствие движения поршня; давление и температу-
ра — под влиянием различных процессов, в том числе и движения поршня; вес — при заме-
не продуктов сгорания в цилиндре свежим зарядом топлива и воздуха.
Совокупность всех изменений, происходящих в рабочем теле в цилиндре, а также в
смежных с цилиндром системах, предназначенных для ввода рабочего тела или составных
его частей (воздуха и топлива) и для удаления рабочего тела (продуктов сгорания) из ци-
линдра, называется рабочим процессом двигателя.
Источником энергии, используемой в тепловых двигателях для получения механичес-
кой работы, служит топливо (жидкое, газообразное, твёрдое). Химическими элементами
топлива являются углерод (87 %), водород (12,5 %), кислород (0,5 %), азот, сера и др., но их
содержание незначительно. Из этих элементов только углерод, водород и частично сера
выделяют тепло при горении и составляют горючую часть топлива.
Горением называется процесс химического соединения (окисления) элементов горю-
чей части топлива с кислородом воздуха, сопровождающийся выделением тепла и света.
Теплоту сгорания топлива определяют экспериментально, сжигая топливо в сжатом кис-
лороде в калориметрической бомбе. При экспериментальном определении получают так
называемую высшую теплотворную способность топлива, определяющую выделение теп-
лоты при охлаждении калориметрической бомбы до начальной температуры в резуль-
тате конденсации паров воды, образовавшейся при сгорании водорода топлива. В дви-
гателях внутреннего сгорания продукты сгорания выпускаются в окружающую среду при
температуре более высокой, чем температура конденсации водяных паров, и, следовательно,
теплота парообразования не используется.
При расчётах двигателей внутреннего сгорания пользуются низшей теплотворной спо-
собностью топлива, т.е. без учёта количества теплоты, которая затрачивается на испарение
воды, образовавшейся при сгорании топлива, а также воды, содержащейся в топливе. Разни-
ца между высшей и низшей теплотворной способностью топлива составляет 5—10 %.
Сгорание топлива считается полным, если весь углерод, содержащийся в нем, превра-
щается в углекислый газ, а водород — в пары воды. Если в продуктах сгорания есть окись
углерода или другие горючие вещества, то это свидетельствует о неполном сгорании.
35
Чтобы очаг горения возник и поддерживался, необходимо воспламенить топливо и обес-
печить непрерывной подвод к месту горения окислителя (кислорода воздуха) и топлива.
Воздух представляет собой смесь отдельных газов; в нём содержится 20,95 % кислорода,
78,08 % азота; 0,97 % составляют другие газы. Азот — инертный газ, и при обычных усло-
виях он не окисляется. Следовательно, окислителем служит только кислород воздуха.
Количество воздуха в килограммах, которое необходимо для сгорания 1 кг топлива
состава
С + Н + О=1,
определяется стехиометрическим соотношением в киломолях (кмоль):
1 (С Н О)
<п=-----+—+— ,
0 0,21 Ц2 4 32/
(2.1)
(2.2)
где 0,21 — объёмная доля кислорода в воздухе;
12 — молекулярный вес углерода (С);
4 — молекулярный вес водорода (Н);
32 — молекулярный вес кислорода (О).
Теоретически установлено, что для полного сгорания 1 кг жидкого топлива требуется
около 14 кг воздуха (£0).
Сгорание топлива с теоретически необходимым количеством топлива является част-
ным случаем сгорания. В зависимости от способа регулирования мощности, условий рабо-
ты двигателя (различные скоростные и нагрузочные режимы), смесеобразования и усло-
вий сгорания топлива соотношение между количествами топлива и воздуха, поступающего
в цилиндр двигателя, изменяется. Количество L воздуха, находящегося в цилиндре, может
быть больше или меньше LQ. Отношение действительного количества воздуха к теорети-
ческому называется коэффициентом избытка воздуха и выражается уравнением
w=LILq. (2.3)
При коэффициенте избытка воздуха а = 1 в действительном процессе сгорания всё
топливо обычно не сжигается до конечных продуктов окисления. Полное сгорание топли-
ва практически возможно только при а >1. Практика показывает, что для полного сгора-
ния дизельного топлива в тепловозных дизелях применяемых конструкций необходимо в
1,8—2 раза больше воздуха, чем это теоретически необходимо.
Воспламенение горючей смеси топлива с окислителем может произойти как от посто-
роннего источника тепла (например, от электрической искры), так и от тепла сжатого в
цилиндре воздуха, т.е. самовоспламенением. В тепловозах устанавливаются двигатели с
самовоспламенением жидкого топлива, т.е. дизели. В двигателях, работающих на газовом
топливе, воспламенение может призойти от впрыска в цилиндры порции жидкого топлива
или электрической искрой.
Схемы дизелей. Превращение возвратно-поступательного движения поршней во вра-
щательное движение коленчатого вала осуществляется шатунно-кривошипным механиз-
мом, схема которого представлена на рис. 2.1. Из-за разности давлений газов над поршнем
и под ним он перемещается в цилиндре. Когда поршень приходит в одно из двух крайних
положений, то направление шатуна совпадает с направлением кривошипа. В этом случае,
как бы ни была велика сила давления газов на поршень, он не сдвинется с места и коленча-
36
Рис. 2.1. Схема работы дизеля:
1 — ход поршня; 2 — линия верхнего мёртвого положения; 3 — наименьший объем; 4 — поршень; 5 —
верхняя мёртвая точка; 6 — коленчатый вал; 7 — шатун; 8 — кривошип; 9 — линия нижнего мёртвого
положения; 10 — наибольший объём; 11 — цилиндр; 12 — нижняя мёртвая точка; а — верхнее мёртвое
положение; б — промежуточное положение поршня; в — нижнее мёртвое положение
тый вал в движение не придет. Крайние положения шатуна
называются: верхнее мёртвое положение, или в.м.т. (верх-
няя мёртвая точка), и нижнее мёртвое положение, или н.м.т.
(нижняя мёртвая точка). Положения в.м.т. и н.м.т. опреде-
ляют величину хода поршня, равную удвоенному радиусу
кривошипа. Ход поршня и диаметр цилиндра являются важ-
нейшими характеристиками дизеля, определяющими его раз-
меры и способность развивать требуемую мощность.
В тепловозах применяются многоцилиндровые дизели с
числом цилиндров в одном ряду до двенадцати (см. рис. 2.1)
или в два ряда V-образно (рис. 2.2). Вертикальные одноряд-
ные шестицилиндровые дизели типа ПД4Д установлены в
тепловозах типа ТЭМ2. В тепловозах типа ТЭ10 установ-
лены однорядные десятицилиндровые дизели типа Д100 с противоположно движущими-
ся поршнями (рис. 2.3). Это означает, что в цилиндрах в разных направлениях движутся
два поршня, соединённые шатунами с верхним и нижним коленчатыми валами.
V-образные дизели, в которых шатуны двух смежных цилиндров действуют на один
кривошип, установлены в тепловозах 2ТЭ116,2М62, ТЭП70, ТЭМ7.
Степень сжатия. Процесс сжатия в двигателе внутреннего сгорания создаёт условия
для воспламенения и сгорания горючей рабочей смеси, вследствие чего получается полез-
ная работа. Температура конца сжатия определяется уравнением
Рис. 2.2. Схематичный
чертёж V-образного дизеля:
1 — кривошип; 2 — шатуны
«Г1
(2.4)
с
где Тс— температура в конце сжатия;
Та — температура воздуха, поступившего в цилиндр;
е — степень сжатия;
— показатель политропы сжатия.
37
Рис. 2.3. Схематичный чертеж
цилиндровой группы дизеля
типа Д100:
7 — нижняя мёртвая точка; 2 — верхняя
мёртвая точка; 3 — 6°; 4 — верхний
поршень; 5 — впускные окна; 6 —
форсунка; 7 — камера сгорания; 8 —
выпускные окна; 9 и 10 — нижний
поршень; 77 — верхняя мёртвая точка;
72 — 6°‘,13—нижняя мёртвая точка; 14—
угол опережения шатуна —12°
Что такое степень сжатия? При нахождении пор-
шня в н.м.т. воздух занимает полный объём цилинд-
ра Кр ав в.м.т.— объём камеры сжатия V2. Соотно-
шение этих объёмов называется степенью сжатия:
е = VXIV2. (2.5)
Для работы дизелей необходимо, чтобы темпера-
тура в конце сжатия была достаточной для воспламе-
нения впрыснутого топлива. Этим требованием оп-
ределяется наименьшая степень сжатия, при которой
двигатель может работать. Однако в действительно-
сти необходима большая, так как повышение темпе-
ратуры сокращает период между началом впрыска
топлива и его воспламенением (период задержки вос-
пламенения), что обеспечивает более мягкую работу
двигателя, при которой сгорание происходит без рез-
кого повышения давления. Значительно более высо-
кая температура в конце сжатия при обычных усло-
виях обеспечивает возможность работы двигателя
при низкой температуре всасываемого воздуха, а так-
же надёжный пуск холодного двигателя, когда при
усиленной потере теплоты в стенки цилиндра темпе-
ратура воздушного заряда в конце сжатия значитель-
но снижается. Таким образом, величина степени сжа-
тия зависит от условий эксплуатации и
конструктивных особенностей двигателя. У совре-
менных тепловозных дизелей применяется высокая
степень сжатия: 12—16, чем выше степень сжатия, тем
выше кпд дизеля.
Причина ограничения повышения степени сжа-
тия в дизелях заключается в том, что увеличение её
вызывает повышение давления в конце сжатия и со-
ответственно наибольшего давления сгорания. В ре-
зультате этого большие нагрузки на кривошипно-ша-
тунный механизм приводят к необходимости
утяжеления его деталей и двигателя в целом. С повы-
шением максимального давления на поршень увели-
чивается мощность, затрачиваемая на преодоление
трения в двигателе. Особенно важно это учитывать у двигателей с наддувом, в которых
величину степени сжатия выбирают наименьшей для надежного воспламенения топлива.
Рабочие циклы дизелей. Движение поршня определяется периодически чередующими-
ся процессами: 1) впуск в цилиндр воздуха; 2) сжатие воздуха; 3) расширение газообразных
продуктов горения (рабочий ход); 4) выпуск из цилиндра отработавших газов. Эти после-
довательные процессы называются рабочим циклом двигателя, а каждое движение порш-
ня — тактом.
В одних дизелях рабочий цикл происходит за один оборот коленчатого вала, т.е. за
два хода поршня, а в других — за два оборота, т.е. за четыре хода поршня. Первые дизе-
38
ли принято называть двухтактными, а вторые — четырёхтактными. Рабочим ходом пор-
шня называется такт расширения продуктов сгорания в цилиндре. Для рабочего хода в
двухтактном двигателе совершается один нерабочий ход, а в четырёхтактном — три не-
рабочих хода.
Четырёхтактный дизель. Первый такт — впуск воздуха в рабочий цилиндр (рис. 2.4)
через открытый впускной клапан при закрытом выпускном клапане.
Второй такт — сжатие воздуха в рабочем цилиндре. Под действием коленчатого вала
поршень из н.м.т. перемещается в в.м.т., уменьшая объём сжатого воздуха. Впускной и
выпускной клапаны в течение этого такта закрыты. Поршень в в.м.т., завершая такт, сжи-
мает воздух до давления 2,94—4,9 МПа (30—50 кг/см2), и температура воздуха повышается
до 500—600 °C, что достаточно для воспламенения дизельного топлива (62 °C).
Третий такт — расширение газообразных продуктов сгорания. Ещё при подходе пор-
шня к в.м.т. в цилиндр форсункой впрыскивается порция топлива под давлением, доходя-
щим до 98 МПа (1000 кгс/см2). Перемешивающееся со сжатым воздухом топливо воспламе-
няется. В процессе горения топлива повышается температура до 1500—1800 °C и давление
газов до 4,9—11,7 МПа (50—120 кгс/см2). Давление газов перемещает поршень к н.м.т. из-
за расширения продуктов сгорания. Третий такт называется рабочим ходом поршня пото-
му, что поршень совершает полезную работу. В этом такте впускной и выпускной клапаны
закрыты, а температура и давление газов в результате расширения понижаются.
Четвёртый такт—выпуск из рабочего цилиндра отработавших газов. Когда открыва-
ется выпускной клапан, начинается выход отработавших газов в выпускной коллектор.
Газы выталкиваются при движении поршня вверх через открытый выпускной клапан, очи-
щая цилиндр для последующего впуска воздуха. Процесс выпуска отработавших газов за-
канчивается несколько позже того, как поршень пройдет в.м.т. Следовательно, в четырёх-
тактном дизеле около 3/4 времени цикла затрачивается на вспомогательные операции: впуск,
сжатие, выпуск.
Двухтактный дизель. В двухтактном дизеле рабочий цикл совершается за два хода
поршня: при воспламенении и расширении газов поршень совершает движение к н.м.т., а
при движении к в.м.т. происходит сжатие воздуха. Для остальных двух процессов отво-
дится гораздо меньше времени рабочего цикла, чем у четырёхтактного дизеля: очистка
Рис. 2.4. Схема работы четырёхтактного дизеля:
1 — впускной клапан; 2—выпускной клапан; 3—форсунка; I—первый такт—впуск; II—второй такт —
сжатие; III — третий такт — расширение (рабочий ход); IV — четвёртый такт — выпуск
IV
39
цилиндра от продуктов сгорания и заполнение его возду-
хом происходит в период, когда поршень находится вбли-
зи н.м.т. Процесс очистки цилиндра от отработавших га-
зов и наполнения его чистым воздухом называется
продувкой.
У V-образных двухтактных дизелей (тепловозы 2М62)
применяется прямоточная продувка (рис. 2.5), где про-
дувочный воздух, поступая через окна со специальными
наклонами, направляется к верхней части цилиндра и
вместе с отработавшими газами выходит из цилиндра
через выпускные каналы в цилиндровой крышке при от-
крытом выпускном клапане. Завихряясь, воздух вытес-
няет отработавшие газы через выпускной клапан в
крышке цилиндра. Такая продувка называется клапан-
но-щелевой. При ней часть воздуха уходит из цилиндра с
отработавшими газами, однако продукты сгорания всё
же удаляются из камеры сгорания не полностью вблизи
крышки цилиндра.
У двухтактных дизелей типа 1 ОД 100 (тепловозы
Рис. 2.5. Схема клапанно-щелевой 2ТЭ10) с противоположно движущимися поршнями осу-
продувки: ществлена прямоточно-щелевая продувка цилиндров
выпускной клапан; 3 -отработавшие <РИС' 2'6»' После открытия нижним поршнем выпускных
газы; 4___продувочные окна окон происходит предварительный выпуск продуктов
Рис. 2.6. Схема прямоточно-
щелевой продувки:
1,8 — отработавшие газы; 2 —
выпускные окна; 3 — продувочные
окна; 4, 5—продувочный воздух; 6—
верхний поршень; 7—форсунка; 9—
нижний поршень
сгорания. Потом верхний поршень открывает продувоч-
ные окна и начинается принудительная продувка цилин-
дра воздухом, поступающим через впускные окна и дви-
жущимся в цилиндре по винтовой линии, как показано
стрелками. Отработавшие газы выталкиваются через вы-
пускные окна нижней части цилиндра. Воздух под давле-
нием ещё некоторое время поступает в цилиндр через про-
дувочные окна, и после закрытия выпускных окон
происходит дозарядка цилиндра. После закрытия проду-
вочных окон начинается процесс сжатия воздуха в цилин-
дре. Так, рабочий цикл двухтактного дизеля осуществля-
ется за два хода поршня или один оборот коленчатого вала
вместо четырёх ходов поршня и двух оборотов коленча-
того вала у четырёхтактного дизеля. Но при этом в двух-
тактном дизеле часть рабочего хода поршня не использу-
ется полезно из-за более раннего, чем в четырёхтактном
дизеле, открытия выпускных клапанов, а часть полезной
работы дизеля затрачивается на сжатие дополнительного
воздуха, необходимого для продувки цилиндров.
Фазы газораспределения. Важнейшим условием эф-
фективности рабочего процесса дизеля является высокое
качество очистки цилиндров от отработавших газов и
наполнение цилиндров воздухом. Процессы выпуска про-
дуктов сгорания и наполнения цилиндра свежим зарядом
40
называют процессами газообмена. Продолжительность процессов выпуска и наполнения,
их последовательность в цикле двигателя определяются временем и последовательностью
открытия клапанов (или окон в двухтактных двигателях), т.е. фазами газораспределения.
Фазы газораспределения задают угловыми координатами кривошипа в градусах относи-
тельно в.м.т. или н.м.т., указывая начало открытия и закрытия клапана (или окна). Эти
процессы протекают за доли секунды. При увеличенной продолжительности открытия окон
или клапанов уменьшается воздушный заряд цилиндра или теряются газы от предыдущего
рабочего цикла, т.е. ухудшается качество смесеобразования рабочего процесса, повышает-
ся расход топлива и снижается мощность дизеля. Выбор наивыгоднейшего соотношения
открытия и закрытия впускных и выпускных органов газораспределения — важнейшее ус-
ловие эффективности работы дизеля.
Рассмотрим фазы газораспределения четырёхтактного дизеля (рис. 2.7).
В конце процесса расширения с опережением относительно н.м.т. на угол 35—75° от-
крывается и после в.м.т. с запаздыванием на угол 50—60°, когда поршень движется к н.м.т,
закрывается выпускной клапан для лучшего освобождения цилиндра от выпускных газов.
От начала открытия выпускного клапана до н.м.т. происходит свободный выпуск. Истече-
ние газа из цилиндра при увеличении его объёма происходит вследствие того, что давление
в начале выпуска и давление вплоть до н.м.т. выше давления в выпускном патрубке. При
этом выпускаются из цилиндра газы с давлением, которое годится для совершения полез-
ной работы. Однако потеря энергии части газов перекрывается лучшей очисткой цилинд-
ров и меньшим давлением в ходе выталкивания (принудительном выпуске), облегчением
Рис. 2.7. Круговая диаграмма газораспределения четырёхтактного дизеля типа ПД1М:
7—начало подачи топлива; 2—продолжительность открытия выпускных клапанов; 3—продолжительность
открытия впускных клапанов
41
движения поршня вверх, так как давление газа в цилиндре значительно понижается. Умень-
шению вредной работы при выпуске способствует увеличение проходного сечения и вре-
мени открытия клапанов из-за закрытия выпускных клапанов несколько позже в.м.т. Для
облегчения впуска воздуха в цилиндр впускные клапаны открываются несколько раньше
в.м.т., т.е. появляется возможность продувки цилиндра свежим зарядом воздуха. Поэтому
фаза, в которой одновременно открыты выпускной и впускной клапаны, называется пере-
крытием клапанов. Поступающий во время продувки в цилиндр воздух смешивается с про-
дуктами сгорания, и часть его попадает вместе с ними в выпускной трубопровод. Следова-
тельно, масса свежего заряда цилиндра меньше массы поступившего в цилиндр воздуха.
Продувкой достигают двух положительных эффектов: уменьшения массы остаточных га-
зов и понижения температурных напряжений в днище головки цилиндров и поршня и в
выпускных клапанах. В тепловозных дизелях продолжительность открытия впускного кла-
пана соответствует 230—300° угла поворота кривошипа коленчатого вала.
Круговая диаграмма газораспределения двухтактных дизелей принципиально не от-
личается от круговой диаграммы четырёхтактных дизелей, но в ней учитывается, что про-
цессы выпуска и наполнения в двухтактных дизелях происходят одновременно и протека-
ют в течение части хода поршня из-за повышенного давления продувочного воздуха, а в
четырёхтактных дизелях в процессах газообмена участвует поршень, выталкивая газы или
всасывая свежий воздух. Общая продолжительность процессов газообмена в двухтактных
двигателях соответствует 120—150° угла поворота коленчатого вала, что в 3—3,5 раза мень-
ше, чем в четырёхтактных.
На рис. 2.8 показана круговая диаграмма газораспределения двухтактного дизеля типа
Д100. Подача топлива начинается, когда кривошип нижнего коленчатого вала не дойдет на
10° до положения, соответствующего в.м.т. Через некоторое время начинается процесс рас-
ширения. Когда кривошип нижнего коленчатого вала повернется на 124° от положения, со-
ответствующего в.м.т., начинается открытие выпускных окон нижним поршнем. В течение
16° поворота нижнего коленчатого вала газ выпускается свободно. Затем верхний поршень
открывает продувочные окна для принудительного выпуска газов, происходят продувка и
наполнение цилиндра свежим воздухом. После прохождения 56° от н.м.т. нижним поршнем
перекрываются выпускные окна. Хотя продувка заканчивается, окна ещё открыты в течение
8° поворота кривошипа, чтобы в цилиндр поступал свежий воздух, т.е. происходит дозаряд-
ка. Процесс сжатия воздуха наступает после закрытия продувочных окон.
Индикаторная диаграмма — это графическое изображение изменения давления газа в
цилиндре дизеля в зависимости от угла поворота кривошипа (или от положения поршня).
Индикаторные диаграммы снимаются специальным индикатором. При изготовлении теп-
ловозного дизеля в крышках цилиндров предусматриваются резьбовые отверстия для уста-
новки индикаторных кранов. Эти краны используются для записи индикаторных диаграмм
во время сдачи дизеля или диагностирования его для отладки рабочего процесса после пере-
борки дизеля при проведении ремонтов или для выяснения причин повышенного расхода
топлива при реостатных испытаниях. Современные индикаторы позволяют не только по-
лучать индикаторные диаграммы процессов рабочего цикла и судить о правильности их
протекания, но и наблюдать эти процессы непосредственно на экране компьютера.
Индикаторные показатели характеризуют действительный рабочий цикл и определя-
ются или расчётом цикла, или экспериментально по снятой индикаторной диаграмме из-
менения давления в цилиндре за время рабочего цикла. К ним относятся среднее индика-
торное давление р., индикаторная мощность индикаторный коэффициент полезного
действия T)z и индикаторный расход топлива g-.
42
Рис. 2.8. Круговая диаграмма газораспределения двухтактного дизеля типа Д100:
1 — наддув; 2—начало подачи топлива; 3—свободный выпуск газов; 4—продолжительность открытия
выпускных окон; 5 — продолжительность открытия впускных окон
На индикаторной диаграмме дизеля типа Д100 (рис. 2.9) видно изменение давления
газов в цилиндре дизеля в зависимости от угла поворота коленчатого вала, т.е. любая точ-
ка на этой диаграмме определяет величину давления в рабочем цилиндре при соответству-
ющем угле поворота коленчатого вала.
Средним индикаторным давлением называют условное, постоянное по величине, избы-
точное давление, которое, действуя на поршень, совершает работу за его один ход от в.м.т.
к н.м.т., т.е. равную работе газа за рабочий цикл. Во время перемещения поршня давле-
ние газа в цилиндре изменяется. Сила давления газа на поршень также является величи-
ной переменной. Работа равна произведению силы Р на путь S. По индикаторной диаграм-
ме в координатах Р и S можно подсчитать работу газов за рабочий цикл как сумму
произведений давлений на каждом маленьком участке на величину перемещения поршня
на этом участке. Эта сумма соответствует площади индикаторной диаграммы, очерчен-
ная линиями 70, 77 и точками 7, 3, 6, 7 (рис. 2.10), и выражает полезную работу газов,
которую они совершают в цилиндре за один рабочий цикл. На практике площадь инди-
каторной диаграммы, заключённой между линиями 70, 77 и точками 7,3,6, 7, определяет-
ся планиметром, а среднее индикаторное давление вычисляется по формуле
Р1=~Г' (2.6)
где L. — индикаторная работа одного рабочего цикла, тождественная площади индика-
торной диаграммы, заключённой между линиями 70, 77 и точками 7, 3, 6, 7;
Vh — рабочий объём цилиндра, на рисунке тождественный ходу поршня S.
43
Рис. 2.9. Развернутая индикаторная диаграмма дизеля типа Д100 с наддувом
Следовательно, по этим величинам можно по индикаторной диаграмме подсчитать
величину среднего индикаторного давления.
Пусть т — масштаб давления и — масштаб объёма, f — площадь индикаторной
диаграммы, I — длина основания, пропорциональная ходу поршня, тогда
(2.7)
Vh = lmx (2.8)
Рис. 2.10. Индикаторная диаграмма дизеля без наддува:
1 — точка начала горения топлива; 2 — максимальное
давление газов; 3 — горение топлива; 4 — площадь,
пропорциональная индикаторной работе цилиндра; 5 —
среднее индикаторное давление в цилиндре; 6 — линия
расширения газов (политропа); 7 — линия сжатия воздуха
(политропа); 8 — нижняя мёртвая точка; 9 — ход поршня;
10—линия впуска воздуха; 11 —линия выпуска газов; 12—
верхняя мёртвая точка; 13 — объём камеры сжатия; 14 —
линия атмосферного давления
^(иЛл2). (2.9)
В тепловозных дизелях среднее ин-
дикаторное давление находится в преде-
лах 0,58—1,76 МПа (6—18 кгс/см2).
Подсчёт работы имощности дизеля.
Работа поршня определяется произведе-
нием силы, действующей на поршень, на
пройденный путь. Произведение площа-
ди поршня и среднего индикаторного дав-
ления — это средняя сила, приложенная
к поршню. Произведение этой силы и
хода поршня — это работа, которую со-
вершают газы, действующие на поршень,
за один ход в одном цилиндре.
Индикаторная мощность двигате-
ля зависит от среднего индикаторно-
го давления, рабочего объёма цилин-
дра, числа цилиндров i, тактности т и
частоты следования циклов. При час-
тоте вращения коленчатого вала п чис-
ло рабочих циклов в одном цилиндре
равно 2 и/т. Умножив величину инди-
44
каторной работы определённую из формулы для среднего индикаторного давления
(2.6), на число цилиндров и число рабочих циклов, получим работу газов во всех ци-
линдрах за 1 с, т.е. индикаторную мощность дизеля
N.=
i
РУЛ2п
i h
Т
(2.Ю)
Это уравнение не изменится, если рабочий объём цилиндров взять в литрах, а мощ-
ность вычислять в кВт, т.е. в одной и той же системе единиц.
Например, для дизеля типа ПД1М: диаметр цилиндра D — 318 мм, ход поршня 5 —
330 мм, п — 750 об/мин, т — 4. Пусть равно 0,98 МПа (10 кгс/см2). Объём цилиндра
равен: Vh = (л D2I4) S = (3,14 • 31,82/4) • 33 = 26196 см3 = 0,0262 м3, или 26,2 л, а индикаторная
мощность: Nt - (0,98 • 26,2 • 6 • 2 • 750)/4 • 60 = 963 кВт (1300 л.с.).
Однако полезная, или эффективная, мощность, измеряемая (или реализуемая) на ко-
ленчатом валу, будет меньше индикаторной, так как часть мощности расходуется на пре-
одоление сопротивлений в трущихся частях шатунно-кривошипного механизма и на при-
вод вспомогательных механизмов (насосов, воздуходувки и др.).
Величина этих потерь зависит от величины зазоров, качества обработки деталей, тем-
пературы и вязкости масла и определяется механическим коэффициентом Т|м. В среднем
для номинального режима работы может быть принято, что цм = 0,8—0,85, тогда эффек-
тивная мощность дизеля равна
^ = ПМ^. (2.11)
При величине потерь 0,8 эффективная мощность двигателя ПД1М
Ne = 0,8 • 963 = 770 кВт (1047 л.с.).
Коэффициент полезного действия и удельный расход топлива дизелем. Эффективный
коэффициент полезного действия — это отношение количества теплоты, эквивалентной
эффективной работе на валу дизеля, к количеству теплоты, внесённой топливом в дизель.
Оба количества теплоты нужно определять за одинаковый промежуток времени, на-
пример, за 1 ч. Тогда количество теплоты, эквивалентное работе, Ne • 1 • 3600 • 1000 =
= 3,6 • 106 • Ne Дж/кВт-ч, где 3,6 • 106 Дж/кВт-ч — тепловой эквивалент 1 кВт-ч.
Ввиду малости джоуля как единицы измерения целесообразно измерять количе-
ство теплоты в килоджоулях, тогда количество теплоты, эквивалентное работе, рав-
но 3600 Ne кДж/кВт.
Количество теплоты, внесенное топливом, B4QH кДж/кг, где Вц — часовой расход топ-
лива, кг; QH — низшая теплотворная способность топлива, Дж/кг.
Эффективный КПД согласно определению равен:
N
п =3600——. (2.12)
е ВО у ’
ч^н
Так как эффективный удельный расход топлива
В
Ge=-^-Kr/KBT4’ (2.13)
45
то эффективный кпд
3600
Ле G Q ' (2Л4)
е^н
Удельный расход топлива чаще всего выражают в г/кВт-ч. Тогда
В
ч
10007V ’ (2Л5)
е
Рис. 2.11. Схема центробежного
нагнетателя:
1 — рабочее колесо; 2 — входная
улитка; 3 — диффузор; 4 —
выходная улитка
Повышение мощности тепловозных дизелей при сохранении веса и ограниченных габа-
ритах тепловоза возможно при увеличении числа цилиндров, но отечественная и мировая
практика показала, что для V-образных дизелей число цилиндров ограничивается шест-
надцатью из-за недостаточной жёсткости и прочности длинного блока цилиндров дизеля и
коленчатого вала.
Возможное повышение мощности дизеля увеличением частоты вращения коленчатого
вала дизеля ограничивается прочностью деталей и их износом, который тем больше, чем
выше скорость движения деталей шатунно-кривошипного механизма. А она зависит от ча-
стоты вращения вала и от величины хода поршня, определяющей среднюю скорость порш-
ня, которая у современных дизелей достигает 10—12 м/с.
Повысить мощность дизеля можно, увеличив диаметр цилиндра, т.е. рабочий объём,
но этот путь неприемлем: увеличивается вес дизеля.
Следовательно, повысить мощность дизеля можно, уве-
личив работу, выполняемую в цилиндрах двигателя в тече-
ние каждого рабочего цикла, сжигая большое количество
топлива с большим количеством воздуха так, чтобы коэф-
фициент избытка воздуха не уменьшился, т.е. применить при-
нудительный наддув. Количество воздуха, которое поступает
в цилиндр, можно увеличить, повысив давление наддува и
понизив температуру воздуха в холодильнике наддувочно-
го воздуха. Так увеличена мощность дизеля ПД1 в 1,82 раза—
с 486 до 882 кВт (с 660 до 1200 л.с.), а дизелей типа Д100 —
в 1,5 раза — с 1470 до 2206 кВт (с 2000 до 3000 л.с.).
Наддув дизеля осуществляется специальными воздушны-
ми компрессорами—нагнетателями, или воздуходувками, раз-
ных типов: центробежными и объёмными; последние, в свою
очередь, делятся на поршневые и ротационные. Для тепловоз-
ных дизелей применяются нагнетатели двух типов: центробеж-
ные (рис. 2.11) и ротационные (рис. 2.12), так как у них нет по-
ступательно движущихся масс и они полностью уравновешены.
Из-за большего числа оборотов в минуту (например, центро-
бежного нагнетателя до 10—25 тыс. об/мин в зависимости от
давления наддува) у них небольшие размеры. Применяются два
способа привода нагнетателя: 1) от коленчатого вала дизеля
46
через редуктор, так приводится обычно объёмный
ротационный нагнетатель (см. рис. 2.12), иногда
и центробежный, как у дизеля 11Д45 тепловоза
ТЭП60; 2) от вала газовой турбины, приводимой
в движение выхлопным газом дизеля. В последнем
случае нагнетатель (обычно центробежный) вме-
сте с турбиной составляет отдельный агрегат —
турбокомпрессор, соединённый с дизелем только
выпускным и нагнетательным трубопроводами
(рис. 2.13). Создание тепловозных дизелей с та-
ким высоким наддувом — характерная черта и
одна из важнейших особенностей современно-
го дизелестроения.
Рассмотрим процесс наддува подробнее.
Начнем с устройства простейшей воздуходув-
ки с механическим приводом, изображённой на
рис. 2.14. Внутри корпуса расположены два ра-
бочих колеса — роторы 5. У каждого ротора 5
есть две или три лопасти специальной формы.
Двухроторный трёхлопастный нагнетатель
(рис. 2.15) применён для двухтактного дизеля
Д100. При запуске дизеля роторы нагнетателя
приходят во вращение, при этом воздух заса-
сывается в нагнетатель через входной патру-
бок «впуск воздуха» (а) и перемещается ими по
направлению стрелок (б) без сжатия. Когда по-
лость А ротора соединится с окном 4, давление
в нагнетательном окне и корпусе воздуходув-
ки выравнится, поскольку нагнетательное окно
4, которое сообщается с цилиндрами дизеля, за-
полнено заранее сжатым воздухом, а ротор, вра-
щаясь, вытесняет воздух, дополнительно сжимая
его, из полости А (г) в нагнетательное окно 4.
После открытия поршнями продувочных окон
сжатый воздух выталкивает отработавшие газы,
т.е. происходит продувка и зарядка цилиндров
свежим воздухом повышенного давления. Во вре-
мя вращения роторов воздух лопастями непрерыв-
но перемещается от всасывающего 1 к нагнета-
тельному окну 4. Для уменьшения пульсации
воздуха и снижения шума лопастям роторов при-
дают специальную винтовую форму (см. рис. 2.14).
Валы роторов устанавливают строго параллель-
но, а пара зубчатых колёс нагнетателя обеспечи-
вает синхронность вращения и неизменное поло-
жение роторов друг относительно друга;
Рис. 2.12. Схема объёмного ротационного
нагнетателя:
1 — корпус; 2 — роторы; 3 — шестерни
(снаружи корпуса)
Рис. 2.13. Схема газотурбинного наддува:
1 — ротор газовой турбины; 2 — отработавшие
газы; 3—впуск в цилиндр дизеля сжатого воздуха;
4 — ротор центробежного нагнетателя; 5 —
всасывающий патрубок центробежного
нагнетателя; 6—отработавшие послетурбины газы
Рис. 2.14. Схемы устройства двухроторных
воздуходувок:
1 — нижний вал; 2 — корпус воздуходувки; 3 —
верхний вал; 4—для соединения с коленчатым
валом; 5 — роторы; а — с двумя лопастями;
б—с тремя лопастями
47
Рис. 2.15. Схемы работы двухроторной
трёхлопастной воздуходувки:
1 — впуск воздуха; 2 — корпус; 3 — выпуск сжатого
воздуха; 4 — нагнетательное окно
изготавливают их по высокому клас-
су точности. Для предохранения по-
верхностей роторов, сделанных из
алюминиевого сплава, от износа и за-
диров между ними и рабочими повер-
хностями корпуса предусмотрены ра-
диальные зазоры от 0,5 до 1,3 мм, а
сами роторы установлены так, что их
лопасти не касаются друг друга при
работе. Однако из-за этого несколь-
ко снижаются производительность
воздуходувки и степень повышения
давления.
Объёмный ротационный нагнета-
тель теоретически не ограничивает дав-
ление наддува, но при давлениях выше
1,5 кг/см2 быстро уменьшается его кпд
из-за утечек воздуха через зазоры меж-
ду роторами и между роторами и кор-
пусом (утечки уменьшаются с ростом
числа оборотов), а также вследствие пе-
ретекания сжатого воздуха из нагнета-
тельного трубопровода в воздуходувку
перед началом процесса нагнетания
(когда полости, ограниченные ротора-
ми и корпусом, соединяются с нагнетательным трубопроводом). Это перетекание сопровож-
дается преобразованием кинетической энергии воздуха в теплоту и повышением температу-
ры воздуха, что ещё больше увеличивает работу нагнетания. Поэтому практически давление,
развиваемое этим нагнетателем, ограничено приемлемой величиной кпд. При малом давле-
нии наддува объёмный ротационный нагнетатель экономичнее центробежного, особенно
если воздуходуховка приводится от двигателя через редуктор. У роторного нагнетателя с
механическим приводом есть важная особенность, а именно: при неизбежном загрязнении
окон цилиндров во время работы дизеля воздух, находящийся между лопастями роторов,
вытесняется в цилиндры, но при повышенном противодавлении.
Нагнетатель можно приводить в движение газовой турбиной. В этом случае нагнетатель
(обычно центробежный) вместе с турбиной составляет отдельный агрегат, называемый тур-
бокомпрессором, соединённый с двигателем только трубопроводами (выпускным и нагнета-
тельным). На рис. 2.16 изображена схема газотурбинного наддува четырёхтактных дизелей
Д49, ПД1М, K6S310DR. Главное преимущество турбокомпрессора заключается в использо-
вании энергии отработавших газов, доля которой достигает 30—35 % всей энергии, получен-
ной в двигателе от сгорания топлива. Если эту энергию использовать хотя бы частично, тог-
да значительно повысится экономичность двигателя по сравнению с применением приводного
нагнетателя. Для этого необходимо заставить газы более полно расшириться, что можно
сделать в газовой турбине в отличие от поршневого двигателя. Газовая турбина (рис. 2.17)
состоит из двух основных обязательных элементов: соплового аппарата 1 с направляющими
лопатками, образующими каналы для течения и расширения газа, и вращающегося рабочего
диска (ротора) 3 с рабочими лопатками 2, имеющими межлопаточные каналы. Отработав-
48
Рис. 2.16. Схемы привода нагнетателей при наддуве дизелей:
1 — воздуходувка; 2 — впуск воздуха из атмосферы; 3 — коленчатый вал; 4 — наддувочный воздух;
5,7 — отработавшие газы в атмосферу; 6 — отработавшие газы в турбину; 8 — турбокомпрессор; 9 —
наддувочный воздух
шие газы из дизеля поступают сначала в сопловой аппарат турбины, в котором давление
газа повышено по сравнению со свободным выпуском.
Межлопаточные сопловые каналы, или, как их просто называют, сопла, сужаются к
выходу, значит, скорость отработавшего газа
при течении в них непрерывно повышается, а
давление падает, т.е. потенциальная энергия
давления преобразуется в кинетическую энер-
гию движения отработавших газов. Газ вы-
ходит из сопел со скоростью в несколько со-
тен метров в секунду. Далее газовая струя
попадает в межлопаточные каналы, образо-
ванные рабочими лопатками ротора, которые
также сужаются к выходу. Происходит пово-
рот и дальнейшее расширение газового пото-
ка. При этом снижается его температура и
давление и, следовательно, кинетическая энер-
гия газов преобразуется в энергию вращения
ротора турбины. Газы, отработавшие в тур-
бине, отводятся в атмосферу по выпускному
патрубку. Температура газов перед турбиной
допускается до 500—600 °C, так как более
высокая их температура уменьшает прочность
лопаток и дисков турбины. У современных
тепловозных дизелей воздух, сжатый в турбо-
компрессоре, поступает в цилиндры не сразу,
а сначала охлаждается в специальном тепло-
обменнике.
Из принципиальной схемы над дува двух-
тактных дизелей 11Д45 (рис. 2.18) видно, что
Рис. 2.17. Газовая турбина:
1 — сопловой аппарат; 2 — рабочие лопатки; 3 —
рабочий диск турбины; а — схема турбины; б —
проточная часть турбины
49
Рис. 2.18. Схема наддува двухтактных дизелей:
1 — центробежный нагнетатель; 2 — наддувочный
воздух второй ступени; 3—отработавшие газы после
турбины; 4 — турбокомпрессор; 5 — воздух из
атмосферы; 6—наддувочный воздух первой ступени
воздух, сжатый в турбокомпрессоре (первая
ступень сжатия), направляется в центробежный
нагнетатель с механическим приводом (у дизеля
1 ОД 100 он приводится от верхнего коленчатого
вала), который дожимает наддувочный воздух
(вторая ступень сжатия). Затем воздух подаёт-
ся в цилиндры двигателя. Поскольку у двухтак-
тных дизелей цилиндры от продуктов сгорания
очищаются сжатым воздухом, обязательным ус-
ловием для организации эффективного рабоче-
го процесса является установка приводного
центробежного компрессора. При пуске дизе-
ля и при малых нагрузках, когда энергии от-
работавших газов недостаточно для наддува
дизеля только от турбокомпрессора, воздух
в цилиндры подаётся главным образом при-
водным центробежным компрессором. У со-
временных дизелей воздух, сжатый в нагнета-
теле, до поступления в цилиндры дизеля
охлаждается в теплообменнике. Это увеличи-
вает его плотность и понижает температуру
газов в цилиндре, что снижает тепловые и ме-
ханические напряжения деталей цилиндро-поршневой группы дизеля. Применение газо-
турбинного наддува и охлаждения воздуха является генеральным направлением повыше-
ния мощности современных тепловозных дизелей.
Внешний тепловой баланс дизеля составляется для оценки совершенства рабочего процес-
са дизеля. Распределение теплоты, выделяющейся при сгорании топлива в дизеле, на отдель-
ные составляющие проводится для того, чтобы определить теплоиспользование, тепловые по-
тери и способы их уменьшения, эффективность использования энергии выпускных газов,
наметить пути улучшения показателей работы дизеля и рассчитать систему охлаждения.
С отработавшими газами уходит около 30—35 % тепла, внесенного с топливом. Поте-
ри с отводом тепла в воду и в масло происходят по разным причинам: детали дизеля от
трения и соприкосновения с горячими газами нагреваются, а во избежание их перегрева и
выхода из строя их надо непрерывно охлаждать. Эти потери составляют: в воду 10—25 %,
в масло 3—7 %. Для уменьшения этих потерь необходимо поднять температуру охлаждаю-
щей воды. Было установлено, что увеличение температуры охлаждающей воды на каждые
10 °C приводит к снижению доли отводимого тепла на 3—4 %. Но это, в свою очередь,
повышает механический кпд дизеля вследствие повышения температуры масла на стенках
цилиндра и уменьшения трения. Уменьшение доли теплоты, уносимой охлаждающей во-
дой, увеличивает долю теплоты, отводимую с отработавшими газами, а значит, и энергию
газа в турбине турбокомпрессора. Это даёт возможность уменьшить размеры холодильни-
ка и мощность насосов прокачки охлаждающей воды. В этом случае 35—45 % теплоты
уносится с отработавшими газами. Часть этой теплоты используется в турбокомпрессоре,
а остальная выпускается в атмосферу. Эффективно используется на валу дизеля 35—45 %
тепла сожжённого топлива. Задача конструкторов и эксплуатационников — снижать поте-
ри энергии, но не в ущерб надёжности дизелей. Для дальнейшего повышения топливной
экономичности тепловозных дизелей важно совершенствовать их рабочий процесс, осо-
бенно на частичных нагрузках.
50
Большое значение имеет создание турбокомпрессоров с более высоким кпд и управля-
емой системой наддува, а также применение неохлаждаемых выпускных коллекторов.
Своевременный и высококачественный ремонт топливной аппаратуры, тщательная очи-
стка выпускных и продувочных окон в цилиндровых втулках, правильная регулировка ди-
зелей после ремонта снижают расход топлива тепловозами в эксплуатации, улучшают теп-
ловой баланс дизеля.
2.2. Конструктивные особенности дизелей, применяемых в тепловозах
В тепловозах, работающих на железных дорогах России, применяются двухтактные и
четырёхтактные дизели. Их технические характеристики приведены в табл. 1.1 и 1.2. Для
магистральных тепловозов основными типами дизелей являются 1 ОД 100 (тепловозы 2ТЭ10),
Д49 (тепловозы 2ТЭ116, ТЭП70), 14Д40 (тепловозы 2М62), 11Д45А (тепловозы ТЭП60),
для маневровых тепловозов — K6S310DR (ЧМЭЗ), ПД1М (ТЭМ2), т.е. на российских теп-
ловозах применяются дизели пяти типов.
Дизель типа Д49. Требования к моторесурсу и экономичности определили выбор в
качестве базовой модели мощностной ряд четырёхтактных дизелей типа Д49 (ЧН 26/26),
который включает шести-, восьми-, двенадцати-, шестнадцати- и двадцатицилиндровые
модификации дизелей мощностью от 300 до 4410 кВт. Дизели этого ряда применяются для
магистральных и маневровых тепловозов. Устаревшие модели можно заменить мощност-
ным радом дизелей типа Д49 с высокой степенью унификации и лучшими экономическими
показателями. В основу создания мощностного рада был положен принцип обеспечения
всего диапазона мощностей рада изменением количества цилиндров и уровня форсирова-
ния V-образных дизелей одинакового диаметра цилиндра и хода поршня, равного 260 мм.
Угол развала между цилиндрами в V-образной модели равен 42°.
Мощностные диапазоны для каждой модели дизелей определяются средним эффек-
тивным давлением ре (от 0,743 до 1,922 МПа) и частотой вращения коленчатого вала (от
750 до 1000 об/мин). Унификация деталей между моделями ряда равна 87 %. Все основные
узлы дизелей, определяющие сроки службы между ремонтами (цилиндро-поршневая груп-
па, шатунно-кривошипный механизм, клапанный механизм, топливная аппаратура, под-
шипники коленчатого вала, фильтры и др.), одинаковы для всех модификаций.
Основные узлы дизелей типа Д49 (рис. 2.19) изготовлены в виде отдельных агрегатов,
закреплённых на блоке цилиндров двигателя. Такой компоновкой достигается высокое ка-
чество изготовления каждого узла, сокращение и упрощение общей сборки при изготовле-
нии и применении агрегатного метода при ремонте.
На дизеле установлены: турбокомпрессор 7, выпускные трубы 2, осевой вентилятор
охлаждения генератора 3, регулятор частоты и мощности 4, возбудитель тягового генера-
тора 5, тяговый генератор переменного тока 6, поддизельная рама 7, центробежный фильтр
масла 8, водомасляный теплообменник 77, масляный фильтр грубой очистки 72, масляный
насос 13, два водяных насоса 14, охладитель наддувочного воздуха 75. У дизелей последних
модификаций с 2002 г. вместо масляных фильтров грубой и тонкой очистки применяется
самоочищающийся масляный фильтр.
Блок дизеля 9 «сухой» (т. е. охлаждающая вода в блоке дизеля не циркулирует), свар-
но-литой, основные сварные швы разгружены от усилий давления сгорания. Коленчатые
валы упрочнены: шейки валов азотированы, а галтели накатаны. На каждой щеке сталь-
ных валов форсированных модификаций дизелей установлены противовесы. Подшипники
коленчатого вала залиты свинцовистой бронзой и взаимозаменяемы.
51
1
Рис. 2.19. Внешний вид дизель-генератора типа Д49 с газотурбинным наддувом:
7 — турбокомпрессор; 2 — выпускные трубы; 3 — вентилятор охлаждения тягового генератора; 4 —
регулятор частоты и мощности; 5—возбудитель тягового генератора; 6—тяговый генератор переменного
тока; 7— под дизельная рама; 8 — центробежный фильтр масла; 9 — блок дизеля; 10 — масляная ванна;
77 — водомасляный теплообменник; 72 — фильтры грубой очистки масла; 13 — масляный насос; 14 —
водяной насос; 75 — охладитель наддувочного воздуха
Втулки цилиндров подвесного типа. Втулка и крышка цилиндров образуют цилинд-
ровый комплект, который можно вынимать из блока вместе с шатуном и поршнем. Клапа-
ны опираются на «плавающие» вставные сёдла в крышках цилиндров.
Клапанный механизм управляется общим для правого и левого рядов дизеля распре-
делительным валом, а в приводе клапанов для уменьшения зазоров установлены гидротол-
катели. Поршни составной конструкции охлаждаются маслом. Топливная форсунка выне-
сена из полости клапанного механизма, весь топливный трубопровод расположен вне
системы смазки.
Все основные узлы и трубопроводы системы масла расположены на дизеле. Рама 7 под
дизель и генератор сварная. К боковым и торцевым листам рамы приварена ванна для
масла 10.
Выпускные коллекторы охлаждаются водой и оборудованы экранирующей жаровой
трубой. Узлы дизеля сконструированы для высокотемпературного охлаждения. В большин-
стве модификаций дизелей регуляторы частоты вращения и мощности оснащены устрой-
ствами для корректировки подачи топлива в зависимости от давления наддува и встроен-
ной защитой дизеля от падения давления масла.
Дизель типа 10Д100. Он соединён с генератором полужёсткой муфтой и смонтирован
с ним на одной раме. Дизель 1 ОД 100 (рис. 2.20) — двухтактный, вертикальный, десятици-
линдровый, двухвальный, с противоположно движущимися поршнями, непосредственным
впрыском топлива, с турбонаддувом, прямоточной продувкой и водяным охлаждением.
52
На раме 7 дизеля установлены: блок дизеля 2, два турбокомпрессора 7, воздушный трубо-
провод 3, воздушный охладитель 4, тяговый генератор 5, выпускной коллектор 6, водяной
насос охладителей масла и наддувочного воздуха 8, водяной насос системы охлаждения
дизеля 9, масляный насос 10, выпускные патрубки 77. На рис. 2.21 приведены продольный
(а) и поперечный (б) разрезы дизеля типа 1 ОД 100. В верхней части втулки цилиндра рас-
положены впускные окна, через которые воздух поступает в цилиндр из продувочного
ресивера. В нижней части втулки находятся выпускные окна, через которые газы, отрабо-
тавшие в цилиндре, поступают в выпускной коллектор. В центральной части втулки ци-
линдра диаметрально противоположно установлены две форсунки 13, которые впрыски-
вают топливо в камеру сгорания, образуемую поршнями 33 и 36 при их сближении.
Верхний 75 и нижний 23 коленчатые валы соединены между собой торсионной верти-
кальной передачей 16. От нижнего коленчатого вала вращение передаётся на вал генерато-
ра 27, а также на валы масляного и водяных насосов, регулятора скорости и механического
тахометра. От верхнего коленчатого вала приводятся в действие центробежный нагнета-
тель и кулачковые валы топливных насосов 72. Впускные и выпускные окна открываются
и закрываются поршнями при их движении в цилиндре. Нижний коленчатый вал при вра-
щении опережает верхний коленчатый вал на 12°, вследствие чего он передаёт около 70 %
мощности дизеля. Это опережение обеспечивает запаздывание закрытия впускных окон
относительно выпускных, чем достигается «дозарядка» цилиндра свежим воздухом.
7
Рис. 2.20. Внешний вид дизель-генератора типа 1 ОД 100 с газотурбинным наддувом:
7 — турбокомпрессоры; 2 — блок дизеля; 3 — воздушный трубопровод; 4 — воздухоохладитель; 5 —
тяговый генератор; 6 — выпускной коллектор; 7 — рама; 8 — водяной насос охлаждения масла и
наддувочного воздуха; 9 — водяной насос системы охлаждения дизеля; 10 — масляный насос; 77 —
выпускные патрубки
53
a
8 9 10 11 12 13 14 15 16
Рис. 2.21. Продольный («) и поперечный (б) разрезы дизеля типа 10Д100:
1, 17 — валы отбора мощности; 2 — масляный насос; 3 — объединённый регулятор; 4 — выпускной патрубок; 5 — тахометр; 6 — компенсатор; 7 —
турбокомпрессор; 8—маслоотделитель; 9—блок; 10—крышка блока; 11—воздушный трубопровод; 12—топливный насос; 13—форсунка; 14,24—верхний
и нижний шатуны; 15,23—верхний и нижний коленчатые валы; 16—вертикальная передача; 18—воздуходувка второй ступени; 19—воздухоохладитель; 20 —
валоповоротный механизм; 21 — генератор; 22 — муфта привода генератора; 25—рама дизель-генератора; 26—антивибратор; 2 7— привод масляного
насоса и регулятора; 28, 29 — смотровые люки; 30 — трубопровод масла; 31, 37 — коренные подшипники верхнего и нижнего коленчатых валов; 32 —
распределительный вал; 33 — поршень верхнего коленчатого вала; 34 — втулка цилиндра; 35 — водяной патрубок; 36 — нижний поршень
Система наддува с охлаждением наддувочного воздуха подаёт его в цилиндры дизеля.
Система наддува двухступенчатая: первая ступень—два автономных турбокомпрессора 7,
работающих параллельно; вторая ступень — воздуходувка 18 с механическим приводом.
Турбокомпрессоры приводятся во вращение энергией отработавших газов. Атмосферный
воздух засасывается турбокомпрессорами и подаётся под давлением по двум воздухопро-
водам 11 к воздуходувке. Давление воздуха в воздуходувке повышается до требуемой вели-
чины. Через воздухоохладители 19, расположенные с левой и правой сторон дизеля, воздух
поступает в воздушный ресивер и далее в цилиндры дизеля 34.
Дизель K6S310DR. В тепловозах ЧМЭЗ установлен четырёхтактный дизель К68310DR
с вертикальным расположением цилиндров и водяным охлаждением. Буква К означает,
что дизель с наддувом (в отличие от дизеля 6S310DR, установленного в тепловозе ЧМЭ2).
Применение наддува увеличило мощность дизеля с 552 кВт (750 л.с.) до 993 кВт (1350 л.с.).
Цифра 6 означает, что дизель шестицилиндровый, а 310 — что внутренний диаметр цилин-
дра равен 310 мм. Последние две буквы DR указывают на то, что дизель специально пред-
назначен для железных дорог, т.е. для установки в тепловозах.
Вместе с тяговым генератором постоянного тока дизель образует силовую установку
тепловоза, энергия которой используется для получения силы тяги. Основными частями
дизеля являются остов, шатунно-кривошипный и газораспределительный механизмы, топ-
ливная, масляная, водяная и газовая системы.
Дизель (рис. 2.22) собран на раме 24, сваренной из стальных листов и стальных отли-
вок. Задняя часть рамы уширена и используется для установки тягового генератора 1. В раме
на семи коренных подшипниках 26 уложен коленчатый вал 22, жёстко соединённый с яко-
рем тягового генератора. На переднем конце вала укреплён антивибратор 21. К переднему
торцу коленчатого вала прикреплён поводковый вал 19 для привода вспомогательных ме-
ханизмов (компрессора, главного вентилятора и вентилятора охлаждения тяговых элект-
родвигателей передней тележки).
Рис. 2.22. Продольный (а) и поперечный (б) разрезы дизеля K6S310DR:
1 — тяговый генератор; 2 — втулочный упор; 3 — охладитель наддувочного воздуха; 4 —
турбонагнетатель; 5 — выпускной коллектор; б — поршневой палец; 7 — форсунка; 8 — поршень; 9 —
распределительный вал; 10 — крышка клапанной коробки; 11 — топливный насос; 12 — впускной
коллектор; 13 — клапанная коробка; 14 — крышка цилиндра; 75 — клапаны; 16 — цилиндровая втулка;
17 — объединённый регулятор дизеля; 18 — шатун; 19 — поводковый вал; 20 — масляный насос; 27 —
антивибратор; 22 — коленчатый вал; 23 — блок дизеля; 24—рама дизеля; 25 — топливоподогреватель;
26— коренной подшипник; 27— маслоохладитель
55
На раме укреплён стальной сварной блок 23 с запрессованными в него цилиндровыми
втулками 76, отлитыми из чугуна. Блок с рамой соединён анкерными и сшивными шпиль-
ками. Между стенками блока и цилиндровыми втулками проходит охлаждающая вода.
Внутри втулок установлены поршни 8, отлитые из алюминиевого сплава. В процессе рабо-
ты дизеля поршни охлаждаются маслом, поступающим из общей масляной системы. Пор-
шни через пальцы 6 и шатуны 18 соединены с кривошипами коленчатого вала 22.
Каждый цилиндр сверху закрыт крышкой 14, отлитой из чугуна. Крышка, прикреп-
лённая к блоку пятью шпильками, охлаждается водой, поступающей из блока по трём пе-
репускным патрубкам. В каждой крышке смонтированы форсунка 7 и четыре рабочих кла-
пана 75 (два впускных и два выпускных). Установленные на цилиндровой крышке детали
привода клапанов защищены клапанной коробкой 13, отлитой из алюминиевого сплава и
закрытой алюминиевой крышкой 10.
С правой стороны блока в отдельном отсеке размещён распределительный вал 9, со-
стоящий из семи частей и приводящийся от коленчатого вала. Опорами распределительно-
го вала служат семь разъёмных и один втулочный подшипники. Шестерённый привод рас-
пределительного вала закрыт разъёмным корпусом, который прикреплён к заднему торцу
дизеля. У распределительного вала есть двенадцать кулачков для управления впускными и
выпускными клапанами и шесть кулачков для привода топливных насосов высокого дав-
ления 77, установленных на верхней плите отсека распределительного вала. На этой же
плите установлен вал управления рейками топливных насосов. Насосы соединены трубка-
ми высокого давления с форсунками 7.
Для регулирования частоты вращения коленчатого вала на блоке дизеля установлен
объединённый регулятор 7 7, который одновременно защищает дизель от перегрузки. В разъём-
ном корпусе привода распределительного вала размещён предельный регулятор, останавли-
вающий дизель в случае превышения максимальной частоты вращения (разноса).
На переднем торце дизеля установлены масляный 20, топливоподкачивающий и два
водяных насоса. Все насосы приводятся от коленчатого вала.
К заднему торцу блока через промежуточный кронштейн прикреплён турбонагнета-
тель 4. Отработавшие газы к турбонагнетателю подводятся по двум выпускным коллекто-
рам 5, расположенным с левой стороны дизеля. С его правой стороны укреплён впускной
коллектор 12, по которому воздух от турбокомпрессора под давлением поступает в цилин-
дры дизеля, предварительно пройдя через охладитель 3. Коллекторы 5 и 12 патрубками
соединены с цилиндровыми крышками.
К остову дизеля прикреплены топливоподогреватель 25, маслоохладитель 27, масло-
прокачивающий насос, фильтры грубой и тонкой очистки топлива и масла. Дизель уста-
новлен на главной раме тепловоза и укреплён четырьмя втулочными упорами 2. Дизель
пускается тяговым генератором, используемым в качестве стартёрного электродвигателя,
получающего питание от аккумуляторной батареи. Дизель останавливается дистанционно
(с пульта управления) объединённым регулятором, прекращающим подачу топлива в ци-
линдры дизеля.
Дизель ПД1М. В тепловозах типа ТЭМ2 с 1968 г. устанавливаются дизели ПД1М, ко-
торые заменили дизели 2Д50 и ПД1. У всех этих дизелей одинаковая компоновка, силовая
схема и конструктивное исполнение. Большинство их узлов и деталей унифицировано.
Прочный литой остов у дизелей этого типа (рис. 2.23, а, б) состоит из рамы 33, блока 8 и
крышек цилиндров 77. В гнезда блока цилиндров сверху вставлены цилиндровые втулки
39, образующие совместно с внутренними стенками блока полости для циркуляции ох-
лаждающей воды.
56
Рис. 2.23. Продольный (а) и поперечный (б) разрезы дизеля типа ПД1М (начало)
Рис. 2.23. Продольный (а) и поперечный (б) разрезы дизеля типа ПД1М (окончание):
1—масляный насос дизеля; 2 — ведомая шестерня привода масляного насоса; 3—шкив; 4—коленчатый
вал; 5—корпус привода; 6—шатун; 7—электропневматический сервомотор; 8—блок цилиндров; 9—
палец поршня; 10 — поршень; 11 — крышка цилиндра; 12 — форсунка; 13 — корпус механизма
газораспределения; 14 — индикаторный кран; 75 — щиток резисторов; 16 — водяной коллектор; 77 —
регулятор частоты вращения вала дизеля; 18 — рукоятка аварийной остановки дизеля; 19 — топливный
насос; 20, 21 — верхний и нижний выпускные коллекторы; 22 — вал привода топливного насоса; 23 —
водяной насос; 24 — предохранительный клапан системы вентиляции картера; 25 — корпус привода
механизма газораспределения, топливного и водяного насосов; 26 — сетчатый маслоуловитель системы
вентиляции картера; 27 — турбокомпрессор; 28 — краник слива воды из турбокомпрессора; 29 —
кронштейн турбокомпрессора; 30 — шестерни привода механизма газораспределения, топливного и во-
дяного насосов; 31 — генератор; 32 — корпус уплотнения; 33 — рама дизеля; 34 — крышка; 35 —
маслопровод; 36—распределительный вал; 37—рычаг толкателей; 38—штанга; 39—втулка цилиндра;
40 — охладитель наддувочного воздуха; 41 — клапан впуска; 42 — клапан выпуска; 43 — наддувочный
коллектор; 44 — толкатель; 45 — рычаг впуска; 46 — крышка корпуса механизма газораспределения;
47 — рычаг выпуска; 48 — коллектор топливного насоса
В каждой цилиндровой крышке 77 установлены форсунки 72, два впускных 41 и два
выпускных клапана 42 и индикаторный кран 14. Клапаны 41 и 42 приводятся в действие от
кулачков распределительного вала 36 рычагами толкателей 57, штангами 38 и двуплечими
рычагами. Распределительный вал 36 расположен с правой стороны (если смотреть со сто-
58
роны генератора) в блоке цилиндров 8, двуплечие рычаги — в чугунных корпусах, закреп-
лённых на цилиндровых крышках 11. К задней уширенной части рамы 33 прикреплён гене-
ратор 31, статор которого жёстко связан с фланцем рамы, а ротор — с коленчатым валом.
В уширенной части рамы размещён шестерённый привод 30, передающий вращение от ко-
ленчатого вала 4 к распределительному валу 36, валу привода 22 топливного насоса 19 и
водяному насосу 23. На верхней крышке шестерённого привода 30 установлены предох-
ранительный клапан 24 и сетчатый маслоуловитель 26 системы вентиляции картера. К пе-
реднему торцу рамы прикреплён корпус привода масляного насоса, в котором размещён
фильтр грубой очистки масла. На торце корпуса привода масляного насоса закреплён мас-
ляный насос 1 дизеля, получающий вращение через конический редуктор и поводковый
привод от коленчатого вала 4 дизеля.
С левой стороны дизеля установлены один водяной 16, верхний 20 и нижний 21 выпуск-
ные газовые коллекторы, топливный насос 19 с размещёнными на нём электропневмати-
ческим сервомотором 7 и регулятором частоты вращения 17, фильтры тонкой очистки топ-
лива и водяной насос 23, а на правой стороне — наддувочный коллектор 43.
Турбокомпрессор 27 расположен на генераторе 31. Для осмотра кривошипно-шатунного
механизма, распределительного вала 36, рычагов толкателей 37 и штанг 38 в раме 33 и
блоке цилиндров 8 предназначены люки, закрываемые крышками.
На дизеле ПД1М по сравнению с дизелем 2Д50М дополнительно установлены охла-
дитель наддувочного воздуха 40, центрифуга масла, масляный насос для подачи масла в
центрифугу и изменены некоторые элементы и характеристики турбокомпрессора 27 и
электропневматического сервомотора 7, связанные с повышением мощности дизеля с 1000
до 1200 л.с.
2.3. Блок дизеля и цилиндро-поршневая группа
Блок полностью воспринимает усилия от давления газов на поршни в цилиндрах и
силы инерции деталей шатунно-кривошипного механизма, совершающих возвратно-по-
ступательное и вращательное движение.
Турбокомпрессоры, центробежный нагнетатель, воздухоохладители, топливный, во-
дяной и масляный насосы, форсунки, регулятор частоты вращения и другие вспомогатель-
ные агрегаты, механизмы, трубопроводы крепятся к блоку, поэтому блоки делают проч-
ными и жёсткими. Если блок не будет жёстким, он не сможет сопротивляться деформациям,
которые вызываются действием сил и неравномерным нагревом частей дизеля. В результа-
те может нарушиться работа коленчатого вала и других узлов.
Блок является самой крупной деталью дизеля. Например, длина блока дизеля типа Д100
около 4 м, ширина — 1,1м, высота — 1,8 м. Масса блока около 5,5 т.
Прочность и жёсткость блока при заданной массе зависят от размеров, формы и мате-
риала блока. У некоторых дизелей блоки изготовлены из чугуна (например, у дизелей типа
Д50), блоки дизелей 10Д100,11Д45,14Д40, Д49 (верхняя часть) сварены из листовой стали,
поэтому их общая масса меньше по сравнению с литыми чугунными блоками, а удельная
(приходящаяся на 1 кВт) приближается к блокам из алюминиевых сплавов. В этом одно из
основных преимуществ блоков сварной конструкции.
У дизеля типа 1 ОД 100 (рис. 2.24) блок представляет собой стальную сварную конструк-
цию, состоящую в основном из горизонтальных и вертикальных, продольных и попереч-
ных листов.
59
Рис. 2.24. Блок цилиндров дизеля типа 1 ОД 100:
1 — отсек управления; 2 — десять отсеков цилиндровых втулок; 3 — отсек верхнего коленчатого вала;
4 — отсек воздушного ресивера; 5 — отсек топливных насосов в форсунок; 6 — отсек выпускных
коллекторов; 7 — отсек нижнего коленчатого вала; 8 — отсек вертикальной передачи
Вертикальные листы несут основную силовую нагрузку и отделяют в передней части
блока отсек управления 7, а в задней части — отсек вертикальной передачи 8 и привод
центробежного нагнетателя. В центральной части блока вертикальные листы создают де-
сять отсеков 2, в которых расположены цилиндры. Горизонтальные листы делят блок на
пять отсеков: верхнего коленчатого вала 3, воздушного ресивера 4, топливной аппаратуры 5,
выпускных коллекторов 6 и нижнего коленчатого вала 7. Отсеки нижнего и верхнего ко-
ленчатых валов соединены друг с другом через отсеки вертикальной передачи 8 и управле-
ния 7. На торце блока со стороны управления крепятся: в верхней части — крышка отсека
управления и кронштейн, предназначенный для установки двух турбокомпрессоров; в ниж-
ней части — выпускные патрубки и опорная плита, на которой установлены агрегаты ди-
зеля с приводом. К торцу блока со стороны генератора в верхней части прикреплены цент-
робежный нагнетатель с редуктором и воздухоохладители, в нижней части — корпус
уплотнения коленчатого вала и валоповоротный механизм.
Большая часть агрегатов, механизмов и трубопроводов помещается внутри блока. Для
осмотра и снятия этих узлов в блоке предусмотрены соответствующие люки. Отсеки вы-
пускных коллекторов закрыты плитами жёсткости, которые прикреплены к блоку призон-
ными болтами и шпильками. К вертикальным листам вверху и внизу приварены опоры
коренных подшипников коленчатых валов (по 12 для каждого вала). К опорам прикрепле-
ны стальные крышки подшипников. Для удобства сборки и разборки подшипников верх-
ние крышки крепятся к опорам блока шпильками, а нижние — болтами.
Блок дизеля 1 ОД 100 устанавливается на раму. Рама (рис. 2.25) представляет собой жёст-
кую сварную конструкцию, предназначенную для установки на ней дизеля и генератора.
60
Рис. 2.25. Рама дизель-генератора типа 1 ОД 100:
1 — фланец забора масла на центробежный фильтр; 2 — фланец слива масла из фильтра тонкой очистки;
3 — фланец забора масла на смазывание дизеля; 4 — фланец слива масла из вспомогательных агрегатов
тепловоза; 5 — пеногасительные сетки; 6 — щуп для замера уровня масла; 7 — отверстие для установки
маслозаливной горловины; 8, 9 — отверстие и труба для подачи воды к воздухоохладителям; 10 —
отверстие слива масла в картер; 11 — отстойник масла; 12 — отверстие для заправки дизеля маслом;
13 — фланец забора масла для маслопрокачивающего агрегата; А, Г, Е, Ж, И — отверстия; Б, Д, К —
поверхности; В — платики
Внутренняя полость рамы служит маслосборником. Дизель крепится на поверхности Б 50-ю
болтами, устанавливаемыми в отверстие Е. Для обеспечения герметичности между блоком
и рамой ставится паронитовая прокладка. Генератор крепится на поверхности Д восемью
болтами. Рама установлена на главной раме тепловоза на четырех платиках В. Для крепле-
ния дизель-генератора к главной раме тепловоза используются отверстия И и Г; кроме того,
со стороны генератора консольная часть рамы поверхностью К опирается на пружины. Вдоль
рамы расположен масляный коллектор, оканчивающийся фланцем 5, к которому крепится
всасывающая труба основного масляного насоса. Для предупреждения попадания в масло
посторонних предметов и для пеногашения в раме над заданным уровнем масла установле-
ны съёмные сетки 5. Из картера масло сливается через отверстие, расположенное в отстой-
нике масла 11. Для крепления палочного приспособления при подъёме дизель-генератора
предназначены шесть отверстий А и шесть отверстий Ж.
Для дизелей типа Д49 применён блок сварно-литой V-образной конструкции с подвес-
ными подшипниками коленчатого вала. Оригинальная отечественная конструктивная схе-
ма с силовыми шпильками крепления крышек цилиндров в блоке уменьшила количество
ответственных сварных швов. Сущность принятой силовой схемы состоит в том, что свар-
ные швы элементов, образующих верхнюю часть блока, сжаты усилиями затяжки шпилек,
вследствие чего наиболее ответственные сварные швы разгружены от растягивающих уси-
лий. Это значительно упрощает конструкцию, сокращает количество деталей, что при-
ближает изготовление блока к условиям крупносерийного производства. В этом состо-
ит отличие блоков дизелей типа Д49 от блоков дизелей типа 1 ОД 100, где все сварные
швы подвержены растягивающим усилиям. Конструкции блоков всех дизелей типа Д49
61
одинаковы и различаются лишь количеством отсеков по длине блока для размещения де-
талей шатунно-кривошипного механизма.
Нижняя картерная часть блока сварена из поперечных литых элементов. Сварные швы
расположены по осям цилиндров. Такая схема позволила применить контактную сварку
элементов, образующих картер. Его сваривают на специальной автоматической контакт-
ной машине по всему поперечному периметру одновременно. Контактная сварка обеспе-
чивает высокое качество сварных швов.
Средняя часть блока является ресивером наддувочного воздуха, а полость под ней —
центральным масляным каналом. Шпильки крепления цилиндровых комплектов вверну-
ты в верхнюю плиту картера. К стойкам картера болтами прикреплены подвески. Совместно
с вкладышами подвески образуют опоры коренных подшипников коленчатого вала.
Блок цилиндров и рама дизеля ПД1М (рис. 2.26) отличаются от рассмотренных конст-
рукций. Рама дизеля служит основанием для монтажа блока цилиндров, коленчатого вала,
статора тягового генератора, корпуса привода масляного насоса. Этой рамой дизель при-
креплён к главной раме тепловоза. Рама дизеля представляет собой жёсткую корытообраз-
ную чугунную отливку, полость которой разделена перегородками на отсеки для размеще-
ния кривошипов коленчатого вала.
Рис. 2.26. Рама дизеля типа ПД1М:
1 — рама; 2, 27 — фланцы; 3 — колонки; 4 — шпилька; 5 — крышка; 6 — поперечная перегородка; 7 —
маслоотводящий канал; 8, 17—вкладыши; 9 — прокладка; 10, 18, 22 — крышки подшипников; 11,15 —
штуцеры отвода масла к подшипникам распределительного вала; 12, 14 — штуцеры отвода масла к
коренным подшипникам; 13 — штуцер отвода масла к рычагам толкателей; 16—штуцер подвода масла
к коренному подшипнику; 19—маслопровод; 20 — окно; 21—штуцер отвода масла к пальцу паразитной
шестерни; 23 — штуцер отвода масла к седьмой опоре распределительного, вала; 24 — опорно-упорные
вкладыши седьмой опоры; 25 — полость распределительных шестерён; 26 — корпус уплотнения
коленчатого вала; 28 — трубка; 29, 31, 32 — сетки; 30 — заправочная горловина; 33 — отверстие; 34 —
шпилька крепления крышки коренного подшипника; 35 — щуп
62
Семь перегородок 6 в верхней части утолщены, чтобы служить постелями для вклады-
шей коренных подшипников, а в нижней части сделаны отверстия для прохода масла. По
бокам постели уширяются, образуя колонки 3 с отверстиями, через которые проходят ан-
керные шпильки крепления блока цилиндров к раме.
В отверстия поперечных перегородок устанавливают маслопровод 19, представляю-
щий собой трубу с фланцем для крепления её в расточке корпуса привода масляного насо-
са. Торец трубы с задней стороны рамы заглушён. В маслопровод ввернуты штуцеры для
подсоединения трубок подвода масла к трущимся частям дизеля.
Нижняя часть полости рамы (маслосборник) закрыта шестью сетками 31. Для заправ-
ки дизеля маслом в раме предусмотрены заправочная горловина 30 и отверстие 33, служа-
щее одновременно для заправки дизеля маслом под давлением и слива масла из полости
рамы. Оно сообщается с маслоотводящим каналом 7, а тот, в свою очередь, с маслосборни-
ком и всасывающей полостью масляного насоса. У входа в маслосборник установлена сет-
ка 32 для грубой очистки масла. Для замера уровня масла в маслосборнике в боковой стен-
ке картера сделано наклонное отверстие, куда вставляют щуп 35.
Передний обработанный торец рамы является опорной частью корпуса привода масляно-
го насоса, а верхний — опорной частью блока цилиндров. Фланец 27 с задней стороны рамы
служит для крепления станины тягового генератора и образует совместно с перегородкой седь-
мого коренного подшипника полость 25, где размещены распределительные шестерни.
Подобная конструкция у рамы и блока цилиндров дизеля K6S310DR, но они сварены.
Втулка цилиндра (рис. 2.27 и 2.28) представляет собой деталь цилиндрической фор-
мы с внутренним диаметром у дизеля 10Д100 — 207 мм, у дизеля 11Д45 — 230 мм, у дизе-
Рис. 2.27. Втулка цилиндра дизеля 1 ОД 100: Рис. 2.28. Втулка цилиндра дизеля Д49:
1 — нижние окна для выпуска отработавших 1 — втулка цилиндра; 2 — полость для воды; 3 —
газов; 2 — верхние продувочные окна для впуска рубашка втулки; 4 — шесть шпилек крепления
воздуха в цилиндр; 3 — фланец для крепления втулки к крышке цилиндра; 5 — уплотнительное
втулки к блоку; 4 — продольные рёбра кольцо
63
ля Д49 — 260 мм, а у дизелей Д50 этот диаметр равен 318 мм. На внутреннюю поверхность
цилиндровой втулки воздействуют высокие температуры и давление газов. Для уменьшения
износа поршней и колец необходимо, чтобы трение поршня о стенки втулки было наимень-
шим, а кольца поршня всегда прилегали к втулке, обеспечивая хорошую плотность. Втул-
ки цилиндров большей частью (дизели Д100,11Д45, Д49, Д50) отливают из чугуна, легиро-
ванного хромом, никелем и молибденом.
Со временем поршень и его кольца при работе дизеля стирают поверхность втулки,
снимая с неё тонкий слой металла, изнашиваясь, в свою очередь, и сами. Если бы втулка
цилиндра была изготовлена за одно целое с блоком, то при износе её стенок пришлось бы
заменять весь блок, что невыгодно. Поэтому в современных дизелях применяют цилиндро-
вые втулки, которые вставляют в гнезда блока.
Качество внутренней поверхности цилиндровых втулок, в большой степени влияющее
на плотность цилиндра, оценивается правильностью геометрической формы втулок и тре-
буемой чистотой их поверхности. Какое значение имеют эти требования, можно себе пред-
ставить, что даже после тонкого шлифования остаётся шероховатость с высотой неровно-
стей 0,12—0,2 мкм, не обеспечивающих нужной чистоты поверхностного слоя. Для доводки
поверхности цилиндровых втулок в качестве основного метода применяется так называе-
мое хонингование, после которого высота гребней равна от 0,05 до 0,1 мкм, т.е. значитель-
но меньшая, чем при шлифовании. После хонингования обработанная поверхность кажет-
ся (если посмотреть на неё невооруженным глазом) зеркально гладкой, поэтому её называют
зеркалом втулки цилиндра. Чтобы лучше удержать смазку на внутренней (рабочей) поверх-
ности чугунных втулок, часто эти поверхности фосфатируют (т.е. наносят тонкий слой
фосфатов).
Конструкция втулки зависит от типа дизеля (двух- или четырёхтактный), т.е. от осо-
бенностей рабочего процесса двигателя и его теплового режима. У дизеля 1 ОД 100 наиболь-
шим тепловым и механическим нагрузкам подвергается средняя часть, так как здесь нахо-
дится камера сгорания.
У дизелей типа Д49 и ПД1М наибольшему нагреванию и наибольшим давлениям под-
вергается верхняя часть втулки, так как здесь температура и давление газов бывают наибо-
лее высокими. Нижняя часть втулки оказывается в лучших условиях, так как воспринимает
меньшие давления и тепловую нагрузку.
Каждая втулка дизеля типа 1 ОД 100 является общей для верхнего и нижнего поршней.
Общая прочность втулки мало изменится, если толщину стенки уменьшить там, где давле-
ние газов меньше. Поэтому втулка дизеля типа ПД1М утолщена в верхней части, а на сред-
нюю часть втулки дизелей типа 1 ОД 100 напрессована стальная рубашка (необходимая для
охлаждения), что повысило её прочность. Местами уплотнения рубашки со втулкой явля-
ются специальные цилиндрические пояса, расположенные сверху и снизу от продольных
рёбер на внешней поверхности втулки.
Втулке придается не только прочность, но и жёсткость. От неё необходимо интенсивно
отводить тепло, образующееся при сгорании топлива, иначе нормальная работа дизеля
невозможна. Средняя часть наружной поверхности втулки тепловозных дизелей охлажда-
ется водой, чтобы температура стенок втулок со стороны поршня не превысила 180 °C.
При разных режимах работы дизеля температура стенок втулки изменяется. Поэтому
втулку в блоке дизеля устанавливают так, чтобы обеспечить возможность её свободного
удлинения.
Каждый цилиндр дизеля 1 ОД 100 состоит из втулки цилиндра, рубашки и выпускной
коробки. Втулка цилиндра изготовлена из специального легированного чугуна. Во втулке
64
цилиндра сделаны два ряда окон. Впускные (верхние) окна служат для впуска в цилиндр
наддувочного воздуха, выпускные (нижние) предназначены для выпуска из цилиндра про-
дуктов сгорания. Фланцем втулка крепится к блоку. Верхняя часть втулки между фланцем
и впускными окнами охлаждается наддувочным воздухом. На наружной поверхности втулки
в средней её части выполнены продольные рёбра. Стальная рубашка напрессована на втул-
ку. Между рубашкой и втулкой образуется полость, в которой циркулирует охлаждающая
вода. Одновременно рубашка служит бандажом, обеспечивающим необходимую прочность
втулке. Водяная полость между рубашкой и втулкой уплотнена резиновыми кольцами.
В средней части втулки и в рубашке есть три отверстия, в которых установлены адап-
теры (переходники), уплотняемые по стыковым поверхностям со втулкой медными отожжён-
ными прокладками, а с рубашкой — резиновыми кольцами. Адаптеры предназначены для
установки двух форсунок и индикаторного крана. Для повышения усталостной прочности
внутренняя и наружная поверхности рубашки в средней части упрочнены накаткой, а мес-
та около адаптерных отверстий защищены антикоррозионным покрытием.
Нижняя часть втулки входит в литую чугунную выпускную коробку, через которую
удаляются отработавшие газы из цилиндра в выпускной коллектор. В выпускной короб-
ке есть полость, в которой циркулирует вода для охлаждения коробки и нижней части
втулки. Между втулкой и выпускной коробкой установлены два уплотнительных коль-
ца. Цилиндр центрируется в блоке при помощи посадочных поясов втулки и рубашки и
пояса выпускной коробки.
Верхний конец втулки дизеля типа 10Д100 шпильками жёстко прикреплен к блоку, а
нижний конец оставлен свободным для удлинения втулки вниз при нагреве.
Поршень и его детали испытывают при работе дизеля не только очень высокие тепло-
вые и механические нагрузки, но и перемещаются с большой скоростью. По мере поворота
коленчатого вала скорость поршня изменяется от нулевой до наибольшей. Средняя ско-
рость поршней современных тепловозных дизелей находится в пределах 7,2—11,5 м/с. Вслед-
ствие переменной скорости движения возникают и действуют на поршень силы инерции.
В особенно тяжелых условиях находится головка поршня, которая непосредственно
соприкасается с горячими газами (температура 1200—1800 °C). Поршень подвергается боль-
шим усилиям от действия газов. Так, на головку поршня дизеля типа ПД1М, поверхность
днища которой около 800 см2, действует сила, превышающая 450 Н (46 тс). Эта сила более
чем в 2 раза превышает вес самого дизеля с генератором. Поэтому разработка надёжной
конструкции поршня оказывается сложным делом: с одной стороны, нужны прочность и
жёсткость, с другой — лёгкость, ибо чем меньше вес деталей поршневой группы, тем мень-
ше величина сил инерции, возникающих при движении, тем большую частоту вращения
коленчатого вала можно допустить. Поршень нужно интенсивно охлаждать, чтобы из-за
высоких температур не снизилась его прочность.
Поршни из алюминиевого сплава (дизель Д50) хорошо проводят тепло. При наиболь-
шей нагрузке дизеля головка алюминиевого поршня нагревается до 300 °C, у поршня из
серого чугуна температура дошла бы до 500 °C, что потребовало бы специального (масля-
ного) охлаждения. Чугун проводит тепло в 3 раза хуже, чем поршневой алюминиевый сплав.
Так как алюминиевый сплав в 2,6 раза легче чугуна, то поршни многих дизелей изготавли-
вают из сплавов на основе алюминия.
По своей форме поршень напоминает стакан (рис. 2.29), высота которого почти всегда
больше диаметра, но не является строго цилиндрическим. Если бы поршень по всей длине
имел одинаковый наружный диаметр, то его головка, которая находится в зоне высоких
температур, расширилась бы больше, чем нижняя часть, что привело бы к заклиниванию
65
Рис. 2.29. Поршень дизеля типа 1 ОД 100:
1 — канавки для маслосъёмных колец; 2 — втулка; 3 —
палец; 4 — уплотнительная ползушка; 5 — пружина
ползушки; б — винт; 7 — канавки для уплотнительных
колец; 8 — головка; 9—стакан; 10—верхняя плита; 11 —
прокладки; 12 — вставка; 13 — прокладки; 14 — нижняя
плита; 15 — разрезное стопорное кольцо; 16—замковая
шайба; 17— болт
Рис. 2.30. Поршень дизеля типа Д49:
7 — шпилька; 2, 12 — втулки; 3 — палец; 4 — стопорное
кольцо; 5 — уплотнительное кольцо; б — головка; 7 —
компрессионные кольца; 8,9—маслосъёмные кольца; 10 —
расширитель; 11 — тронк поршня; 13 — стакан; 14 —
пружина; 75 — проволока; 16—гайка; а — полость; б, в —
каналы
поршня в цилиндровой втулке. Поэто-
му диаметр головки поршня при изго-
товлении несколько уменьшают по
сравнению с диаметром нижней части
его, называемой юбкой, т.е. придают
поршню коническую форму. Такой
поршень при нагревании приобретает
форму, близкую к цилиндрической.
Для улучшения условий сгорания топ-
лива наружная поверхность днища
поршня изготавливается вогнутой.
Главными деталями поршня дизе-
лей Д100 (см. рис. 2.29) являются кор-
пус (стакан) 9 с днищем вогнутой фор-
мы и вставка 72, которая соединяется с
корпусом 9 пружинным стопорным
кольцом 75. Корпус поршня изготовлен
из серого чугуна, легированного хро-
мом, никелем, молибденом и медью
для повышения прочности материала.
В два отверстия вставки 72 запрессова-
ны бронзовые втулки 2, в которые
вставлены поршневые пальцы. Средней
частью палец входит в верхнюю голов-
ку шатуна. Такая конструкция поршня
называется составной. В составном
поршне камеру сжатия дизеля изменя-
ют регулировочными прокладками
разной толщины (от 0,1 до 3,0 мм), ус-
танавливаемыми между вставкой 72 и
верхней 10 и нижней 14 плитами. Та-
кое соединение корпуса поршня со
вставкой (без шпилек) возможно толь-
ко в двухтактных дизелях, где силы дав-
ления газов всегда прижимают корпус
поршня к вставке, так как они превы-
шают силы инерции. С 1974 г. бесшпи-
лечные поршни устанавливают серий-
но в дизелях 1 ОД 100.
Конструкция поршня двухтактно-
го дизеля 11Д45 тоже составная: встав-
ка с корпусом поршня соединена сто-
порным кольцом.
Рассмотрим конструкцию поршня
четырёхтактного дизеля типа Д49.
Работоспособность поршня, крыш-
ки цилиндра и шатунных вкладышей оп-
66
ределяют ресурс, связанный с разборкой дизеля. Во всех дизелях типа Д49 применён пор-
шень составной конструкции и относительно малой массы для создания умеренных инерци-
онных нагрузок на детали шатунно-кривошипного механизма. Головка 6 поршня (рис. 2.30)
отштампована из жаропрочной стали, для снижения температуры охлаждается маслом. Над
первым кольцом температура не превышает 170 °C. Умеренные температуры, использование
высококачественной жаропрочной стали обеспечивают повышенные механическую и тер-
мическую прочность головки и износостойкость ручьев компрессионных колец. Тронк пор-
шня 11 изготовлен из штампованного высокопрочного алюминиевого сплава. Для улучше-
ния приработки со втулкой цилиндра рабочая поверхность тронка покрыта слоем дисульфида
молибдена. Компрессионные кольца 7 изготовлены из высокопрочного чугуна с глобуляр-
ным графитом. Трапециевидное сечение колец повышает их подвижность и сопротивляемость
загоранию в ручьях. Рабочая поверхность колец покрыта хромом толщиной 0,16—-0,25 мм.
На глубине 0,05—0,07 мм хром пористый. Ускорение приработки колец по втулке цилиндра
достигается покрытием поверхности трения колец гальваническим способом слоем меди тол-
щиной 0,01—0,015 мм и олова толщиной 0,006—0,01 мм.
Маслосъёмные кольца изготовлены из легированного чугуна. У верхнего кольца 8 одна
маслосъёмная кромка, у нижнего 9 — две кромки. Расширитель 10 обеспечивает постоян-
ство давления кольца на втулку цилиндра и увеличивает его маслосъёмные свойства. Рас-
положение маслосъёмных колец выше оси поршневого пальца улучшает смазку тронка и
исключает возможность задира поверхности втулки. Палец поршня 3 изготовлен из леги-
рованной стали, азотирован или цементирован. Головка и тронк поршня стянуты четырь-
мя шпильками. Масло для охлаждения головки поршня поступает из шатунов в среднюю
часть головки и затем по каналам 6 в полость а.
Поршень (рис. 2.31) дизеля K6S310DR отлит из кремний-алюминиевого сплава с вы-
сокой теплопроводностью. Масса поршня 42 кг.
Верхняя часть поршня (головка) выполнена толстостенной в виде усечённого конуса.
Коническая форма головки исключает заклинивание поршня вследствие температурного
Рис. 2.31. Поршень дизеля типа R6S310DR:
1 — углубления под клапаны; 2 — змеевик; 3—канавки под уплотнительные кольца; 4,8 — канавки под
маслосъёмные кольца; 5 — отверстие под палец; б—дугообразная канавка; 7—канавка под стопорное
кольцо; 9—отверстия для слива масла; 10—резьбовое отверстие для крепления монтажной скобы; 11 —
пробка; 12 — отросток змеевика
67
расширения. Сложная форма торца головки поршня (днища) обеспечивает хорошее сме-
шение топлива с воздухом внутри цилиндра. Днище поршня вместе с цилиндровой втул-
кой и цилиндровой крышкой образуют камеру сгорания.
Так как высота камеры сжатия, т.е. расстояние от торца поршня, находящегося в в. м. т.,
до цилиндровой крышки равна 13 мм, то для свободного открытия рабочих клапанов при
продувке цилиндра (ход клапанов 25 мм) в днище сделаны четыре углубления 1. Два глу-
хих отверстия 10 с резьбой М12 предназначены под болты, которыми крепят монтажную
скобу для выемки и постановки поршня. На наружной поверхности головки проточены
пять кольцевых канавок (ручьёв) под поршневые кольца, причем четыре канавки (ручья) 3
служат для постановки уплотнительных (компрессионных) колец, а в пятый ручей 4 ставят
верхнее маслосъёмное кольцо.
Нижняя часть поршня (юбка) цилиндрической формы (диаметр 309,6 мм) служит для
направления поршня в цилиндре. На наружной поверхности юбки проточен один ручей 8
под нижнее маслосъёмное кольцо. Для слива масла, снимаемого кольцами со стенок ци-
линдра, в ручьях 4 и 8 просверлены отверстия 9 диаметром соответственно 8 и 6 мм.
В средней части поршня сделаны приливы (бобышки), в которых расточены отверстия 5
диаметром 130 мм под поршневой палец, перемещение которого ограничено стопорными
кольцами. Для постановки колец в бобышках проточены кольцевые канавки 7.
Поршень отлит за одно целое со змеевиком 2, предназначенным для охлаждения го-
ловки поршня маслом, которое поступает из масляной системы дизеля. Змеевик 2 выпол-
нен в виде стальной спиральной трубки диаметром 15 мм, на одном конце которой сделана
резьба под сопло с отверстием диаметром 8 мм для слива масла. Другой конец трубки
заглушен пробкой 11, а для входа масла в змеевик к трубке приварен отросток 12, выходя-
щий в дугообразную канавку 6, профрезерованную в бобышке поршня. На рис. 2.31 движе-
ние масла показано стрелками.
Поршневые кольца. Поршень выполняют так, чтобы через зазор между поршнем и
стенками цилиндра в картер дизеля не проникали газы. Зазор необходим, иначе во время
работы дизеля поршень расширится и его заклинит в цилиндровой втулке. Утечка газов
через зазор приведёт к снижению мощности дизеля. Газы, проходя через зазор, вызовут
местный перегрев стенок цилиндровой втулки и выгорание масла. Это повлечёт за собой
интенсивный износ втулки и поршня. Утечка воздуха при ходе сжатия приведёт к сниже-
нию экономичности, а температура в камере сгорания может оказаться недостаточной для
воспламенения топлива. Поэтому между поршнем и втулкой цилиндра оставляют зазор,
на боковой поверхности поршня протачивают кольцевые канавки (см. рис. 2.30), в кото-
рые вставляют упругие (пружинящие) уплотнительные кольца 5.
Все кольца делаются с разрезом (с замком), чтобы их можно было надеть на поршень,
а после установки поршня во втулку цилиндра кольца разжимаются, плотно прилегая к
зеркалу втулки. В сжатом состоянии концы кольца сходятся, но остаётся зазор в месте сты-
ка. Поэтому кольца ставят так, чтобы стыки соседних колец не совпадали.
В процессе работы зазор между поршнем и цилиндровой втулкой вследствие износа
увеличивается, поршневые кольца разжимаются, т.е. самоуплотняются во втулке. Уплот-
нительные (компрессионные) кольца размещены в верхней части поршня, а самое верх-
нее— вблизи днища поршня. У поршней дизелей 1 ОД 100, 14Д40, 11Д45 применяются че-
тыре уплотнительных кольца, у дизелей Д49 — три, у дизелей ПД1М — пять.
Когда поршень начинает перемещаться вниз, уплотнительные кольца прижимаются к
верхней плоскости канавки поршня так, что между нижней и боковой плоскостями каждого
68
Рис. 2.32. Схема насосного действия
уплотнительных колец:
1 — втулка цилиндра; 2 — поршень;
3 — уплотнительное кольцо
кольца и канавками образуется свободное про-
странство, которое заполняется маслом
(рис. 2.32, а). При движении поршня вверх
(рис. 2.32, б) кольца прижимаются к нижней
плоскости канавок, и они выжимают попавшее
в канавки масло кверху, в камеру сгорания.
Получается, что поршневые кольца, прижи-
маясь поочередно к верхней и нижней плоско-
стям канавок, то засасывают масло, то посте-
пенно вытесняют его (рис. 2.32, в) в камеру
сгорания подобно насосу. Из-за «насосного дей-
ствия» колец на внутреннюю поверхность цилиндра поступает масла больше, чем требует-
ся для смазки, его избыток попадает в камеру сгорания, оставаясь на стенках цилиндра.
Масло полностью не сгорает и превращается в смолистое вещество, которое после оста-
новки дизеля в виде нагара затвердевает на головке поршня, забивает канавки в зазорах
между поршнем и поршневыми кольцами, ухудшает подвижность уплотнительных колец.
Для снятия масла с нижней части цилиндровой втулки в поршень устанавливаются
маслосъёмные (маслосрезывающие) кольца.
Маслосъёмные кольца отличаются от уплотнительных скошенной острой кромкой
(см. рис. 2.33), которая при движении поршня вниз от камеры сгорания соскабливает масло
со стенок цилиндровой втулки. Через сквозные щели в кольце и каналы в кольцевых ка-
навках поршня масло стекает в картер дизеля. При обратном ходе, когда поршень дви-
жется вверх к камере сгорания, кольцо своими скошенными поверхностями скользит по
масляной плёнке, но не может его увлечь.
Поршневые пальцы, шарнирно соединяющие поршни с шатунами, передают усилия
от поршней к коленчатому валу. Для снижения веса пальцы дизелей 10Д100,11Д45, ПД1М
и Д49 сделаны полыми. У дизелей типа ПД1М через палец подаётся смазка к трущимся
поверхностям. При работе дизеля ПД1М палец может свободно поворачиваться в поршне
и головке шатуна, т.е. называется плавающим. Плавающие пальцы изнашиваются почти
равномерно по всей поверхности. При неравномерном износе образуются односторонние
зазоры между пальцем и головкой шатуна. Чем боль-
ше зазор, тем с большей силой ударяет палец о втулку
шатуна, изнашивая её и создавая повышенные напря-
жения в шатунно-кривошипном механизме.
Шатуны передают усилие, воспринимаемое пор-
шневым пальцем от поршня, на коленчатый вал. На
стержень шатуна попеременно действуют сжатие, ра-
стяжение, продольный изгиб от усилия газов и сил
инерции. Шатуну придана форма двутавра, чтобы
противостоять продольному изгибу.
Рассмотрим устройство шатунов дизеля 1 ОД 100
(рис. 2.34). Верхний и нижний шатуны одинаковы по,
конструкции, но не взаимозаменяемы. Они отличают-
ся длиной стержня (большая у нижнего шатуна) и ус-
тановкой шатунных болтов: в верхнем шатуне голов-
ка болта опирается на нижнюю головку шатуна, а в
нижнем шатуне — на крышку шатуна. Шатун сталь-
6
Рис. 2.33. Схема работы маслосъёмного
кольца:
1—внутренняя поверхность цилиндровой
втулки; 2 — поршень; 3 — маслосъёмное
кольцо; 4 — щели в кольце; 5 — каналы в
поршне; 6—избыток масла в картер дизеля
69
Рис. 2.34. Шатун дизеля типа 10Д100:
1 — шатун; 2 — втулка; 3 — верхний вкладыш; 4 —
нижний вкладыш; 5 — крышка шатуна; 6 — гайка;
7 — шатунный болт; 8 — штифт
ной, штампованный, стержень двутаврово-
го сечения. Для подвода масла от шатунной
шейки коленчатого вала к поршню в шату-
не просверлены каналы: в нижней головке
два косых и в стержне один прямой, иду-
щий от верхней головки до пересечения с
косыми каналами в нижней головке. В верх-
нюю головку запрессована втулка 2, состо-
ящая из двух частей: внешней — стальной
и внутренней — бронзовой. В нижней го-
ловке установлены (с натягом) вкладыши
3 и 4, изготовленные из бронзы с баббито-
вой заливкой. Вкладыши в шатуне и крышке
шатуна не взаимозаменяемы, и перестановка
их местами не допускается. У вкладыша 3,
установленного в шатуне, сделаны серпо-
видные канавки; в конце каждой канавки
есть косое отверстие, совпадающее с косым
каналом в головке шатуна. Во вкладыше 4,
расположенном в крышке, сделана непре-
рывная кольцевая канавка и одно отвер-
стие в центральной части вкладыша. Вкла-
дыши фиксированы в нижней головке
шатуна штифтом 8, один конец которого
запрессован в отверстие крышки шатуна,
а другой заходит в центральное отверстие
вкладыша 4. Крышка шатуна 5 крепится к шатуну двумя шатунными болтами 7 с гайка-
ми б, фиксируемыми шплинтами.
У шатунов дизелей типа ПД1М и K6S310DR конструкция подобна описанной выше.
У дизелей типа 14Д40,11Д45 и Д49 расположение цилиндров V-образное, здесь приме-
няют сочленённые шатуны. Один из них называется главным, а другой—прицепным. При-
цепной шатун соединён с главным пальцем, который вставлен в отверстие специального
выступа в нижней головке главного шатуна.
В дизелях типа Д49 применяется шатунный механизм (рис. 2.35), состоящий из главно-
го 2 и прицепного 75 шатунов. Преимуществом такой конструкции является относительно
меньшее расстояние между цилиндрами, большая жёсткость коленчатого вала при мень-
шей массе шатунов по сравнению с конструкциями смещённых и вильчатых шатунов. Но
обеспечение удовлетворительной износостойкости и долговечности пары втулка — палец
прицепного шатуна является сложной технической задачей.
Главный шатун 2 изготовлен из стали 18Х2НЧВА. Для повышения усталостной проч-
ности поверхности шатунов и крышки дробеструются. Внутренняя поверхность нижней
головки под вкладыши упрочнена накаткой роликами для предупреждения контактной
коррозии и создания напряжений сжатия на поверхности постели. Шатуны соединены паль-
цем 13. Она изготовлен из легированной стали, поверхность трения азотирована или це-
ментирована и отшлифована. Втулка пальца прицепного шатуна запрессована в проуши-
ны главного шатуна. Она изготовлена из стали и залита свинцовистой бронзой. Поверхность
трения покрыта гальваническим способом приработочным слоем из сплава олова и свин-
70
ца. Втулки верхних головок по конструк-
тивному исполнению подобны. Болты 6
и 16 главного и прицепного шатунов из-
готовлены из легированной стали. Их
резьба и радиусные переходы у головки
болта накатаны роликами для повыше-
ния усталостной прочности. Стык ниж-
ней головки шатуна закрепляет крышку 7
в поперечном направлении. В продоль-
ном направлении крышка фиксируется
поясками болтов.
Верхний 11 и нижний 9 шатунные
вкладыши тонкостенные, стальные, зали-
тые свинцовистой бронзой. Поверхность
трения покрыта сплавом олово-свинец
толщиной 0,04 мм. Для защиты от кон-
тактной коррозии наружная поверх-
ность вкладыша покрыта слоем бронзы
толщиной 0,01 мм. Для сохранения раз-
меров вкладышей в эксплуатации они
Рис. 2.35. Шатунный механизм дизеля типа Д49:
1,17 — втулки верхних головок шатунов; 2 — главный
шатун; 3,4—гайки; 5,12 — втулки; 6—шатунный болт;
7—крышка нижней головки шатунов; 8,10—штифты;
9 — нижний вкладыш; 11 — верхний вкладыш; 13 —
палец прицепного шатуна; 14 — проставочная втулка;
Б—Б
при изготовлении подвергаются пласти-
ческому обжатию по окружности. По-
верхность трения обрабатывается по ги-
перболе для смягчения деформации
шатунной шейки при нагружении колен-
чатого вала. Вкладыши устанавливают 15 — прицепной шатун; 16 — болт прицепного шатуна;
с натягом, положение их фиксируется в канал;Г отверстие
штифтами. Верхний и нижний вкладыши невзаимозаменяемы.
Шатунный подшипник смазывается и охлаждается маслом, поступающим от корен-
ных подшипников. По отверстиям и каналу масло поступает в каналы главного шатуна,
втулки пальца прицепного шатуна и далее к втулкам. Из втулок верхних головок шатунов
масло идёт на охлаждение поршней.
2.4. Коленчатые валы дизелей
Воспламенение топлива в рабочем цилиндре четырёхтактного дизеля происходит че-
рез два оборота коленчатого вала (720°), а двухтактного — через один оборот (360°)
(рис. 2.36). Воспламенения топлива возникают последовательно в каждом цилиндре через
равные промежутки времени. Так, в шестицилиндровом четырёхтактном дизеле ПД1М за
каждые два оборота коленчатого вала произойдет шесть, а в десятицилиндровом двухтакт-
ном дизеле типа 1 ОД 100 за один оборот вала— десять воспламенений. В первом случае
между двумя последовательными воспламенениями угол поворота вала равен 720:6 = 120°,
во втором — 360:10 = 36°. Таким образом, если воспламенение произошло, например, в
первом цилиндре дизеля ПД1М, то следующее очередное воспламенение произойдет в ци-
линдре, колено которого расположено под углом 120° по отношению к колену первого
цилиндра; третье воспламенение произойдет в цилиндре с коленом, размещенным под
71
Рис. 2.36. Схемы расположения кривошипов относительно друг друга:
а — у коленчатых валов дизелей типа ПД; б — у коленчатых валов дизелей типа Д100
углом 240° к первому. Во время второго оборота коленчатого вала произойдут воспламе-
нения в остальных трех цилиндрах тоже через 120°.
Величина угла поворота вала между воспламенениями в цилиндрах V-образных дизе-
лей зависит от угла между осями «развала» смежных цилиндров. При одинаковом числе
цилиндров рядного расположения в V-образном дизеле число колен коленчатого вала умень-
шается в 2 раза, а угол между коленами соответственно увеличивается вдвое.
Для равномерности вращающего момента дизеля необходимо чередование воспламе-
нения в цилиндрах через равные промежутки времени. Следовательно, чем больше цилин-
дров, тем плавнее вращается коленчатый вал, а значит, и якорь тягового генератора. Пос-
ледовательность воспламенения называется порядком работы цилиндров. Она записывается
порядковыми номерами цилиндров, разделёнными черточками, например 1-3-5-6-4-2 (ди-
зель ПД1М) или 1-6-10-2-4-9-5-3-7-8 (дизель 10Д100). Для V-образного дизеля к номеру ци-
линдра добавляется буква «л» (обозначает левый ряд цилиндров) или «п» (правый ряд ци-
линдров). Порядок работы цилиндров не допускает одновременных воспламенений в
соседних цилиндрах, чтобы не перегружать подшипники опор коленчатого вала.
Дойдя до в.м.т. или н.м.т., поршень изменяет направление движения на обратное. След-
ствием изменения направления движения и величины скорости являются силы инерции,
которые достигают значительных величин и передаются на кривошипы коленчатого вала
вместе с силами, возникающими от давления газов. При изготовлении коленчатый вал ста-
тически и динамически уравновешивается, чтобы уменьшить действие сил инерции движу-
щихся деталей, колена вала располагают взаимно так, что создаются одновременно проти-
воположные силы инерции. Таким образом осуществляется уравновешивание коленчатого
вала дизеля.
Конструктивные особенности коленчатых валов
Каждый из шатунов тепловозного дизеля при воспламенении топлива в цилиндре пе-
редаёт на колено вала усилие 294—686 кН (30 000—70 000 кгс). От собственной массы (око-
ло 2000 кг) коленчатый вал может прогнуться на 1,5 мм. Коленчатый вал двигателя изго-
тавливается прочным и жёстким. Этого можно добиться, увеличивая диаметр. Однако такой
коленчатый вал нельзя разместить в двигателе из-за ограничений по габаритам и весу.
Поэтому коленчатый вал разделён на участки, равные по длине соединению с одним кри-
вошипом. Таким образом кривошип опирается на два соседних подшипника. Так снижает-
72
ся нагрузка на подшипники, а прогиб вала незначителен. Часть вала, которой он опирает-
ся на подшипники, называется коренной шейкой, а часть колена вала, соединяющаяся с ша-
туном, — шатунной шейкой. Коренные и шатунные шейки соединены щеками. Коленчатые
валы дизелей 10Д100 опираются на двенадцать коренных подшипников, вал дизелей типа
ПД1М — на семь, вал шестнадцатицилиндровых дизелей типа Д49 — на девять, а вал дизе-
ля 11Д45 — на десять.
Коленчатые валы дизеля типа 1 ОД 100 отлиты из специального чугуна. В соответствии
с порядком чередования воспламенений топлива в цилиндрах кривошипы коленчатых ва-
лов расположены через 36°. У верхнего и нижнего валов дизелей типа 1 ОД 100 есть 10 ша-
тунных и 12 коренных пустотелых шеек. Одиннадцатые коренные шейки обоих валов (счи-
тая со стороны управления) предназначены для вращения в опорно-упорных подшипниках,
сделаны со специальными упорными буртами и увеличены по длине. Для подвода масла от
коренных шеек к шатунным в вале сделано по два канала к каждой шатунной шейке от
смежных с ней коренных шеек.
К фланцам Н (рис. 2.37) прикреплены болтами конические шестерни вертикальной пе-
редачи. Верхний вал отличается от нижнего зеркальным расположением кривошипов и
конструкцией концевых частей. На переднем конце верхнего коленчатого вала 5 установ-
лена на шпонке шестерня 4 привода валов топливных насосов; на противоположном конце
к фланцу вала крепится болтами ведущий фланец 6 со шлицами для привода торсионного
вала редуктора центробежного нагнетателя. В передней части нижнего коленчатого вала 1
на специальном хвостовике установлен антивибратор и закреплен на валу шпилькой 2, а
на фланце П противоположного конца вала расположена муфта привода генератора. От
двух косых маслоподводящих каналов от первой коренной шейки нижнего коленчатого
вала через каналы подводится масло для смазывания антивибратора. На хвостовик задне-
го конца нижнего вала напрессовано стальное цементированное направляющее кольцо 7,
по которому центрируется вал генератора.
В дизеле типа Д49 стоит коленчатый вал (рис. 2.38) из легированной стали. Шейки ко-
ленчатого вала азотированы, галтели упрочнены накаткой для повышения изностойкости и
усталостной прочности. Для уменьшения внутренних моментов от сил инерции деталей дви-
жения на всех щеках коленчатого вала устанавливаются противовесы 19, прикреплённые к
валу шпильками 20, шайбами 22 и гайками 21. Для предотвращения поперечных смещений
Рис. 2.37. Верхний и нижний коленчатые валы дизеля 10Д100:
1 — нижний коленчатый вал; 2 — шпилька; 3 — гайка; 4 — шестерня; 5 — верхний коленчатый вал;
6 — фланец; 7—направляющее кольцо; Н, П — фланцы
73
Рис. 2.38. Коленчатый вал дизеля Д49:
I—VIII — шатунные шейки; 1—10—коренные шейки; 11 — втулка; 12,15 — болты; 13, 21 — гайки; 14 —
шестерня; 16—заглушка; 17—прокладка; 18 — штифт-втулка; 19 — противовес; 20—шпилька; 22 —
шайба; А — бурты упорные; Ж — отверстия; К, М — полости
противовесов относительно щеки коленчатого вала использованы штифт-втулки. У девятой
коренной шейки сделаны бурты для ограничения осевого перемещения коленчатого вала.
На фланец устанавливается комбинированный антивибратор. На фланец отбора мощности
устанавливается ведущий диск муфты. Втулка И через шлицевой вал передаёт вращение ше-
стерням привода насосов. Она крепится к коленчатому валу болтами и стопорится штифта-
ми. Между девятой и десятой коренными шейками есть фланец, к которому призонными
болтами 12 и гайками 13 прикреплена шестерня 14, передающая вращение зубчатым колёсам
привода распределительного вала. Масло из коренных подшипников по отверстиям в шей-
ках коленчатого вала поступает для смазки шатунных подшипников.
Подвод масла для смазки десятого коренного подшипника осуществляется следующим
образом: масло с наружной поверхности девятой коренной шейки по отверстиям попадает
во внутрь шейки в полость М, а затем по отверстиям в десятой коренной шейке выходит на
рабочую поверхность. Для уплотнения полости М установлена заглушка 16, которая кре-
пится к валу болтами 15 и уплотняется паронитовой прокладкой 17. Болты 15 попарно
обвязаны проволокой. Масло для смазки шлицев втулки 11 подводится от первой корен-
ной шейки по отверстиям Ж в полость К.
У коленчатого вала дизеля K6S310DR (рис. 2.39), откованного из высококачествен-
ной стали, есть семь коренных I—VII (диаметром 240 мм) и шесть шатунных 1—6 (диа-
метром 210 мм) шеек. Шатунные шейки вместе со щёками 25 и двумя соседними корен-
ными шейками образуют кривошипы (колена), поперечные оси которых расположены в
трёх плоскостях под углом 120° между ними. Переход от коренных шеек к щёкам сделан
плавным (радиус 12 мм). Для уменьшения массы коренные и шатунные шейки изготовле-
ны пустотелыми. Полости шеек (кроме седьмой коренной) с обеих сторон закрыты крыш-
ками 21, стянутыми шпильками 22. Крышки устанавливаются в расточках шеек и уплот-
няются алюминиевыми кольцами.
74
Рис. 2.39. Коленчатый вал дизеля K6S310DR:
I — VII — коренные шейки; 1 — 6 — шатунные шейки; 7 — якорь тягового генератора; 8, 27— фланец;
9,13,24—болты; 10—разъёмный корпус привода распределительного вала; 11—подвижный лабиринт;
12 — неподвижный лабиринт; 14—хомут; 75—стяжной болт; 16—разъёмная шестерня; 17—фасонный
бурт; 18—призматическая шпонка; 19—противовес; 20—распорный болт; 21 — крышка; 22—шпилька;
23 — штифт; 25 — щека; а, б — отверстия; в — наклонный канал
В коренных и шатунных шейках сделаны радиальные отверстия а и б диаметром 18 мм,
а в щеках просверлены наклонные каналы в такого же диаметра для прохода масла от пер-
вой коренной шейки к первой шатунной, от второй коренной — ко второй шатунной и т.д.
В седьмой коренной шейке вместо радиального отверстия сделано сверление диаметром 12 мм
и глубиной 15 мм под приспособление для выемки нижнего вкладыша седьмого коренного
подшипника. Для уравновешивания коленчатый вал оборудован двенадцатью противове-
сами (контргрузами) 19. Каждый противовес массой 42 кг закреплён на щеке двумя распор-
ными болтами 20, головки которых связаны проволокой.
В кольцевую проточку фасонного бурта 7 7 седьмой коренной шейки входит коничес-
ким заплечиком разъёмная шестерня 16 привода распределительного вала (с числом зубьев 74).
Эта шестерня крепится к коленчатому валу призматической шпонкой 18 и хомутом 14, со-
стоящим из двух частей, стянутых двумя болтами 75. Конической поверхностью хомут при-
жимает шестерню 16 к бурту 77 коленчатого вала.
Вал заканчивается массивным цилиндрическим фланцем 8, в котором просверлены две-
надцать отверстий под болты 13 для соединения с якорем тягового генератора, два отверстия
с резьбой М20 под отжимные болты и одно отверстие под штифт 23. Фланец 8 проходит
через отверстие в разъёмном корпусе 10 привода распределительного вала. Для предотвра-
щения вытекания масла из полости корпуса предусмотрено специальное уплотнение, состоя-
75
щее из подвижного и неподвижного лабиринтов. Подвижный лабиринт 11 представляет со-
бой алюминиевое кольцо, которое вставляется в кольцевую проточку с внутренней стороны
фланца 8 и крепится к нему шестнадцатью болтами 24. Неподвижный лабиринт 12 выполнен
разъёмным и крепится двенадцатью болтами 9 к наружному торцу корпуса привода распре-
делительного вала. Масло, просочившееся через уплотнение, попадает в кольцевую канавку
на внутренней поверхности неподвижного лабиринта 72, в нижней части которого сделано
сверление, совпадающее с отверстием в корпусе привода распределительного вала, и по
прикреплённой к корпусу трубке стекает в раму дизеля.
На переднем конце коленчатого вала находится фланец 27 для крепления антивибра-
тора. К торцу вала крепятся восемью болтами шестерня привода насосов и поводковый
вал привода вспомогательных агрегатов.
Коленчатый вал опирается на подшипники. В тепловозных дизелях применяются пре-
имущественно разъёмные подшипники скольжения. Есть дизели с подшипниками качения,
но это приводит к сложной разборной конструкции коленчатого вала, ненадёжной при
росте удельных нагрузок.
Устройство подшипников коренных или шатунных шеек одинаковое. Каждый под-
шипник представляет собой втулку, разрезанную пополам на вкладыши (рис. 2.40). Корен-
ные шейки коленчатого вала укладывают на нижние вкладыши и накрывают верхними
вкладышами. Получается коренной подшипник. Таким же образом создается шатунный
подшипник. Изношенные вкладыши заменить легче и дешевле, чем коленчатый вал из-за
износа шеек. Поэтому вкладыши делают из материалов с малым коэффициентом трения и
хорошей теплопроводностью (баббит, бронза и др.).
Наименьший коэффициент трения у сплава баббит, к тому же он не только мягок, но и
легкоплавок. Если на подшипник действуют большие удельные нагрузки, то в качестве
антифрикционного сплава применяют свинцовистую бронзу, трущуюся поверхность кото-
рой покрывают тонким слоем олова, а поверхность шеек вала азотируют.
Чтобы использовать низкий коэффициент трения баббита, вкладыши изготовляют из
бронзы, а поверхность их, прилегающую к шейке вала, заливают тонким слоем (0,5—0,75 мм)
баббита. Так обеспечивается во время работы дизеля «всплытие» шейки вала на масляном
«клине», образующемся в зазоре между шейкой и подшипником, а при уменьшении этого
Рис. 2.40. Вкладыши коренных
подшипников коленчатых валов дизеля
10Д100:
а — опорного подшипника; б — опорно-
упорного подшипника; 1 — отверстие для
подвода смазки; 2—штифт; 3,5—кольцевая
канавка; 4 — опорные бурты
«клина» и возникновении полусухого трения на
малых оборотах коленчатого вала предупреж-
дается задир шеек.
Часть каждой опоры коренного подшипни-
ка (бугель) верхнего и нижнего коленчатых валов
дизеля типа 1 ОД 100 приварена к вертикальной по-
перечной перегородке, в которой устанавливает-
ся верхний или нижний вкладыши. Затем на бу-
гель устанавливается крышка коренного
подшипника (рис. 2.41) с вкладышем и закрепля-
ется двумя шпильками или болтами. Внутренние
поверхности опорных гнезд, на которые устанав-
ливаются вкладыши, называются постелями.
Процесс установки вкладыша в постель тре-
бует особого внимания. Внутренний диаметр по-
стели делается меньше наружного диаметра вкла-
дышей, чтобы после сборки подшипника постель
76
плотно обхватила их с натягом, иначе давление от
вкладыша будет передаваться не на всю опорную по-
верхность постели, вкладыши будут испытывать по-
вышенные напряжения и подшипник разрушится.
При большом натяге вкладыш значительно де-
формируется, а при малом натяге — ослабнет. Для
дизеля 1 ОД 100 величина натяга каждого вкладыша
установлена 0,08—0,11 мм.
При сборке положение вкладыша фиксируется
штифтами (дизель 1 ОД 100) или выступами (дизель
ПД1М), входящими в соответствующие углубления
или вырезы опоры. Для подвода смазки в централь-
ной части вкладышей делается кольцевая канавка.
У каждого коленчатого вала есть один опорно-
упорный подшипник, ограничивающий перемеще-
Рис. 2.41. Опора коренного подшипника
нижнего коленчатого вала дизеля 1 ОД 100:
1 — коренная шейка; 2 и б — каналы; 3 —
опора (бугель); 4 — подвод масла; 5 —
верхний нерабочий вкладыш; 7—болт; 8 —
крышка; 9 — нижний рабочий вкладыш
ние вала вдоль продольной оси дизеля. У дизелей
типа Д100 опорно-упорным подшипником является
одиннадцатый, а у дизелей типа ПД 1М — седьмой с
буртами, в которые упираются фланцы вала.
Коренные вкладыши дизеля 1 ОД 100 сделаны
бронзовыми с баббитовой заливкой. В крышки ко-
ренных опор верхнего и нижнего коленчатых валов установлены бесканавочные вклады-
ши, в постели блока — канавочные вкладыши с масляной канавкой на тыльной стороне и
двумя отверстиями, через которые подводится масло к шейкам верхнего коленчатого вала.
Вкладыши одиннадцатых коренных опор (считая со стороны управления) верхнего и ниж-
него коленчатых валов, устанавливаемые в блок, являются опорно-упорными. Остальные
вкладыши коренных опор обоих коленчатых валов — опорные.
Рассмотрим конструкцию шатунного подшипника (рис. 2.42) на примере дизеля
K6S310DR. Нижняя головка 2 шатуна вместе с крышкой 1 образуют разъёмный корпус ша-
тунного подшипника, соединяющего шатун с кривошипом коленчатого вала. В разъёмном
корпусе устанавливаются с натягом два стальных вкладыша, покрытых двойным антифрик-
ционным слоем (медь и свинец). На внутренней поверхности нижнего вкладыша 13 сделана
кольцевая канавка шириной 16 мм, совмещающаяся при сборке с двумя короткими канавка-
ми верхнего вкладыша 10. По концам канавок сделаны радиальные отверстия диамет-
ром 12 мм, а по торцам вкладышей — холодильники. На наружной поверхности вклады-
шей 10 и 13 сделаны лыски для прохода шатунных болтов, фиксирующих положение
вкладышей. Правильность сборки и дополнительную фиксацию вкладышей обеспечивают
два штифта, установленные на стыке шатуна с крышкой, для чего на наружной поверхности
вкладышей сделаны цилиндрические выемки диаметром 16,4 мм и глубиной 4 мм.
Для передачи крутящего момента от верхнего коленчатого вала к нижнему, синхрониза-
ции их работы, чтобы обеспечить заданный рабочий процесс (открытие и закрытие выпуск-
ных окон и закрытие и открытие продувочных окон), в дизелях типа Д100 применено специ-
альное устройство: вертикальная передача с коническими зубчатыми колёсами, размещённая
в двенадцатом вертикальном отсеке блока дизеля со стороны тягового генератора.
Большие конические зубчатые колеса 4 (рис. 2.43), установленные на концах коленча-
тых валов, крепятся к фланцам двенадцатью болтами, шесть из которых призонные. Зуб-
чатые колеса 4 находятся в зацеплении с коническими шестернями 5, установленными на
77
7^
Рис. 2.42. Шатун и шатунные вкладыши дизеля K6S310DR:
1 — крышка; 2 — нижняя головка шатуна; 3 — стержень шатуна; 4,9 — дугообразная канавка; 5, 7 и 17 —
радиальные отверстия; би 15—холодильники; 8—подшипник верхней головки шатуна; 14и 16—кольцевые
канавки; 10 и 13 — верхний и нижний шатунные вкладыши; 11 — выемка под штифт; 12 — лыска
верхнем и нижнем валах. Верхний 6 и нижний 13 валы установле-
ны в роликовых подшипниках качения и радиально-упорных ша-
риковых подшипниках.
Торсионный вал 2, втулка 77 и нижний вал 13 закреплены от
взаимного перемещения гайками, которые контрятся болтами. Тор-
сионный вал 2 не только связывает верхний и нижний коленчатые
валы, но и предохраняет благодаря своей упругой и пластической
деформации шатунно-поршневую группу, коленчатые валы, цилинд-
ровые втулки и блок дизеля от поломок при недопустимых режи-
мах работы: гидравлических и пневматических ударах, разносе, не-
устойчивой работе дизеля при неисправной топливной аппаратуре.
Шлицевое соединение втулки 77 с муфтой 10 и торсионным ва-
лом 2 обеспечивает возможность установки опережения нижнего ко-
ленчатого вала и допускает взаимное осевое перемещение при изме-
нении длины торсионного вала, закрутке или тепловом расширении.
При работе всех видов тепловозных дизелей происходят кру-
тильные колебания коленчатого вала. Чтобы обеспечить проч-
ность коленчатого вала в рабочем диапазоне частот его вращения
Рис. 2.43. Вертикальная передача:
7 и 7—нижний и верхний корпусы; 2 — торсионный вал; 3 — коническая
шестерня; 4—коническое зубчатое колесо; 5 — распорная втулка; 6,13—
верхний и нижний валы; 8,12 — нажимные фланцы; 9 — ступица; 10 —
шлицевая муфта; 77 — шлицевая втулка
78
на свободном конце коленчатого вала, т.е. там, где возникают наибольшие крутильные
колебания, устанавливают антивибраторы и демпферы.
В технике часто приходится сталкиваться с очень опасным явлением (резонансом), ко-
торое характеризуется сильным возрастанием амплитуды колебаний. Это явление наблю-
дается, когда возмущающая сила прикладывается к грузу с частотой, равной частоте соб-
ственных колебаний груза.
Коленчатый вал дизеля вместе с расположенными на нём деталями можно рассматри-
вать как упругий вал с насаженными на нём маховиками. Такому валу присущи несколько
частот собственных колебаний. Если его вращать с какой-то постоянной скоростью и од-
новременно к маховикам прикладывать дополнительные вращающие моменты, то отдель-
ные сечения вала будут совершать крутильные колебания.
Крутильные колебания возникают вследствие действия сил: давления газа и силы
инерции шатунно-кривошипного механизма, под переменным действием которых создаётся
непрерывно меняющийся вращающий момент. Вследствие влияния неравномерного вра-
щающего момента деформируются (закручиваются и раскручиваются) участки коленча-
того вала.
Есть частота вращения коленчатого вала, когда амплитуды крутильных колебаний и
собственных колебаний совпадают, тогда возникает резонанс. Такие частоты называются
критическими. На таких критических частотах вращения коленчатого вала могут резко
возрасти напряжения, которые приведут к поломке вала. Опасные частоты вращения ко-
ленчатого вала определяются расчётами.
У коленчатого вала дизелей типа 1 ОД 100 в диапазоне частот вращения, близких к ра-
бочему интервалу (400—850), есть пять критических частот вращения (чисел оборотов):
330,470, 550, 825 и 1100 об/мин. Для устранения резонанса в дизелях применяются маятни-
ковые антивибраторы.
В маятниковом антивибраторе коленчатого вала дизелей типа Д100 использовано двух-
точечное подвешивание (рис. 2.44). Антивибратор настраивается на устранение резонанса
при четырёх критических частотах вращения вала, а именно: 470, 550, 825 и 1100 об/мин.
Поэтому у него четыре пары секторообразных грузов подвешены на пальцах, опирающих-
ся на ступицу антивибратора. Ступица жёстко соединена с передним концом нижнего вала,
диаметр отверстий в ступице и грузах больше диаметра пальца. Из-за этого грузы подобно
маятникам колеблются на пальцах при возникновении крутильных колебаний нижнего ко-
ленчатого вала определённой частоты, на которую
они настроены.
В отверстия стальной ступицы 1 (рис. 2.45) сво-
бодно (с зазором) вставлены шестнадцать пальцев 2,
4,5 и 6, ограниченные в осевом направлении стопор-
ными планками. На пальцы также свободно установ-
лены в два ряда восемь одинаковых грузов 3. На цап-
фе ступицы установлена на шпонке 7 шестерня
привода агрегатов.
Комплект пальцев антивибратора состоит из че-
тырёх типов пальцев, отличающихся только наруж-
ным диаметром. Диаметр пальцев устанавливает на-
стройку антивибратора на определённый порядок
частоты крутильных колебаний относительно соб-
।
Рис. 2.44. Схема подвески маятниковых
грузов:
1 — палец; 2 — маятниковый груз;
3 — дуиск
79
Рис. 2.45. Антивибратор:
1 — ступица; 2,4,5,6—пальцы; 3 — груз; 7 — шпонка; цифры в кружках 3,4,6,7—клейма; А и Б—диски
ственной частоты колебаний коленчатых валов дизеля. Количество пальцев одного поряд-
ка настройки 4. Для обеспечения правильной установки пальцев в отверстия ступицы на
наружной цилиндрической поверхности крайних дисков А и Б ступиц против каждого от-
верстия выбиты цифры 3, 4, 6 и 7, соответствующие порядку (типу) того пальца, который
устанавливается в этом отверстии; на торцах пальцев также нанесены цифры, соответству-
ющие порядку (типу) пальца. Крутильные колебания коленчатого вала вызывают колеба-
ния маятниковых грузов антивибратора в пределах зазоров в сочленениях грузов с пальца-
ми и пальцев со ступицей. Колебания грузов вызывают изменение характера колебаний
коленчатых валов, и поэтому критическая частота вращения смещается за рабочую зону
частоты вращения вала дизеля.
В дизелях типа Д49 применяют силиконовые демпферы и комбинированный агрегат,
состоящий из силиконового демпфера и маятникового антивибратора. Маятниковый ан-
тивибратор по устройству и принципу действия подобен антивибратору для коленчатых
валов дизелей 1 ОД 100.
В герметичном корпусе силиконового демпфера находится маховик, свободно враща-
ющийся относительно корпуса, который укреплён на конце коленчатого вала. Между кор-
пусом и маховиком находится силиконовая жидкость большой вязкости. При равномер-
ном вращении коленчатого вала маховик выходит на одинаковую с валом частоту (скорость)
вращения благодаря силам трения в жидкости. Энергия возникающих крутильных колеба-
ний коленчатого вала передаётся корпусу и поглощается вязким трением, возникающим
между корпусом и инерционной массой маховика.
Комбинированный антивибратор показан на рис. 2.46. В отверстиях ступицы 1 анти-
вибратора на пальцах 2 подвешены шесть маятников (грузов) 3, из них четыре маятника
обеспечивают настройку антивибратора на гармоники 2,5 порядка и два — на гармоники
3,5 порядка. Для смазки деталей антивибратора масло поступает из полости коленчатого
вала. Демпфер вязкого трения состоит из маховика 6, корпуса 5 с крышкой 4. Пространство
между маховиком и корпусом заполнено силиконовой жидкостью высокой вязкости.
В дизелях мощностью 2200 кВт (3000 л.с.) и выше использование более сложных ком-
бинированных антивибраторов конструктивно оправдано, поскольку обеспечивается низ-
кий уровень напряжений от крутильных колебаний. Так, применение в дизель-генераторах
16ЧН 26/26 мощностью 2200 кВт комбинированного антивибратора вместо силиконового
демпфера снижает напряжения от крутильных колебаний в 1,5 раза.
80
В дизеле K6S310DR также установлен маятнико-
вый антивибратор, вследствие чего в диапазоне час-
тот вращения коленчатого вала дизеля 0—835 об/мин
коленчатому валу резонанс не угрожает. При трёх
значениях частот вращения вала из этого числа обо-
ротов частота действия возмущающей силы в целое
число раз меньше частоты собственных колебаний ко-
ленчатого вала, т.е. начало действия возмущающей
силы совпадает с началом периода крутильных коле-
баний вала. Под действием такой силы амплитуда
крутильных колебаний коленчатого вала увеличива-
ется, что может вызвать усталостные разрушения
вала. Для гашения этих опасных крутильных колеба-
ний и служит антивибратор, установленный на переднем
конце коленчатого вала.
Антивибратор (рис. 2.47) состоит из несущего
диска 3 и четырёх маятников 1, свободно подвешен-
ных к диску пальцами 2. Несущий диск пятнадцатью
болтами 10 прикреплён к переднему фланцу колен-
чатого вала 5. Маятник 1 изготовлен из двух сталь-
ных боковин в толщиной 34 мм, соединённых между
собой стержнем а и проставкой б, которые приваре-
ны к боковинам. Масса каждого маятника 17,6 кг.
В боковинах маятников и несущем диске сделаны
отверстия диаметром 72 мм, в которые запрессованы
стальные сменные втулки 7 и 8 внутренним диаметром
60 мм. При запрессовке втулки 7 и 8 бортами упира-
ются в выточки несущего диска и боковин. Втулки 7
запрессовывают в несущий диск поочередно с одной и
другой стороны. Дополнительно они стопорятся коль-
цами, которые входят в канавки, проточенные на по-
верхности втулок.
Через втулки 7 и 8 свободно проходят стальные
пальцы 2, на которых подвешены маятники. Осевое
перемещение пальцев ограничено крышками 9, входя-
щими в выточки боковин и прикреплёнными двенад-
цатью болтами М8. Диаметр пальцев меньше внутрен-
него диаметра втулок.
Поскольку опасные крутильные колебания возни-
кают при трёх значениях частоты вращения вала ди-
зеля K6S310DR, из четырёх маятников два настраива-
Рис. 2.46. Комбинированный
антивибратор:
1 — ступица; 2 — палец; 3 — маятник
(груз); 4 — крышка; 5 — корпус;
6 — маховик
ют на одинаковую частоту, для чего их подвешивают к несущему диску диаметрально
противоположно на пальцах одинакового диаметра 53,75 мм. Втулки и пальцы антивибра-
тора смазываются маслом, поступающим из нижнего масляного коллектора для смазыва-
ния шестерён привода насосов.
При отсутствии опасных крутильных колебаний маятники не колеблются, а вращают-
ся вместе с несущим диском подобно маховику. При частоте вращения коленчатого вала,
81
Рис. 2.47. Антивибратор:
1 — маятник; 2 — палец; 3 — несущий диск; 4—опора первого коренного подшипника; 5 — коленчатый
вал; 6—крышка первого коренного подшипника; 7 и 8—втулки; 9—крышка; 10—болт; а — стержень;
б — проставка; в — боковина
когда возникает возмущающая сила, вызывающая опасные крутильные колебания, настро-
енный на эту частоту маятник начинает качаться и гасить колебания коленчатого вала,
частота его собственных колебаний равна частоте действия возмущающей силы.
2.5. Системы надцува дизелей
В п. 2.1 мы рассмотрели принцип повышения мощности дизеля наддувом. Для подачи
свежего воздушного заряда в цилиндры дизеля 1 ОД 100 и очистки (продувки) цилиндров от
продуктов сгорания применена двухступенчатая система наддува. Первая ступень состоит
из двух автономных турбокомпрессоров типа ТК34Н-04С, вторая — из приводной возду-
ходувки с редуктором. В систему наддува также входят два воздухоохладителя и воздуш-
ные трубопроводы. Атмосферный воздух через воздухоочистители засасывается турбоком-
прессорами и подаётся под давлением по трубопроводам, расположенным по обеим
сторонам дизеля, в воздуходувку, где воздух дополнительно сжимается, и через воздухоох-
ладители поступает в воздушный ресивер и далее в цилиндры дизеля.
Рассмотрим принцип работы турбокомпрессора (рис. 2.48). Отработавшие газы из ци-
линдров двигателя по выпускным коллекторам поступают в каналы газоприёмного корпу-
са 13 и далее в сопловой аппарат 12. Проходя сопловой аппарат, газы расширяются, приоб-
ретают необходимое направление и высокую скорость, направляются на лопатки рабочего
колеса, отдавая ему свою энергию. Пройдя лопаточный венец турбины, газы через выпуск-
ной корпус удаляются в атмосферу. При вращении ротора воздух по входным каналам кор-
пуса компрессора засасывается из атмосферы в колесо компрессора 2, где ему сообщается
кинетическая энергия, за счёт центробежных сил происходит повышение давления воздуха.
После колеса компрессора воздух проходит диффузор 4 и попадает в спиральный канал (улит-
ку) корпуса 1 компрессора. В диффузоре и спиральном канале кинетическая энергия воздуха
превращается в потенциальную, т.е. за счёт уменьшения скорости происходит дальнейшее
82
повышение давления. Из компрессора воздух подаётся по впускному коллектору в привод-
ную воздуходувку и далее после воздухоохладителя в цилиндры дизеля.
Три корпуса, составляющие остов турбокомпрессора (газоприёмный 13, выпускной 10
и компрессора 7), соединены между собой круглыми фланцами и центрированы посадоч-
ными буртами. Благодаря такой конструкции остова можно собирать корпусы в различ-
ных взаимных положениях с поворотом через каждые 30°, т.е. из одних и тех же деталей
можно создавать турбокомпрессоры правой и левой модели. Все части остова — это фа-
сонные отливки из алюминиевого сплава. В водяной рубашке газоприёмного и выпуск-
ного корпусов, омываемых горячими газами, циркулирует вода из системы охлаждения
дизеля. В центральной части корпусов газоприёмного 13 и компрессора 1 расположены
полости подшипников, закрытые крышками 75. К фланцам выпускного корпуса прикреп-
лён кронштейн 20 в виде лап, которыми турбокомпрессор устанавливается на дизеле. Теп-
Рис. 2.48. Продольный разрез турбокомпрессора ТК34Н-04С:
1 — корпус компрессора; 2 — рабочее колесо компрессора; 3 — вставка; 4 — диффузор; 5 — резиновое
кольцо; 6 — кожух ротора; 7 — ротор; 8 — кожух соплового аппарата; 9 — рабочее колесо турбины;
10— выпускной корпус; 11 — проушина; 12 — сопловой аппарат; 13 — газоприёмный корпус; 14 —
опорный подшипник; 15—крышка подшипника; 16—штуцер; 17—патрубок; 18—экран; 19—фланец
кожуха; 20—кронштейн; 21 — штифт; 22 — компенсатор; 23 — опорно-упорный подшипник; А—Д, Ж,
И, К, М — зазоры
83
лоизоляционный кожух 6 защищает вал ротора от теплового излучения горячих газов и
изолирует полости компрессора от горячих полостей турбины, а вместе с кожухом 8 со-
плового аппарата образует канал, двигаясь по которому газы направляются в сторону
выпускного отверстия.
Сварной вал ротора 7 состоит из колеса турбины и приваренных к нему полувалов.
Рабочие лопатки колеса 9 турбины прикреплены к диску ёлочными замками, чтобы заме-
нять отдельные лопатки в случае их повреждения. Диск и лопатки колеса турбины изготов-
лены из специальных жаропрочных сталей. Колесо компрессора 2 из алюминиевого сплава
соединено с валом шлицами, а для обеспечения центровки посажено на гладкую шейку
вала с натягом.
На диске колеса компрессора с тыльной стороны сделаны гребешки, которые с неболь-
шим зазором сопрягаются с подобными гребешками на разъёмном неподвижном диске-лаби-
ринте и таким образом создают лабиринтное уплотнение, препятствующее утечкам сжатого
воздуха в газовую полость выпускного корпуса 10. Во время работы дизеля на номинальной
мощности ротор /турбокомпрессора вращается со скоростью 17 000—19 000 об/мин. Поэтому
необходима точная динамическая балансировка ротора при изготовлении. Со стороны
компрессора ротор 7 заканчивается пятой в виде массивной плоской шайбы с закалённой
рабочей поверхностью, через которую осевые усилия, действующие на ротор 7в направле-
нии от турбины к компрессору, передаются на торец опорно-упорного подшипника 23.
Шайба, закреплённая гайкой, ограничивает осевой зазор ротора 7. Провороту пяты и шайбы
относительно вала препятствуют штифты 21.
Неподвижный лопаточный венец, расположенный перед рабочими лопатками турби-
ны, образует сопловой аппарат 12. Лопаточный венец соплового аппарата набран из от-
дельных секторов, соединённых с внутренним кольцом сваркой. За внутреннее кольцо со-
пловой аппарат крепится болтами к газоприёмному корпусу 13. Снаружи сопловой аппарат
и колесо турбины охватывает чугунный кожух 8, который предотвращает утечку газа из
турбинного колеса в радиальном направлении, а также обеспечивает безопасность обслу-
живающего персонала при обрыве лопаток турбины. Кожух соплового аппарата 8, как и
сопловой аппарат, крепится к газоприёмному корпусу 13 специальными болтами.
В турбокомпрессоре установлен лопаточный диффузор 4 в виде диска с лопатками,
образующими решётку. Благодаря решётке путь движения частиц воздуха от колеса 2 ком-
прессора к спиральному каналу корпуса 1 компрессора значительно сокращается, что при-
водит к уменьшению потерь на трение, поэтому у компрессора с лопаточным диффузо-
ром 4 высокий кпд. Диффузор 4 зажат между вставкой 3 и упругим резиновым кольцом 5 и
закреплён от проворачивания штифтом 21.
В турбокомпрессоре применены подшипники скольжения. Со стороны турбины в
центральной части газоприёмного корпуса расположен опорный подшипник 14, состо-
ящий из стального корпуса с запрессованной в него втулкой из высокооловянистой
бронзы. В центральной части корпуса компрессора расположен опорно-упорный под-
шипник 23. Упорная часть подшипника представляет собой отдельный плоский подпят-
ник из высокооловянистой бронзы со смазочными канавками на рабочем торце, закреплён-
ный от проворачивания штифтом. Упругий элемент подпятника, состоящий из набора
металлических пластин и слоя масла между ними, устраняет перекосы упорного торца,
возникающие при установке и эксплуатации узла. Подшипник устанавливается так, что-
бы сливные каналы располагались внизу. Масло к подшипнику подводится из системы
смазки двигателя по штуцеру 16 (см. рис. 2.48). Полость, в которой расположен подшип-
ник, отделена от внутренних полостей агрегата уплотнениями. Уплотнение со стороны
84
компрессора препятствует уносу масла из полости
подшипника в компрессор. Оно состоит из двух
упругих колец типа поршневых и лабиринтов 12
(рис. 2.49), образованных завальцованными в вал
гребешками. Между кольцами и лабиринтами 12
через дроссель подводится воздух из ресивера дизе-
ля. Кольца во время вращения ротора под действи-
ем собственной упругости прижимаются к втулке и
остаются неподвижными.
Установленный на пяте ротора импеллер 11
(диск с радиальными лопатками) создаёт дополни-
тельное гидродинамическое уплотнение, предот-
вращающее унос масла из полости подшипника.
Уплотнение со стороны турбины не допускает про-
рыва горячих газов с избыточным давлением из
промежутка между сопловым аппаратом и колесом
турбины в полость подшипника, а также предот-
вращает попадание масла из полости подшипника
на нагретую часть вала, где оно может закоксовы-
ваться и заполнять зазоры, препятствуя свободно-
му вращению ротора. Уплотнение образовано дву-
мя упругими кольцами (см. рис. 2.48) и двумя
группами лабиринтов, между которыми подводит-
ся сжатый воздух из ресивера дизеля по внешнему
трубопроводу и по каналам в газоприёмном кор-
Воздух
Рис. 2.49. Опорно-упорный подшипник
и уплотнение со стороны компрессора
ТКЗН-ОС:
1 — стопорный винт; 2 -— втулка
подшипника; 3 — шайба; 4 — гайка; 5 —
замочная пластина; 6—корпус подшипника;
7—пластина; 8—подпятник; 9—стопорное
кольцо; 10 — пята; 11 — импеллер; 12 —
лабиринт; 13 — кольцо; 14 — штифт
пусе и во втулке.
Чтобы уравнять давление с обеих сторон колец и не допустить поступления газов и
воздуха в полость подшипника и далее по сливному масляному трубопроводу в картер
двигателя, в турбокомпрессорах устраивают дренаж, по которому воздух из промежутка
между лабиринтами и упругими кольцами удаляется в атмосферу.
Для установки турбокомпрессоров на дизеле и в тепловозе необходимы гибкие соедине-
ния трубопроводов с дизелем и системами локомотива с обеспечением свободы тепловых
расширений. Для этого предусматриваются: гибкие компенсаторы в виде дюритовых муфт у
масляного и водяного трубопроводов, а также у трубопровода вентиляции картера; соедине-
ние воздухоприёмного патрубка с воздухоочистителем тепловоза через гибкое звено (ком-
пенсатор); подвижный фланец выходной горловины корпуса компрессора и турбокомпрес-
сора для компенсации неточности сборки и тепловых расширений деталей; соединение
газопроводящего трубопровода выпускных коллекторов дизеля с газоприемным корпусом
турбокомпрессора через эластичные компенсаторы в виде сильфонов (гофрированных труб);
отсутствие жёсткого соединения выпускного трубопровода с кузовом тепловоза; регулиров-
ка высоты установки турбокомпрессоров по высоте прокладками под лапами.
Воздуходувка П ступени с редуктором (рис. 2.50) приводится во вращение от верхнего
коленчатого вала через торсионный вал 8. Колесо нагнетателя 34, изготовленное из алюми-
ниевого сплава, установлено консольно на шлицах нижнего вала 38 редуктора и закреплено
гайкой 31. Вал 38 изготовлен за одно целое с цилиндрической шестерней. Через подводящий
патрубок 32 воздух поступает в колесо воздуходувки и после сжатия проходит лопаточный
диффузор 35 и улитку корпуса 33 нагнетателя. Для исключения утечек сжатого воздуха из
85
34 33
Рис. 2.50. Воздуходувка II ступени (центробежный нагнетатель):
1 — трубопровод; 2 — регулировочные прокладки; 3 — упорно-опорный подшипник; 4, 31 — гайки; 5 —
пята; 6 — промежуточный вал с шестерней; 7 — сопло торсиона; 8 — торсионный вал; 9 — верхняя
крышка редуктора; 10 — упругая шестерня; 11 — муфта верхнего вала; 12 — торцевая крышка; 13 —
стопорное кольцо; 14,15, 27 — втулки; 16 — стопорная планка; 17, 23, 30 — болты; 18 — шестерня; 19 —
отбойник; 20 — подъёмная скоба; 21 — фланец; 22 — кольцо; 24 — проставочное кольцо; 25, 36 —
уплотнительное кольцо; 26 — упорное кольцо; 28 — крышка корпуса; 29 — опорный подшипник; 32 —
воздухоподводящий патрубок; 33 — корпус нагнетателя; 34 — колесо нагнетателя; 35 — лопаточный
диффузор; 37 — корпус редуктора; 38 — нижний вал
полости колеса в редуктор предусмотрено специальное беззазорное уплотнение из четыр-
надцати тонких колец 25, размещённых попарно в пазах, которые образованы проставочны-
ми кольцами27. Тонкие кольца охватывают втулку 27с малым зазором (0,06—0,13 мм). Между
опорным подшипником 29 и уплотнением установлен вращающийся отбойник масла 19.
Стыковые поверхности лопаточного диффузора 35 и крышки 28 точно пригнаны друг
к другу: при проверке по краске прилегание на площади не менее 80 %. Подшипники сколь-
жения 3 и 29 изготовлены из алюминиевого сплава А09-2. В верхней части подшипников
есть канавка для распределения масла по всей длине опорной поверхности. Осевое положе-
86
Рис. 2.51. Воздухоохладитель:
1, 12 — патрубки; 2, 9 — крышки; 3 — охлаждающая
трубка; 4 — трубная доска; 5, 77 — перегородки; 6,10 —
резиновые прокладки; 7 — подвижное уплотнение; 8 —
корпус
ние вала 38 фиксируется упорно-опорным подшипником 3. При этом стальная калёная пята 5
упирается в торец упорно-опорного подшипника. Пята 5 закреплена гайкой 4, а осевой
зазор между рабочим колесом компрессора и крышкой 28 регулируется набором прокла-
док 2. Вал 38 в сборе со всеми вращающимися деталями динамически балансируется. Пос-
ле балансировки на колесе и валу клеймится общий номер. У редуктора нагнетателя есть
две пары цилиндрических шестерён с общим передаточным числом i = 10.
Для смягчения ударных нагрузок на зубья шестерён при резком изменении частоты
вращения в ведущую шестерню 10 вставлена эластичная пружинная муфта. Подшипники и
шестерни смазываются маслом, поступающим под давлением из верхнего масляного кол-
лектора дизеля к трубопроводу 7, а из трубопровода — по отдельным трубкам непосред-
ственно к точкам смазки. Для осмотра шестерён есть два люка в нижней части корпуса 37
редуктора и один люк в верхней крышке редуктора. Корпус 37 редуктора изготовлен не-
разъёмным из алюминиевого сплава.
Подаваемый системой наддува в цилиндры дизеля воздух охлаждается в двух воздухоох-
ладителях, установленных на торце блока по обе стороны от редуктора воздуходувки II ступе-
ни. Каждый воздухоохладитель состоит из сварного корпуса 8 (рис. 2.51), охлаждающих тру-
бок 3, концы которых развальцованы в трубных досках 4, крышек 2 и 9 и подвижного
уплотнения 7. В крышках сделаны перегородки 5 и 11 с резиновыми прокладками 6 и 10.
Вода поступает через патрубок 12 в нижней крышке, трижды огибая перегородки в
трубках воздухоохладителя, и выходит через патрубок 7 в верхней крышке. Наддувочный
воздух поступает из воздуходувки II ступени в воздухоохладитель со стороны подвижного
уплотнения 7 и, обтекая оребрённую по-
верхность охлаждающих трубок, охлаж-
дается и поступает через окна в торцах
блока в воздушный ресивер дизеля.
Отработавшие газы из цилиндров
подводятся к газоприёмной части турбо-
компрессоров, а затем удаляются в атмос-
феру через систему выпуска. Отработав-
шие газы поступают в выпускные коробки
(рис. 2.52) на обе стороны цилиндров, от-
куда по выпускным коллекторам 6, выпус-
кным патрубкам 9, через защитные ре-
шётки 77 и компенсаторы 7 двумя
параллельными потоками попадают в га-
зоприёмные корпусы турбокомпрессо-
ров. Отработавшие в турбокомпрессорах
газы через выпускной трубопровод уда-
ляются в атмосферу. Выпускные коллек-
торы и патрубки изготовлены с двойны-
ми стенками, между которыми
циркулирует охлаждающая вода.
Наружные и внутренние стенки кол-
лекторов связаны между собой бонками
жёсткости и прочности. Для осмотра и
очистки выпускных окон втулок цилин-
дров в выпускных коллекторах 6 устро-
87
Рис. 2.52. Система выпуска:
1 — дренажное отверстие; 2 — ловушка; 3, 5 — пробки; 4 — крышка смотрового люка; 6 — выпускные
коллекторы; 7 — компенсаторы; 8—кожух; 9—выпускные патрубки; 10—кран; 11—защитная решётка
ены люки. В крышках 4 этих люков с правой стороны дизеля сделаны гнёзда для установки
термопар, которыми замеряется температура отработавших газов по цилиндрам. Вода из
выпускных коллекторов 6 и патрубков 9 сливается через краны 10 и отверстия с пробка-
ми 3. Для удаления несгоревшего топлива и масла из выпускной системы дизеля устроены
дренажные отверстия 1 и отверстие с пробкой 5. Компенсаторы сильфонного типа смягча-
ют тепловое расширение выпускного патрубка 9 и неточности сборки. Для ограждения
сильфона от непосредственного воздействия потока отработавших газов внутри сильфо-
нов расположен цилиндрический патрубок. При случайных поломках поршневых колец
возможны вынос обломков потоком отработавших газов и их попадание в сопловой аппа-
рат и на лопатки рабочего колеса турбины. Во избежание этого в выпускных патрубках 9
образованы ёмкости (ловушки) 2, а в компенсаторах установлены защитные решётки 11 в
виде набора колец, сваренных в форме конуса.
На четырёхтактных дизелях типа Д49, ПД1М и K6S310DR установлены турбоком-
прессоры, конструкция которых подобна рассмотренной конструкции турбокомпрессора
дизеля 10Д100.
2.6. Газораспределительный механизм
Нарушения питания цилиндров дизеля воздухом или топливом или очистки их от от-
работавших газов немедленно вызовут неполное сгорание топлива и, как следствие, сни-
жение экономичности, образование сажи (дымление), появление токсичных газов, отрав-
ляющих окружающую природную среду. Сажа осядет на деталях дизеля, дизель перегреется,
мощность его уменьшится, расход топлива увеличится. Могут возникнуть и другие неже-
лательные явления.
В двухтактных дизелях с прямоточно-щелевой продувкой (например, в дизелях 10Д100)
отработавшие газы из цилиндров удаляются через окна в цилиндровой втулке. Окна от-
88
крываются нижним поршнем. Газы, отработавшие в цилиндрах двухтактных дизелей с кла-
панно-щелевой продувкой (например, в дизелях 14Д40, 11Д45), выпускаются клапанами,
которые называются выпускными. В четырёхтактных дизелях ПД1М, Д49, K6S310DR от-
работавшие газы из цилиндров удаляются тоже выпускными клапанами.
В четырёхтактных дизелях ПД1М, Д49, K6S310DR цилиндры заполняются свежим воз-
духом через каналы в цилиндровой крышке, которые перекрываются впускными клапана-
ми. В двухтактных дизелях 10Д100,11Д45, 14Д40 воздух в цилиндры поступает через окна
в цилиндровой втулке; окна открываются и закрываются самим поршнем (в дизелях типа
Д100 верхним поршнем). Механизм, который управляет движением впускных и выпуск-
ных органов и обеспечивает подачу воздуха и топлива в соответствии с установленным для
данного дизеля порядком работы цилиндров, называется газораспределительным. Таким
образом, устройство механизма газораспределения дизелей определяется тактностью дизе-
ля, а у двухтактных дизелей — типом продувки.
На рис. 2.53 показана наиболее простая схема клапанного механизма дизелей типа ПД1М;
такая же схема клапанного механизма у дизелей тепловозов ЧМЭЗ. Открытие клапанов в
таких дизелях осуществляется распределительным валом, который приводится во вращение
от коленчатого вала через зубчатую передачу. Поскольку цикл работы каждого цилиндра
четырёхтактного дизеля совершается за два оборота коленчатого вала, то распределитель-
ный вал вращается в два раза медленнее коленчатого. Поэтому у ведомого зубчатого колеса
в два раза больше зубьев, чем у ведущего зубчатого колеса.
Вращательное движение распределительного вала преобразуется в поступательное дви-
жение клапанов кулачками (или шайбами) определённого профиля для получения задан-
ной продолжительности открытия впускных и выпускных клапанов в каждом рабочем ци-
линдре согласно диаграмме газораспределения, т.е. чем шире выступ кулачка, тем большее
время управляемый им клапан остаётся открытым,
давая проход свежему воздуху в цилиндр или отра-
ботавшим газам из цилиндра.
У дизеля ПД1М шесть цилиндров, поэтому на
распределительном валу размещено шесть кулачков
для впускных клапанов и шесть для выпускных, кото-
рые открывают и закрывают клапаны по порядку ра-
боты цилиндров дизеля: 1-3-5-6-4-2. Для этого соот-
ветственно расположены кулачки на валу. Ролики 3
толкателей 4 (см. рис. 2.53) катятся по криволиней-
ной поверхности кулачков 2, периодически поднимая
и опуская штанги, которые рычагами открывают или
закрывают впускные и выпускные клапаны. Рычаги 6
привода клапанов размещены в клапанной коробке,
установленной на каждой крышке цилиндра.
Распределительный вал дизелей типа Д49 через
систему рычагов приводит в движение впускные и
выпускные клапаны всех цилиндров дизеля и приво-
дит в действие топливные насосы высокого давления.
Установлен один распределительный вал на
оба ряда цилиндров, а клапаны и топливные насо-
сы каждой пары цилиндров обоих рядов приводят-
ся одним комплектом кулачковых шайб, усилие от
Рис. 2.53. Простейшая схема привода
клапанного механизма:
1 — распределительный вал; 2 — кулачок
(выступ); 3 — ролик; 4 — толкатель; 5 —
штанга; 6—рычаг; 7—пружина; 8—клапан
89
которых передаётся через штанги, опирающиеся на шаровые гнёзда в рычагах. Достоин-
ство этой конструкции состоит в меньшем количестве деталей и подшипников, а следова-
тельно, в меньших потерях на трение, меньших силах инерции в приводе клапанов. Меха-
низмы всех модификаций дизелей типа Д49 такие же.
Базовой деталью механизма является лоток (рис. 2.54), установленный на блоке ци-
линдров. В лотке в разъёмных алюминиевых подшипниках 8 вращается распределитель-
ный вал 9. Первый подшипник от фланца упорный, в лотке он зафиксирован штифтом 7.
Остальные подшипники опорные. Усилие от кулачковых шайб передаётся клапанам крышки
цилиндра через впускные 3 и выпускные 4 рычаги и штанги 10 и 11. Внутри ролика 14,
вращающегося на оси 15, установлены две втулки плавающего типа, что уменьшает взаим-
ное относительное проскальзывание ролика, втулки и оси и, следовательно, уменьшает износ
поверхностей трения. Кроме того, увеличивается количество масляных клиньев (зазоров
между деталями, заполненных маслом), уменьшающих взаимный перекос контактирую-
щих поверхностей кулачковых шайб и роликов. Это выравнивает давление по длине линии
контакта и повышает работоспособность пары шайба — ролик. Рычаг качается на оси 12.
Для уменьшения износа ось цементирована, а внутри рычага установлена бронзовая втул-
ка. Усилие от рычага лотка передаётся к рычагу крышки цилиндра через составные штанги
10 и 11. Изменением длины штанги регулируется тепловой зазор в рычажном механизме.
Масло из системы дизеля по трубе через редукционный клапан 6 поступает в централь-
ный канал к лотка для смазки механизма. Из канала к масло по каналам е поступает для
смазки подшипников распределительного вала, по каналам л—для смазки толкателей топ-
ливных насосов, по каналу г — для смазки привода распределительного вала и вентилято-
ра охлаждения тягового генератора, по зазору между болтом 13 и лотком, канавкам м,
каналу в осях 12, каналам в рычагах 3 и 4—для смазки всех трущихся поверхностей дета-
лей механизма привода клапанов. По каналам в штангах 10 ъ И масло поступает для смаз-
ки деталей крышки цилиндра и в гидротолкатели. Стекает масло из лотка через окна а
Рис. 2.54. Лоток с механизмом газораспределения дизеля типа Д49:
1, 2 — корпус лотка; 3, 4 — рычаги; 5 — приводная втулка; 6 — редукционный клапан; 7 — штифт; 8 —
упорный подшипник; 9 — распределительный вал; 10, 11 — штанги; 12 — ось рычага; 13 — болт; 14 —
ролик рычага; 15 — ось ролика; а — окно; б—фланец лотка; в, г, д, е, к, л, — каналы; и — полость;
м — канавка
90
в крышке цилиндра и далее в картер дизеля. Количество масла, поступающего в лоток,
регулируется редукционным клапаном 6. Площадь проходного сечения редукционного кла-
пана 6 и, следовательно, количество поступающего в канал к лотка масла регулируется
автоматически. Клапан 6 перемещается под действием усилия пружины и давления масла
на клапан. Просочившееся через клапан масло стекает в лоток по каналу д.
Распределительный вал дизеля типа Д49 (рис. 2.55) приводится во вращение от колен-
чатого вала через зубчатую втулку 7, напрессованную на вал 8. Втулка 7 образует опорно-
упорную, а втулки 12 — опорные шейки вала 8. Втулки 12, впускные 2, выпускные 3 и
топливные 4 кулачковые шайбы состоят из двух половин, закреплённых на валу 8 гайка-
ми 7 и разрезными гайками 5. Шпонки 9 не являются силовым элементом, а только фикси-
руют положение шайб на валу. Усилие передаётся силами трения за счёт обжатия шайб на
валу 8 конусными поверхностями гаек и шайб. Вал 8 изготовлен из легированной стали,
термообработан, втулки 77 — из легированной стали и для повышения износостойкости
азотированы. Рабочие профили шайб и роликов цементированы и закалены. Для повыше-
ния контактной прочности пары шайба—ролик рабочая поверхность роликов выполняет-
ся бочкообразной. Устройство распределительного вала и всего механизма допускает сме-
ну кулачковых шайб из лотка через окна лотка без выемки вала.
Половины шайб втулок 77 и подшипников 10 вала отмечаются одним порядковым
номером. Заменять их нужно только комплектно. При установке на вал 8 шайб и втулок
после затяжки гаек необходимо контролировать зазор в стыке (не менее 0,03 мм) между
ними, который является непременным условием обеспечения требуемого усилия затяжки
втулок и шайб на валу.
Приводы механизмов предназначены для приведения во вращение от коленчатого вала
различных механизмов дизелей с необходимой частотой вращения. Все устройства приво-
дов представляют собой специальные зубчатые передачи с подшипниками качения в кор-
пусах на торцах блока цилиндров. Для уменьшения размеров приводов в осевом направле-
нии использованы цилиндрические прямозубые шестерни, изготовленные из легированной
стали с цементацией и закалкой рабочих поверхностей зубьев. Впадины зубьев после за-
Рис. 2.55. Распределительный вал дизеля типа Д49:
1, 5 — гайки; 2 — впускной кулак; 3 — выпускной кулак; 4 — топливный кулак; 6 — проволока; 7 —
приводная втулка; 8 — вал; 9 — шпонка; 10 — подшипник; 11, 12 — опорные втулки
91
калки не обрабатывают для повышения их усталостной прочности на изгиб. Приводы сде-
ланы в виде отдельных зубчатых передач, чтобы их ремонт проводить с необходимыми
проверками и регулировками вне дизеля, причём один узел может быть заменен другим без
пригоночных операций.
Приводы распределительного вала различных модификаций дизелей установлены на
торце блока цилиндров со стороны фланца отбора мощности. От них, кроме распредели-
тельного вала, приводятся в действие регулятор частоты вращения, предельный выключа-
тель и тахометры измерения частоты вращения вала дизеля, вентилятор тягового генера-
тора, стартёр-генератор, возбудитель тягового генератора.
Силы инерции стремятся на участке закрытия клапана оторвать ролик, а вместе с ним
и другие детали механизма газораспределения от поверхности кулачка. Поэтому на стерж-
ни клапанов ставят по две пружины (наружную большего диаметра и внутреннюю меньше-
го диаметра) для преодоления силы инерции и обеспечения неразрывности связи кулачка с
клапаном, т.е. безударную работу деталей привода и закрытие клапана в соответствии с
профилем кулачка.
Для нормальной работы дизеля необходимо, чтобы каждый клапан в закрытом положе-
нии плотно прилегал к своему месту посадки (седлу) в крышке без пропуска воздуха при
сжатии и пропуска газов при сгорании топлива в цилиндре. Для этого посадочные места на
крышке цилиндра и клапана точно обрабатывают и притирают специальными пастами.
Рис. 2.56. Рабочий клапан дизеля K6S310DR:
1—крышка цилиндра; 2, 3—наружная и внутренняя пружины;
4 — сухарь; 5 — впускной (выпускной) клапан; 6 — стопорное
кольцо; 7, 8 — стальное и резиновое кольца; 9,10 — верхняя и
нижняя тарелки; 77 —направляющая втулка; о, б, г, —тарелка,
стержень и замочная часть клапана; в — канавка
Рассмотрим устройство рабо-
чих клапанов дизеля K6S310DR
(рис. 2.56). В каждой цилиндровой
крышке установлены два впускных и
два выпускных клапана 5, откован-
ных из специальной жаростойкой
стали. Все клапаны одинаковой кон-
струкции и размеров, перемещаются
в чугунных направляющих втулках
11 с зазором 0,1—0,25 мм. Ход каж-
дого клапана 25 мм.
Клапан состоит из тарелки а,
стержня б и верхней замочной час-
ти г. Тарелка фаской, выполненной
под углом 45°, притёрта к коничес-
кой расточке (седлу) крышки цилин-
дра. Ширина притирочного пояска
3—4 мм. В торце тарелки просверле-
ны два глухих отверстия с резьбой
Мб для притирки клапана к крыш-
ке. Каждый клапан прижат к седлу
двумя шлифованными пружинами,
изготовленными из хромованадие-
вой стали. У наружной пружины 2 —
7,25 витка, а у внутренней 3—10 вит-
ков, причём направление витков
противоположное. Пружины уста-
новлены между двумя тарелками.
92
Нижняя тарелка 10 входит в расточку крышки 1 цилиндра и опирается на кольцевой борт
направляющей втулки 77, а верхняя тарелка 9 закреплена на замочной части клапана раз-
резным коническим сухарём 4. Для постановки сухаря 4 на клапане 5 сделана выточка,
ниже которой проточена канавка в шириной 1,3 мм. В неё устанавливают стальное разрез-
ное кольцо, предохраняющее клапан от падения в цилиндр (например, при изломе пру-
жин) и использующееся для удобства установки клапана.
При установке клапана 5 на крышке цилиндра 7 пружины 2 и 3 предварительно сжимают,
чтобы надеть на клапан 5 тарелку 9. После постановки сухаря 4 на место пружины 2 и 3 осво-
бождают от сжатия. Под действием обеих пружин тарелка 9 сжимает конический сухарь 4 и
фиксируется на клапане. Для уменьшения шума при работе клапана 5 и ограничения просачи-
вания масла по стержню б клапана 5 сверху на сухарь 4 кладут стальное 7 и резиновое 8 кольца,
которые стопорятся кольцом 6, установленным в кольцевой выточке в тарелки 9.
Главное требование, которое предъявляется к клапанам дизеля: создание наилучших
условий для впуска воздуха и выпуска газов. Если при впуске воздух, проходя один клапан,
будет испытывать большое сопротивление, то заряд воздуха в цилиндре и давление в нача-
ле сжатия уменьшатся, что отрицательно скажется на качестве рабочего процесса. При
выпуске, если проходное сечение выпускного клапана будет малым, цилиндр не успеет хо-
рошо очиститься от отработавших газов. Вот почему проходные сечения клапанов делают
максимально допустимыми. Эта цель достигается при установке двух клапанов. Если уве-
личить диаметр только одного выпускного клапана, то в этом случае температура тарелки
клапана повысится, так как ухудшатся условия отвода тепла, т.е. возрастет термическое
сопротивление тарелки клапана. В некоторых тепловозных дизелях в одной цилиндровой
крышке размещают даже шесть клапанов: три впускных и три выпускных. Известны, одна-
ко, и дизели, только с одним впускным и одним выпускным клапанами.
Клапаны находятся в условиях сильного нагрева (до 600—700 °C). Особенно сильно
нагреваются выпускные клапаны, так как они омываются отработавшими газами. Поэто-
му эти клапаны изготовлены из жаростойкой стали.
У закрытого клапана между его колпачком и бойком рычага, перемещающего клапан,
оставляется небольшой зазор, равный 0,4—0,5 мм в холодном состоянии дизеля для пре-
дотвращения опасного изгиба при нагреве. При большем зазоре боёк будет сильно уда-
рять по колпачку клапана, вызывая быстрый износ деталей привода.
В дизелях 11Д45, Д49 необходимую величину зазора в зависимости от температуры
деталей привода автоматически поддерживает особое устройство — гидротолкатель, ко-
торый уменьшает шум при работе газораспределительного механизма. Рабочим телом гид-
ротолкателя служит масло, которое поступает из масляной системы дизеля через невоз-
вратный клапан. Гидротолкатель обеспечивает беззазорную работу клапанного механизма
созданием между клапаном и рычагом масляного слоя, толщина которого автоматически
изменяется при тепловом расширении деталей клапанного механизма.
2.7. Системы регулирования дизелей
В процессе эксплуатации тепловоза по каким-либо причинам нагрузка на дизель мо-
жет упасть сразу до нуля. Частота вращения коленчатого вала дизеля, в цилиндры которо-
го поступает топливо в прежнем количестве, может быстро увеличиваться («дизель идёт в
разнос»). От значительного увеличения центробежных сил вращающихся деталей и сил инер-
ции возвратно-поступательных масс двигатель может разрушиться.
93
Для предохранения от таких случаев дизели оборудуются регулятором безопасности
(регулятор предельного числа оборотов}, который у дизеля 1 ОД 100 при увеличении частоты
вращения коленчатого вала выше установленной, т.е. при 940—980 об/мин, воздействует
на рычаг выключения подачи топлива. Он переводит рейки топливных насосов в положе-
ние нулевой подачи. У дизелей 11Д45А выключается подача топлива при 840—870 об/мин,
у дизелей 5Д49 — при 1150—1200 об/мин.
У дизелей типа ПД1М при 840—870 об/мин приводится в действие механизм, который
стопорит толкатели топливных насосов в верхнем крайнем положении. Для поддержания
постоянной частоты вращения коленчатого вала независимо от изменения нагрузки, кро-
ме регулятора безопасности, дизели оборудуются регулятором частоты вращения.
Частоту вращения коленчатого вала дизеля устанавливает машинист тепловоза кон-
троллером в зависимости от массы поезда, профиля и заданной скорости движения по уча-
стку. Величина мощности, соответствующая заданной контроллером частоте вращения вала
дизеля, автоматически устанавливается передачей мощности тепловоза. С изменением ско-
рости движения нагрузка на дизель меняется, но и при постоянной подаче топлива дизель
развивает различную мощность, потому что его кпд изменяется в зависимости от условий
окружающей среды, температуры масла, воды, топливной аппаратуры. Следовательно,
частота вращения вала дизеля при постоянной подаче топлива изменяется, нарушая нор-
мальную работу дизеля.
Значит, нужно устройство, которое изменяло бы подачу топлива в цилиндры с измене-
нием нагрузки: при увеличении нагрузки увеличивало бы подачу топлива в цилиндры, а
при уменьшении — уменьшало.
Поэтому тепловозные дизели, кроме предельного регулятора, оборудуются регулято-
ром частоты вращения коленчатого вала. Регулятор при несоответствии нагрузки и мощ-
ности, развиваемой дизелем, перемещает на нужную величину рейки топливных насосов,
воздействуя на величину подачи топлива, и поддерживает постоянной заданную частоту
вращения коленчатого вала дизе-
ля независимо от нагрузки. У ди-
зелей 1 ОД 100, ПД45, Д49 регули-
руют не только частоту вращения,
но и мощность дизеля.
Рассмотрим принцип работы
центробежного регулятора пря-
мого действия. Он называется цен-
тробежным потому, что его дей-
ствие основано на изменении
центробежных сил, возникающих
при разных значениях частоты
вращения его грузов. В регулято-
ре таким вращающимся телом яв-
ляется траверса (диск) 5 (рис. 2.57).
Он приводится во вращение через
зубчатую передачу 1 от коленча-
того вала дизеля 2. К краям диска 5
шарнирно прикреплены два рыча-
га с одинаковыми грузами 4 и 7,
которые вращаются вместе с дис-
0
Рис. 2.57. Схема центробежного регулятора прямого действия:
1 — зубчатые колёса; 2 — от коленчатого вала; 3 — муфта;
4,7 — груз; 5 — диск; 6 — пружина; 8 — рейка топливного
насоса
94
ком регулятора вокруг вертикальной оси и связаны шарнирами со скользящей муфтой 3,
свободно перемещающейся вверх или вниз. Этот узел называется измерителем частоты
вращения коленчатого вала дизеля, это исходный основной орган регулятора. Предваритель-
ная затяжка пружины регулятора соответствует заданной частоте вращения, т.е. уравнове-
шивается вертикальной составляющей от центробежной силы грузов. Сила затяжки пру-
жины 6 задается контроллером, управляемым машинистом. Для изменения частоты
вращения коленчатого вала дизеля специальный механизм меняет силу затяжки пружины 6.
Если подача топлива в цилиндры соответствует нагрузке дизеля, то коленчатый вал вра-
щается с постоянной частотой и вся система регулятора находится в равновесии.
При уменьшении нагрузки частота вращения вала дизеля при той же подаче топлива
увеличится, соответственно увеличится и частота вращения диска регулятора 5, а следо-
вательно, и связанных с ним обоих грузов 4 и 7 регулятора, которые под влиянием цент-
робежных сил разойдутся и, преодолевая усилие пружины б, поднимутся вверх, увлекая
за собой муфту 3. Положение муфты 3 изменяется всякий раз, когда изменяется частота
вращения коленчатого вала дизеля. При переходе муфты 3 в новое положение регулятор
создаёт силу, необходимую для перемещения реек 8 топливных насосов. При уменьше-
нии нагрузки на дизель и перемещении муфты рычаг А ОБ, воздействуя на рейки 8 топ-
ливных насосов, уменьшает подачу топлива в цилиндры дизеля, т.е. частота вращения
коленчатого вала снизится. Так будет происходить до тех пор, пока центробежная сила
грузов 4 и 7 не уравновесится силой пружины 6 регулятора. Такой регулятор устанавли-
вает частоту вращения вала дизеля при уменьшении нагрузки всегда приблизительно
постоянной. При увеличении нагрузки частота вращения коленчатого вала дизеля умень-
шится, грузы 4 и 7 регулятора сблизятся, муфта 3 опустится и рычаг АОВ, переставляя
рейки 8 топливных насосов, увеличивает подачу топлива в цилиндры до тех пор, пока
снова не восстановится равновесие.
Такой регулятор называется регулятором прямого действия, потому что непосредствен-
но воздействует на рейки топливных насосов, т.е. его рычаг жёстко связан с рейкой 8. Не-
достаток такого регулятора состоит в том, что для мощных дизелей (в 736 кВт и более)
требуется большое усилие для перемещения реек топливных насосов из-за того, что масса
деталей, которые нужно перемещать в процессе регулирования, достигает нескольких ки-
лограммов. В сочленении рычагов, соединяющих регулятор с топливными насосами, воз-
никают силы сопротивления от трения деталей. Для создания большей центробежной силы
необходимо увеличивать размеры грузов 4 и 7. Регулятор становится громоздким, умень-
шается его чувствительность и, как следствие, ухудшается качество регулирования. Поэто-
му такие регуляторы для тепловозных дизелей не применяются.
Рассмотрим устройство центробежного регулятора непрямого действия. Для увеличения
перестановочной силы регулятора, сохранив прежние грузы, применяют вспомогательное уси-
лительное устройство — сервомотор (серводвигатель), т.е. это цилиндр с силовым поршнем 2
(рис. 2.58), шток которого соединён с рейками топливных насосов 8 (см. рис. 2.57). Поршень
серводвигателя передвигается в цилиндре 4 пропорционально давлению масла. Например, в
регуляторе дизеля 1 ОД 100 давление масла составляет 0,58—0,68 МПа (6—7 кгс/см2). Масло
нагнетается шестерённым насосом регулятора. Движение поршня управляется легким золот-
ником 7, на перемещение которого нужна небольшая сила. Поскольку золотник 7 полнос-
тью уравновешен, то, чтобы вывести его из среднего положения, достаточно силы, которую
создают прежние центробежные грузы регулятора. Теперь муфта 5 регулятора приводит в
движение не рейки 1 топливных насосов, а небольшой золотник 7, который управляет сило-
вым поршнем 2 серводвигателя 3, соединённого с муфтой 5 регулятора. Золотник 7 свободно
95
max
Рис. 2.58. Схема регулятора непрямого действия с серводвигателем:
1 — рейка топливного насоса; 2 — силовой поршень; 3 —
серводвигатель; 4—цилиндр; 5—муфта; 6—двуплечий рычаг; 7—
золотник; 3,10 — подвод масла; 9—слив масла
перемещается в камере, в кото-
рую поступает под давлением
масло. Через окна камера золот-
ника 7 сообщается с цилиндром 4
серводвигателя 3. Например, на
рис. 2.58 схематично показано
положение, при котором окна в
камере закрыты золотником 7,
т.е. масло не поступает в ци-
линдр 4 серводвигателя 3.
Следовательно, количество
топлива, поступающее в цилин-
дры дизеля, соответствует его
нагрузке, а золотник 7находит-
ся при этом в среднем положе-
нии (положение перекрыши).
Когда нарушится соответствие
между нагрузкой и мощностью
дизеля, муфта 5 сдвинется, а с
ней переместится от среднего
положения золотник 7, откры-
вая доступ маслу в одну из по-
лостей цилиндра 4 серводвигателя 3. При передвижении вниз муфта 5 потянет за собой
золотник 7, который откроет верхнее окно, а масло поступит в полость над поршнем 2
серводвигателя 3, и в то же время он откроет нижнее окно, выпуская масло из нижней полости
на слив. И наоборот, передвигаясь вверх, золотник 7 откроет доступ масла в нижнюю по-
лость и выпустит его из верхней полости. В результате силовой поршень 2, управляемый
золотником 7, будет перемещаться вниз или вверх.
Так как силу для перемещения рейки топливного насоса создают не сами центробеж-
ные грузы регулятора, а серводвигатель 3, то такой регулятор называется регулятором не-
прямого действия. После перестановки рейки топливного насоса в положение, соответству-
ющее новой нагрузке, силовой поршень 2 серводвигателя 3 необходимо остановить, а
поэтому нужно золотник 7вернуть в первоначальное, среднее, положение и перекрыть окна
золотниковой втулки (камеры). Для этого после окончания процесса регулирования точ-
ке В рычага регулятора надо находиться всегда в одном положении.
Схема, приведённая на рис. 2.58, указанным требованиям не удовлетворяет, так как
при увеличении нагрузки частота вращения диска уменьшается, грузы регулятора сходятся
и золотник 7 перемещается вниз. Масло поступает в верхнюю полость серводвигателя 3, а
его шток, опускаясь вниз, увеличивает подачу топлива. Частота вращения коленчатого вала
дизеля возрастает, поскольку золотник 7 открывает верхнее окно, поршень 2 серводвигате-
ля 3 перемещается вниз до нижнего крайнего положения. Подача топлива превысит необ-
ходимую, частота вращения вала дизеля возрастёт, и грузы регулятора разойдутся. Золот-
ник 7 откроет доступ масла в нижнюю полость серводвигателя 3, и поршень 2 его
переместится в верхнее крайнее положение. Частота вращения вала резко упадёт, что вызо-
вет новое перемещение золотника 7 вниз. Золотник 7, так же как и поршень 2 серводвигате-
ля 3, непрерывно движется вверх и вниз, частота вращения вала меняется, т.е. процесс регу-
лирования неустойчив. Чтобы затормозить колебания золотника 7, когда силовой поршень 2
96
сервомотора 3 займёт нужное
положение и подача дизельно-
го топлива будет соответство-
вать изменившейся нагрузке,
нужно точку В (см. рис. 2.58)
каким-либо способом возвра-
тить в место, при котором зо-
лотник вернётся в среднее по-
ложение.
Точка качания А рычага
АВ (рис. 2.59) неподвижна, и
поэтому движение золотника 7
не связано с движением силово-
го поршня 2 серводвигателя 3.
Если точку А сделать подвиж-
ной, то при перемещении муф-
ты 5 регулятора, например,
вверх точка А в начальный мо-
мент останется непод вижной по-
Рис. 2.59. Схема регулятора с жёсткой обратной связью:
1 — рейка топливного насоса; 2 — силовой поршень; 3 —
серводвигатель; 4—цилиндр; 5—муфта; 6—двуплечий рычаг;
7 — золотник; 8,10 — подвод масла; 9 — слив масла;
тому, что у поршня 2 серводвигателя 3 большое сопротивление движению; золотник 7 пере-
местится вверх и при этом откроет вход маслу в пространство под силовой поршень 2
серводвигателя 3 и выход масла из пространства над поршнем. Едва поршень 2 начнёт подъём,
вместе с ним двинется вверх левый конец рычага АОВ (точка А). Поэтому правый конец
рычага (точка В), поворачивающийся около точки О муфты 5 регулятора, двинется вниз и
опустит золотник 7. Золотник 7 будет постепенно возвращаться в среднее положение, закры-
вая доступ масла в пространство под поршнем 2. Поршень 2 остановится, когда насосы при-
бавят подачу топлива на величину, соответствующую увеличению нагрузки.
Следовательно, соединение левого конца рычага АОВ с поршнем 2 серводвигателя 3
возвращает точку В в определённое место, при котором золотник 7 занимает среднее поло-
жение. Значит, кроме прямой связи золотника 7 с поршнем 2 появляется обратная связь
поршня 2 с золотником 7 через рычаг ЛОВ, т.е. устанавливается жёсткая обратная связь.
Такой регулятор называется регулятором непрямого действия с жёсткой обратной связью
потому, что рычаг А ОВ является жёстким, а обратной потому, что силовой поршень 2 че-
рез рычаг А ОВ обратно воздействует на золотник 7. Недостаток регулятора с жёсткой об-
ратной связью в том, что при изменении нагрузки частота вращения коленчатого вала ди-
зеля несколько изменяется, хотя требуется её постоянство. Это явление объясняется так
(см. рис. 2.58). Например, при увеличении нагрузки грузы регулятора опустятся, точка В
опустится, золотник 7 передвинется и откроет окна, подача топлива увеличится, а мощ-
ность дизеля придёт в соответствие с новой нагрузкой. Однако частота вращения коленча-
того вала дизеля не сохранится, потому что система регулирования успокоится тогда, ког-
да точка В вернётся в начальное положение, т.е. когда золотник вернётся в среднее положение
и перекроет окна. Таким образом, точка В всегда приходит в начальное положение; но
положение точек О и А меняется.
С увеличением подачи топлива поршень 2 передвинется вниз и опустит муфту О. Та-
кое положение муфты 5 и, следовательно, грузов соответствует меньшей частоте вращения
вала. Вот почему при регуляторах с жёсткой обратной связью всегда происходит неболь-
шое уменьшение («просадка») частоты вращения коленчатого вала при увеличении нагруз-
97
max
Рис. 2.60. Схема регулятора с гибкой обратной
связью:
1—серводвигатель; 2—цилиндрик; 3—пружина
компенсатора; 4 — поршенёк с отверстиями
ки на дизель. От этого недостатка можно изба-
виться, если превратить жёсткую обратную
связь в гибкую. Для этого между точкой А и
серводвигателем 1 ставится цилиндрик 2 с пор-
шеньком 4 (рис. 2.60), в котором сделаны ма-
ленькие калиброванные отверстия, сообщаю-
щие противоположные полости цилиндрика
2 с маслом. Жёсткой обратной связью цилин-
дрик 2 присоединяется к поршню серводвига-
теля, а поршенёк цилиндрика 2 — к рычагу
АОВ. К рычагу ЛОВ прикрепляется пружина-
компенсатор 3. Так жёсткая обратная связь пре-
вращается в упругую (гибкую}. Так как пор-
шенёк 4 и его цилиндрик 2 движутся
совместно, то до начала перемещения и в пер-
вый момент этого перемещения силового
поршня в серводвигателе 1 работа регулято-
ра подобна работе регулятора с жёсткой об-
ратной связью, потому что масло из одной
полости в другую перетекает очень медленно из-за значительных сопротивлений в ма-
леньких отверстиях поршенька 4.
После впуска масла в одну из полостей серводвигателя (см. рис. 2.58) 3 золотник 7
возвращается в среднее положение, останавливая движение поршня 2 серводвигателя 3,
как и при жёсткой связи. Чуть ранее возврата золотника 7 в среднее положение масло в
цилиндрике 2 под влиянием пружины-компенсатора 5, действующей на поршенёк пре-
одолевая сопротивление в цилиндрике 2, переходит из одной полости в другую, и порше-
нёк 4 приходит в движение, вызывая перемещение (см. рис. 2.58) муфты 5 регулятора
(т.е. точки О на рис. 2.60), которая возвращается в свое первоначальное положение. Из-
за этого при новой нагрузке грузы регулятора вернутся в первоначальное положение,
при котором наступит равновесие, когда частота вращения вала станет прежней. Следо-
вательно, при наличии гибкой обратной связи сохраняется постоянная частота враще-
ния вала дизеля при разных нагрузках. Поршенёк 4 с цилиндриком 2 и компенсирующей
пружиной 3, превращающей жёсткую обратную связь в гибкую, называется изодромом, а
сам регулятор — изодромным. Он поддерживает постоянным скоростной режим дизеля,
автоматически уменьшая или увеличивая подачу топлива в рабочие цилиндры в соответ-
ствии с меняющейся нагрузкой.
Однако колебания температуры обмоток электрических машин и мощности для вспо-
могательных нужд тепловоза существенно изменяют нагрузку дизеля, нарушают режим
работы силовой установки, что влияет на рабочий процесс дизеля и снижение скорости
движения тепловоза.
Этот недостаток устраняет объединённый регулятор частоты вращения и нагрузки ди-
зеля, соединённый в один узел для дизелей 1 ОД 100,11Д45,14Д40,5Д49 (тепловозов 2ТЭ10В,
ТЭП60, М62, 2ТЭ116).
Если рейки топливных насосов находятся в положении наибольшей подачи топлива в
цилиндры дизеля, а нагрузка на дизель увеличивается выше той, которую можно получить
при данном положении реек, то в этом случае регулятор частоты вращения не поддержит
скоростной режим дизеля постоянным, так как резерв увеличения подачи топлива в цилинд-
98
ры исчерпан, ибо рейки дошли до упора. Из-за перегрузки снижается частота вращения
коленчатого вала, повышается дымность, так как дизель работает неэкономично с высоки-
ми температурой и давлением в цилиндрах. Чтобы увеличить нагрузку на тяговый генера-
тор, а значит, и на дизель, необходимо включить реостат в цепь обмотки возбуждения ге-
нератора и ползунком реостата уменьшить сопротивление. Чтобы снизить нагрузку на
генератор, надо передвинуть ползунок реостата в сторону увеличения его сопротивления.
Так же действует объединённый регулятор при возрастании нагрузки на дизель от вспомо-
гательного оборудования. Следовательно, при установившихся нагрузке и частоте враще-
ния вала подача топлива насосами в цилиндр дизеля не изменяется, так как перераспреде-
ление нагрузок между тяговым генератором и вспомогательным оборудованием на работе
дизеля не скажется, а благодаря объединённому регулятору вся мощность дизеля использу-
ется для тяги тепловоза при разных условиях движения.
Если заменить электропневматический механизм затяжки пружины более чувствительным
и меньшим по размерам электрогидравлическим механизмом, регулирующим затяжку всере-
жимной пружины, то получается более совершенный регулятор (рис. 2.61). Электрическая часть
этого механизма состоит из четырёх тяговых электромагнитов 1—4, три из которых находятся
против трёх углов треугольной пластины; у гидравлической части механизма есть золотник 5
управления серводвигателем 9, который, в свою очередь, управляет затяжкой пружины.
Электромагниты 1—4 включаются или выключаются в соответствующей последователь-
ности и различных комбинациях переводом рукоятки контроллера. Пластина 7 под действи-
ем якорей включённых электромагнитов изменяет положение в пространстве, из-за чего пласти-
ну 7 называют пространственной. При перемещении пластины 7 вниз золотник 5 управления
серводвигателем через тяговый рычажный механизм открывает отверстие 14 в золотниковой
втулке 75, благодаря чему масло посту-
пает по каналу а в надпоршневое про-
странство серводвигателя 9, передвига-
ет поршень 8 серводвигателя 9 на одну
из семи ступеней затяжки всережимной
пружины. Для увеличения количества
ступеней затяжки предусмотрен четвёр-
тый электромагнит, воздействующий не
на треугольную пластину 7, а на золот-
никовую втулку 75 для реализации её
возможности перемещаться относитель-
но золотника управления 5. Когда чет-
вёртый электромагнит включён, втулка 75,
двигаясь вниз, открывает своё отвер-
стие, и масло из надпоршневого про-
странства серводвигателя 9 выходит в
ванну регулятора (на рисунке не по-
казана), при этом затяжка всережим-
ной пружины ослабляется. Включение
четвёртого электромагнита вызывает
действие, противоположное действию
трёх остальных электромагнитов, чем
достигается ещё семь ступеней ослаб-
ления затяжки всережимной пружины,
Рис. 2.61. Схема электрогидравлического механизма
затяжки всережимной пружины объединённого регулятора:
7—4 — тяговые электромагниты; 5 — золотник
управления серводвигателем; 6 — подвод масла; 7 —
треугольная пластина; 8— поршень; 9—серводвигатель
управления затяжкой пружины; 10 — тяга; 11, 72 —
рычажный механизм; 13—пружина; 14 — отверстие; 75 —
золотниковая втулка управления с пружиной; а — канал
99
т.е. получается 14 ступеней частоты вращения коленчатого вала дизеля, а с холостым ходом
регулятор создаёт 15 ступеней частоты вращения коленчатого вала.
В такой регулятор с электрогидравлической системой управления (условное обозначе-
ние 9Д100) внесли новое устройство — индуктивный датчик, которым устранили недостат-
ки проволочного реостата с непосредственным электрическим контактом: произвольное
изменение величины электрического сопротивления в месте контакта ползунка с прово-
лочной намоткой, что искажает качество регулирования нагрузки.
Индуктивный датчик — это катушка со стальным якорем. При прохождении через об-
мотку такой катушки переменного тока её сопротивление изменяется в зависимости от поло-
жения якоря: чем дальше якорь входит в катушку, тем больше её сопротивление, и наоборот.
Поэтому индуктивный датчик используется для дополнительного регулирования мощности
тепловозных дизель-генераторов. Обмотка катушки индуктивного датчика, питаемая пере-
менным током, подключается в схему возбуждения генератора через выпрямительное уст-
ройство (мост), которое преобразует переменный ток в постоянный для системы возбужде-
ния тягового генератора. Якорь индуктивного датчика, соединённый с серводвигателем
регулятора нагрузки, изменяет свое положение при перемещениях серводвигателя.
Бесконтактный индуктивный датчик значительно повышает надёжность регулятора и
точность регулирования. В таком регуляторе типа 1 ОД 100 есть пятый электромагнит, ко-
торый устанавливает индуктивный датчик в положение наименьшего возбуждения при
боксовании тепловоза.
2.8. Топливная система
Топливная система предназначена для хранения, подогрева, очистки и подачи топли-
ва в цилиндры дизеля. В систему входит топливный бак, топливоподогреватель, топливо-
подкачивающий насос, фильтры грубой и тонкой очистки, топливные насосы высокого
давления, форсунки, регуляторы и трубопроводы с клапанами.
Топливная система обеспечивает очистку топлива от механических примесей, подачу и впрыск
его в рабочие цилиндры в мелкораспылённом виде и распределение впрыснутого топлива по
всему объёму камеры сгорания для лучшего перемешивания с воздухом, а также регулирование
количества топлива, вводимого в цилиндры. Только при исправной топливной аппаратуре ди-
зель работает экономично, устойчиво, без перебоев и развивает необходимую мощность.
Рассмотрим топливную систему (рис. 2.62) на примере тепловоза типа 2ТЭ10. Запас
топлива тепловоза содержится в баке 13, подвешенном к главной раме в средней части.
Топливный бак сварен из листовой стали с внутренними перегородками для жёсткости
конструкции и гашения колебаний топлива при движении тепловоза. В нижнюю часть бака
вварен отстойник, в боковых стенках есть люки для промывки внутренних полостей. Вме-
стимость топливного бака магистральных тепловозов доходит до 6000—7000 л.
Топливо через заборное устройство 10 засасывается в бак топливоподкачивающим на-
сосом, который получает вращение от электродвигателя через муфту. Насос шестерённого
типа. Герметичность насоса обеспечивается уплотнением сильфонного типа. Давление на-
гнетания насоса ограничивается предохранительным клапаном (см. рис. 2.62), который сбра-
сывает излишек топлива в бак при давлении выше 0,25 МПа (2,5 кгс/см2). Топливо, посту-
пающее к насосам высокого давления, проходит две степени очистки: в фильтре 19 грубой
очистки, устанавливаемом на всасывании топливоподкачивающего насоса, и фильтре 6
тонкой очистки на нагнетательной части топливного трубопровода.
100
1
Рис. 2.62. Схема топливной системы тепловоза типа 2ТЭ10:
1 — дизель-генератор 1 ОД 100; 2 — топливный коллектор; 3 — перепускной клапан; 4, 5 — манометры
давления топлива до и после фильтра тонкой очистки; 6—фильтр тонкой очистки топлива; 7—демпфер;
8 — предохранительный клапан; 9 — подогреватель топлива; 10 — заборное устройство; 11 — вентиль
для выпуска воздуха из системы; 12 — щуп для замера топлива; 13 — топливный бак; 14 — пробка и
клапан для слива отстоя; 15,16—вентили; 17—заправочная горловина; 18—клапан аварийного питания
топливом; 19 — фильтр грубой очистки; 20 — топливоподкачивающий агрегат
Фильтр грубой очистки топлива — щелевой, двухсекционный, состоит из корпуса и
двух фильтрующих секций, поджатых пружиной к корпусу и закрытых колпаками, каж-
дый из которых скреплён с корпусом шпильками и стяжным болтом. Для торцевого уплот-
нения корпуса и колпаков служат паронитовые прокладки.
Фильтрующая секция состоит из двух гофрированных металлических стаканов: на-
ружного и внутреннего, на которые навита латунная лента специального профиля. В нави-
том состоянии лента выступами с одной стороны на равных расстояниях образует между
витками фильтрующую щель шириной 0,07—0,09 мм.
При прохождении топлива через фильтрующие щели частицы механических приме-
сей, превышающие размер щели, задерживаются на наружной поверхности стаканов. Обе
фильтрующие секции работают параллельно.
В топливной системе тепловоза установлен подогреватель топлива 9, включая кото-
рый в холодное время устраняют выделение парафина в топливе. Горячая вода из контура
охлаждения дизеля проходит по трубкам подогревателя топлива.
Из топливоподогревателя 9 топливо поступает в заборное устройство (вентиль 16 открыт,
вентиль 15 закрыт) или в бак (вентиль 75 закрыт, вентиль 16 открыт). В случае отказа топливо-
101
подкачивающего агрегата 20 предусмотрено аварийное питание топливом. При этом к насосам
высокого давления топливо подсасывается из бака через клапан аварийного питания 18, минуя
фильтр 19 грубой очистки. Мощность дизеля при аварийном питании равна 2/3 номинальной.
Работа топливной системы контролируется манометрами 4 и 5, установленными до и
после фильтра 6 тонкой очистки. Для сглаживания пульсации топлива, присущей работе
насосов высокого давления, перед манометрами установлены демпферы 7 вентильного типа.
Из топливной системы тепловоза топливо поступает в топливную систему дизеля, ко-
торая состоит из системы чистого топлива и системы слива загрязнённого топлива. К сис-
теме чистого топлива относятся: фильтр 6 тонкой очистки, топливный коллектор 2, двад-
цать топливных насосов с толкателями, двадцать форсунок, трубки высокого давления,
перепускной клапан, а также подводящие и отводящие трубопроводы. Топливо через фильтр
тонкой очистки поступает по трубам в топливный коллектор 2, расположенный по обеим
сторонам дизеля, и от него в топливные насосы.
Топливный насос высокого давления приводится в действие кулачком кулачкового
вала, соединённого зубчатой передачей с коленчатым валом дизеля. В четырёхтактном ди-
зеле кулачковый вал топливных насосов вращается вдвое медленнее коленчатого вала, в
двухтактном — с той же скоростью. При набегании выступа кулачка на плунжер насоса
плунжер, перемещаясь, выталкивает топливо по нагнетательной трубке к форсунке, из ко-
торой оно под давлением в несколько сотен атмосфер впрыскивается в камеру сгорания
дизеля. От топливного насоса и форсунки отходят трубки, по которым сливается топливо,
просочившееся в зазоры между деталями.
Каждый цилиндр обслуживается двумя топливными насосами. Насос нагнетает топли-
во по трубке высокого давления в форсунку. Избыточное чистое топливо отводится через
перепускной клапан в топливный бак. Перепускной клапан перекрывает отвод топлива из
коллектора при падении давления в нём ниже 0,13 МПа (1,3 кгс/см2). Для выпуска воздуха из
топливной системы перед пуском дизеля на отводной трубе установлена пробка.
В систему слива загрязнённого топлива входят: коллекторы слива топлива из форсунок
и насосов, щитки и сливные трубопроводы. Топливо, просочившееся через зазоры в насос-
ном элементе, стекает по трубкам в капельницы сливного коллектора и через систему труб
отводится в сливной трубопровод. Топливо, просочившееся через зазоры в распылителе фор-
сунки, стекает по трубкам в сливной коллектор и через системы труб отводится в топливный
бак. Для сообщения внутренней полости топливных насосов с атмосферой и для улучшения
слива просочившегося топлива для каждой капельницы коллектора есть специальное окно.
Топливный насос высокого давления (рис. 2.63) плунжерного типа предназначен для
подачи топлива в форсунку. В расточке корпуса 75 насоса установлен насосный элемент
(из плунжера 13 и втулки 72), фиксируемый в определённом положении стопорным винтом 27.
Насосный элемент представляет собой прецизионную пару. Заменять насосный элемент
можно только комплектно. На шлицы плунжера надета шестерня 14, которая находится в
зацеплении с регулирующей рейкой 2.
В верхней части корпуса расположено кольцо 16, ограничивающее шестерню 14 от осе-
вого перемещения. Нагнетательный клапан 77 установлен в нижней части насоса и служит
для разобщения нагнетательного топливного трубопровода от подплунжерной полости.
Клапан 77 прижимается к седлу 10 пружиной 7. Плунжер 13 получает поступательное движе-
ние от толкателя, к корпусу которого прикреплён топливный насос. При ходе вниз плунжер
перекрывает нижней кромкой окно во втулке 72, сообщающее полость низкого давления
с подплунжерной полостью. С этого момента происходит повышение давления топлива под
плунжером, и, когда сила давления топлива превышает силу затяжки пружины нагнетатель-
102
Рис. 2.63. Топливный насос высокого давления:
1 — регулировочный болт; 2 — регулирующая рейка; 3 — болт; 4 — стрелка; 5 — прокладка; 6—фланец;
7 — пружина клапана; 8 — нажимной штуцер; 9 — прокладка клапана; 10 — седло клапана; 11 —
нагнетательный клапан; 12 — втулка плунжера; 13 — плунжер; 14 — шестерня плунжера; 15 — корпус
насоса; 16—кольцо пружины; 17 — пружина плунжера; 18—тарелка пружины; 19—стопорное кольцо;
20 — уплотнительное кольцо; 21 — стопорный винт; 22 — прокладка
ного клапана и давления под ним, клапан открывается, а топливо проходит по нагнетатель-
ному трубопроводу в форсунку. Нагнетание топлива продолжается до тех пор, пока винто-
вая кромка плунжера откроет окно во втулке.
При дальнейшем движении плунжера вниз топливо из подплунжерной полости по вер-
тикальному пазу плунжера и отверстию во втулке перетекает в полость низкого давления.
При этом давление под плунжером 13 резко упадёт, а нагнетательный клапан под действием
пружины и разности давлений топлива в трубопроводе и под плунжером 13 опустится на
седло 10. При ходе плунжера 13 вверх топливо поступает из полости низкого давления в
подплунжерную полость. Количество топлива, подаваемого плунжером 13, зависит от поло-
жения винтовой кромки плунжера относительно окна во втулке и изменяется поворотом плун-
жера 13 вокруг его оси шестерней 14 и регулирующей рейкой 2.
Толкатель (рис. 2.64) представляет собой стальной стержень с утолщённой верхней час-
тью. В отверстиях проушины толкателя 7 помещается ось 2 ролика 4, на которой вращаются
плавающая бронзовая втулка 3 и стальной ролик 4. Для предохранения от проворачивания
толкателя вокруг оси 2 ролика 4 вставлен направляющий палец 1, хвостовик которого входит
в продольный паз корпуса 5 толкателя 7. Наконечник 9, запрессованный в пустотелый хвосто-
вик толкателя 7, упирается в торец плунжера топливного насоса. Пружина б толкателя прижи-
мает ролик 4 к кулачку вала топливных насосов. При вращении вала топливных насосов ро-
лик 4 обегает кулачок, толкатель 7 совершает возвратно-поступательное движение.
Форсунка закрытого типа служит для впрыска распылённого топлива в камеру сгорания.
Чем меньше диаметр капель топлива, тем быстрее они нагреваются, лучше смешивают-
ся с кислородом горячего воздуха, что улучшает их сгорание. Но у очень маленькой капли
103
Рис. 2.64. Толкатель:
1 — направляющий палец; 2 — ось ролика;
3 — втулка ролика; 4 — ролик; 5 — корпус;
6 — пружина толкателя; 7—толкатель; 8 —
кольцо пружины; 9 — наконечник
небольшая кинетическая энергия. Это затрудняет
забрасывание частиц топлива в удалённые от фор-
сунки участки пространства цилиндра. Наиболее
выгодная степень распылённости топлива опреде-
ляется для каждого типа дизеля. В цилиндр тепло-
возного дизеля в зависимости от развиваемой мощ-
ности, числа цилиндров и частоты вращения
коленчатого вала за один цикл впрыскивается от
0,07 до 1,0 г топлива. Струя топлива, впрыскивае-
мого в цилиндр дизеля, распадается на мириады ка-
пель, превращаясь в пылеобразное облачко.
Распыливание нужно осуществить в плотную
среду сжатого воздуха за тысячные доли секунды
(0,002—0,008 с). Если начало и конец распылива-
ния не будут резкими, четкими, топливо будет вы-
ходить из отверстий форсунки с малой скоростью
(подтекать). В этом случае топливо плохо сгорает
и превращается в нагар, который оседает вокруг
распыливающих отверстий форсунки и затрудняет
впрыскивание топлива и его соединение с возду-
хом, что неизбежно приводит к ухудшению рабо-
ты дизеля и увеличению расхода горючего.
Чтобы хорошо распылить топливо за весьма ко-
роткий промежуток времени, оно подаётся через фор-
сунки под высоким давлением 19,6—117 МПа (200—
1200 кгс/см2). Благодаря такому давлению скорость
истечения топлива через распыливающие отверстия
велика и впрыск происходит в очень короткий про-
межуток времени. Скорость струи топлива, выходя-
щей из форсунки, достигает 250—350 м/с. Большая скорость способствует дроблению струи в
камере сгорания и увеличивает дальность полёта отдельных частичек топлива («дальнобойность»
струи), в плотной среде сжатого воздуха частички воздуха распределяются по всему объёму каме-
ры. Давление впрыска рассчитывается таким образом, чтобы обеспечить необходимую «дально-
бойность» струи, но без попадания топлива на стенки цилиндра, чтобы не охлаждать их. Вот
почему насосы, подающие топливо в цилиндры дизеля, создают высокое давление.
Каждый цилиндр обслуживают две форсунки. В расточке стального корпуса 9 форсун-
ки (рис. 2.65) установлены: распылитель, ограничитель 10 подъёма иглы 11, щелевой фильтр 8
и сопловой наконечник 13, затянутые стаканом 3 пружины 4.
Распылитель, представляющий собой прецизионную пару, состоит из корпуса 12 и
иглы 11, притёртых между собой по запорному конусу, посредством которого полость фор-
сунки разобщается от камеры сгорания. Распылитель можно заменять только комплектно.
В стакан пружины ввёрнуты пробка 1, регулирующая затяжку пружины 4, которая через
тарелку 5 и толкатель 6 прижимает иглу 11 по запорному конусу к корпусу 12 распылителя.
Нажимная пробка законтрена контргайкой 2.
Щелевой фильтр 8 — это стальной цилиндрический стержень, установленный в корпусе 9
(см. рис. 2.65) с малым зазором. В фильтре находятся двадцать четыре продольных паза, в две-
104
надцать из которых топливо подводится, а из других двенадцати отводится. Оно фильтруется
при перетекании через зазоры между щелевым фильтром 8 и корпусом 12. Топливо, нагнетаемое
насосом, подводится к кольцевой проточке щелевого фильтра 8 и, пройдя его, по каналам в корпу-
се 12 распылителя поступает в полость А над запорным конусом распылителя. Когда сила давле-
ния топлива, действующая на поверхность Б иглы, превысит усилие затяжки пружины, игла под-
нимается, и топливо через отверстия соплового наконечника впрыскивается в камеру сгорания.
Затяжка пружины обеспечивает начало впрыска при давлении топлива 21,0 МПа (210 кгс/см2).
Прекращение подачи топлива насосом вызывает резкое падение давления топлива, и
игла под действием пружины садится своим конусом в гнездо корпуса распылителя.
Фильтр тонкой очистки топлива (рис. 2.66) — четырёхсекционный с бумажными фильт-
рующими элементами. В корпусе 2 фильтра установлены четыре сменных бумажных фильт-
рующих элемента 5, каждый из которых укреплён на стержне 6 и закрыт колпаком 4. Зазор
между стержнем и бумажным элементом уплотнён сальниками 7 из маслобензостойкой ре-
зины, поджатыми гайками 11 через пружину 9. Колпаки притянуты к корпусу гайками 13.
Торцы корпуса и колпаков уплотнены паронитовыми прокладками 3. Пробка 15 служит
для слива отстоя и топлива при смене бумажных фильтрующих элементов 5. Гайки 11,13 и
пробка 15 уплотнены медными прокладками.
Рис. 2.65. Форсунка:
1 — пробка; 2 — контргайка; 3 — стакан
пружины; 4 — пружина форсунки; 5 — тарелка
пружины; 6 — толкатель; 7 — уплотнительное
кольцо; 8 — щелевой фильтр; 9 — корпус; 10 —
ограничитель подъёма иглы; 11 — игла; 12 —
корпус распылителя; 13—сопловой наконечник;
14,15 — прокладки; 16—накидной фланец; А—
полость; Б — поверхность
Рис. 2.66. Фильтр тонкой очистки
топлива:
1 — штуцер; 2 — корпус; 3, 12, 14 —
прокладки; 4 — колпак фильтра; 5 —
фильтрующий элемент; 6 — стержень; 7 —
сальник; 8 — кольцо сальника; 9 —
пружина; 10—тарелка; 11,13—гайки; 75 —
пробка
105
2.9. Масляная система
По масляной системе тепловоза типа 2ТЭ10 (рис. 2.67) непрерывно подаётся масло к
трущимся деталям дизеля, заднего и переднего распределительных редукторов и коничес-
кого редуктора гидропривода, к гидромуфте вентилятора холодильной камеры и пневмо-
приводу автоматики холодильной камеры.
В зависимости от назначения систему можно условно разбить на пять контуров: глав-
ный контур (контур подачи масла в дизель), контур подачи масла к вспомогательным ме-
ханизмам тепловоза, контуры фильтра тонкой очистки, центробежного фильтра и масло-
прокачивающего агрегата.
Главный контур. Насос 21 (см. рис. 2.67) забирает масло из картера и по трубопроводу
подаёт для охлаждения в водомасляный теплообменник 57.
Охлаждённое масло поступает в фильтр 46 грубой очистки щелевого типа. Фильтр
состоит из десяти включённых параллельно фильтрующих секций, вставленных в сварной
корпус, фильтрующая секция — из промежуточных и рабочих пластин, поочередно наде-
тых на центральный стержень. Толщина промежуточной пластины 0,15 мм определяет ве-
личину фильтрующей щели. Масло, проходя внутрь фильтрующей секции, очищается от
примесей, превышающих размер щели между рабочими пластинами, и отфильтрованное
нагнетается в масляные коллекторы дизеля.
Работа системы регулируется контрольно-измерительными приборами:
1) давление, создаваемое масляным насосом, — по манометру 5, установленному на
щите приборов 7 в дизельном помещении;
2) давление в конце верхнего масляного коллектора дизеля — манометром 31 своей
секции и манометрами 24, установленными на пультах управления крайних секций;
3) температура масла на выходе из дизеля — термометрами 28 своей секции и термо-
метрами 23, установленными на пультах управления крайних секций;
4) максимально допустимая температура — температурным реле 19 (при превышении
максимально допустимой температуры снимается нагрузка с дизеля);
5) перепад давления — манометрами 11 и 13 (определяется степень загрязнения фильт-
ра грубой очистки).
На пульте управления средней секции установлен манометр давления масла 31 и тер-
мометр 28.
Контур подачи масла к вспомогательным механизмам тепловоза. К вспомогательным
механизмам тепловоза масло подводится очищенным в фильтре грубой очистки через предохра-
нительный клапан 44, который пропускает масло при давлении в главном контуре выше
0,07—0,08 МПа (0,7—0,8 кгс/см2). Клапан исключает переполнение маслом редукторов и
гидропривода при остановке дизеля и прокачке системы маслопрокачивающим насосом.
Масло к переднему и заднему распределительным редукторам и коническому редуктору
гидропривода подводится через редукционные клапаны 25 и 45.
При превышении заданного давления масла 0,04—0,07 МПа (0,4— 0,7 кгс/см2) на 15-й
позиции контроллера редукционный клапан уменьшает проток. Падение его давления вы-
зывает открытие редукционного клапана и увеличение протока масла. Так обеспечивается
постоянство заданного давления. Масло из распределительных редукторов отводится в
картер дизеля откачивающими насосами, установленными на редукторах. Для отключе-
ния подачи масла к редукторам и для поддержания необходимого давления в случае выхо-
да из строя редукционных клапанов установлены вентили 37 и 50.
Масло к гидромуфте привода вентилятора холодильной камеры поступает через запорный
клапан 52, который перекрывает подачу масла в гидромуфту (для снижения остаточных оборотов
106
Рис. 2.67. Схема масляной системы тепловоза типа 2ТЭ10:
1 — гидропривод вентилятора; 2 — автоматический привод гидромуфты вентилятора; 3, 53—дроссели;
4—фильтр тонкой очистки; 5—труба отвода масла; 6—пробка для выпуска воздуха; 7— щит приборов;
8 — манометр давления масла после насоса; 9,26—манометры давления масла, поступающего к заднему
и переднему распределительным редукторам; 10 — манометр давления масла после левого
турбокомпрессора; 11 — манометр давления масла до фильтра грубой очистки; 12—манометр давления
масла после правого турбокомпрессора; 13—манометр давления масла после фильтра грубой очистки;
14 — манометр давления масла до фильтра тонкой очистки; 15 — манометр давления масла до
центробежного фильтра; 16—термометр температуры масла после теплообменника; 17 — краник для
выпуска воздуха после прокачки; 18 — манометр давления масла до гидромуфты; 19—термореле; 20 —
центробежный фильтр; 21 — масляный насос дизеля; 22 — дизель-генератор 1 ОД 100; 23 —
электротермометр на пульте ведомой секции для измерения температуры масла на выходе из ведущей
или средней секции тепловоза; 24—электроманометр на пульте ведомой секции для измерения давления
масла на выходе из ведущей или средней секции; 25, 45 — редукционные клапаны; 27 — вентиль для
слива масла из фильтра тонкой очистки; 28 — электротермометр температуры масла на выходе из
дизеля; 29 — вентиль отключения подачи масла к гидроприводу (и как аварийный для подачи масла к
гидроприводу при выходе из строя запорного клапана); 30—щит приборов на пульте управления; 31 —
электроманометр давления масла дизеля ведущей секции; 32 — заправочная горловина; 33 — вентиль
слива масла из трубы от маслонасоса; 34 — щуп; 35 — маслопрокачивающий агрегат; 36, 39, 43 —
шланги; 37 — вентиль для отключения подачи масла к заднему распределительному редуктору; 38 —
невозвратный клапан; 40—краник для взятия пробы масла; 41 — карман для ртутного термометра; 42 —
патрубок для датчика термореле; 44—предохранительный клапан; 46—фильтр грубой очистки масла;
47 — насос высокого давления; 48 — вентили слива масла из картера; 49 — разгрузочный клапан на
0,4 МПа (4 кг/см2); 50—вентиль отключения подачи масла к переднему распределительному редуктору;
51 — теплообменник; 52 — запорный клапан
107
Рис. 2.68. Центробежный фильтр:
1 — пробка; 2, 9—прокладки; 3 — крышка; 4,16 —
втулки подшипники; 5 — шпилька; 6 — крышка
ротора; 7 — коробка; 8 — крышка фильтра; 10 —
трубка; 77—ротор; 72—корпус фильтра; 13—ось
ротора; 14 — гайка; 75 — фланец; 77 — сопловой
вентиляторного колеса) при выключенной гидромуфте (закрытии жалюзи). При отказе запорно-
го клапана гидромуфта питается через открытый вентиль 29, при этом давление поддерживается
дросселем 53. Масло от гидропривода отводится через общую сливную трубу в картер дизеля.
На сервомотор автоматического привода гидромуфты 2 масло поступает от контура
центробежного фильтра 20 и отводится в общую сливную трубу. Давление масла в системе
смазки вспомогательных механизмов контролируется манометрами 9,18 и 26.
Контур фильтра тонкой очистки. До 4 % масла главного контура проходит через фильтр
тонкой очистки 4 из бумажных фильтрующих секций, где отделяются взвешенные в масле
частицы размером до 20—30 мкм. Фильтровальная бумага, надетая на картонную полосу,
спирально навёрнута на трубку и по цилиндрической поверхности оклеена стяжной поло-
сой. Отфильтрованное масло сливается в картер дизеля. Давление в фильтре регулируется
дросселем и замеряется манометром.
Контур центробежного фильтра. Около 4 % общего количества масла проходит допол-
нительную тонкую очистку в центробежном фильтре 20. Масло подаётся из картера дизеля
масляным насосом 47 шестерённого типа с приводом от заднего распределительного ре-
дуктора. В центробежном фильтре (рис. 2.68) масло проходит по каналам оси 13 и фланца
15 во внутреннюю полость ротора 77, далее по зазорам между осью и коробкой 7 к трубкам
10 и через сопловые наконечники 7 7 выбрасывается двумя противоположно направленны-
ми струями в полость корпуса 72.
Реактивное действие струи заставляет ро-
тор вращаться с частотой 83—100 с-1 (5000—
6000 об/мин), и возникающая при этом цент-
робежная сила отбрасывает более тяжелые
частицы в масле к внутренним стенкам рото-
ра, где они откладываются. Очищенное масло
из корпуса сливается по горловине 19 в картер
дизеля. Для создания необходимой скорости
истечения струи из сопел ротора масло подво-
дится к фильтру под давлением 0,8—1,04 МПа
(8—10,4 кгс/см2), которое поддерживается раз-
грузочным клапаном 49 (см. рис. 2.67), избы-
ток масла сбрасывается в главный контур. Кон-
троль давления масла до центробежного
фильтра ведётся по манометру 15 (см. рис. 2.67).
Для уменьшения износа и задиров поверх-
ностей, снижения мощности, необходимой
для раскрутки коленчатого вала, дизель пе-
ред запуском прокачивается маслом через
контур маслопрокачивающего агрегата. Мас-
ло забирается из картера дизеля шестерённым
маслопрокачивающим насосом и подаётся в
фильтр грубой очистки, а далее в масляные
коллекторы дизеля. Одновременно им запол-
няются трубопровод главного контура и теп-
лообменник. При работе дизеля контур мас-
лопрокачивающего насоса перекрывается
невозвратным клапаном 38 (см. рис. 2.67). наконечник; 18 штуцер; 19 горловина
108
Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
ТЕПЛОВОЗОВ
3.1. Охлаждающие устройства дизелей и системы автоматического
регулирования температур воды, масла и воздуха
Охлаждение деталей дизеля. Самые лучшие дизели около 40—45 % энергии топлива
превращают в полезную работу, а остальная энергия теряется с отработавшими газами, на
нагрев деталей и преодоление сил трения.
Чтобы соприкасающиеся с горячими газами детали не перегрелись настолько, что по-
теряется их механическая прочность, нужно поддерживать соответствующее тепловое со-
стояние дизеля. Для этого нужно охлаждать детали водой и маслом, а для обеспечения
требуемой мощности дизеля понижать температуру наддувочного воздуха.
Для охлаждения деталей дизеля применяются специальные теплообменники-холодиль-
ники, состоящие из отдельных секций (рис. 3.1), каждая из которых представляет собой
комплект плоскоовальных трубок малого сечения. Для увеличения поверхности охлажде-
ния на трубки по всей высоте нанизаны поперечные тонкие пластины (рёбра), изготовлен-
ные из латуни. Трубки устанавливают в шахматном или коридорном порядке. Их концы
вставлены и припаяны соответственно к верхней и нижней трубным решёткам, к бортам
которых приварены крышки. Они образуют вместе с решётками трубные коллекторы. Пла-
стины изготавливают из меди для обеспечения высокой теплопроводности, их толщина
0,08—0,1 мм. Разделение пластин между собой узкими промежутками (2,3 мм), увеличива-
ет общую наружную поверхность охлаждения одной секции и придаёт трубкам нужную
жёсткость. У холодильника тепловоза типа 2ТЭ10 на трубки одной водяной секции надето
1040 пластин. Вода проходит по 68 рабочим трубкам
секции.
Обтекаемая плоскоовальная форма трубок уменьша-
ет аэродинамическое сопротивление секций холодильни-
ка. Общая омываемая воздухом поверхность секций
для охлаждения воды дизеля тепловоза 2ТЭ10 равна по-
чти 547 м2. С учётом поверхности водяных секций, ох-
лаждающих воду, которая используется для отвода теп-
ла от масла (в теплообменнике) и наддувочного воздуха
дизеля (в охладителе), общая поверхность, омываемая
воздухом, достигнет 1602 м2.
Жидкости-теплоносители нужно охлаждать, так как
они, омывая поверхности высокотемпературных деталей
дизеля и отбирая тепло, нагреваются сами. Горячая вода
охлаждается атмосферным воздухом в водяных секциях
холодильника. Для интенсивного отвода тепла от секций
их принудительно обдувают воздухом, засасываемым од-
ним или несколькими вентиляторами. Воздух прогоня-
ется через секции холодильника и выбрасывается нару-
жу со скоростью 8—10 м/с. Для уменьшения размеров
Рис. 3.1. Устройство водяной секции:
1 — первый ряд трубок; 2 — верхний
коллектор; 3—верхняя трубная коробка;
4 — поперечные пластины (рёбра); 5 —
восьмой ряд трубок
109
Рис. 3.2. Схема охлаждения втулки
цилиндра дизеля и коллектора:
1 — отработавшие газы; 2 — водяная
рубашка; 3 — водяной коллектор; 4 —
выпускной коллектор; 5 — выпускная
коробка
холодильника температуру воды, охлаждающей дизель,
повышают до 80—95 °C, а при закрытых системах ох-
лаждения — до 105—110 °C. Закрытыми называют та-
кие системы охлаждения, в которых вода находится под
избыточным давлением, предупреждающим её кипение
при температурах более 100 °C. Вода к секциям и обрат-
но в дизель подается насосами.
При пуске дизеля приходит в действие водяной на-
сос (центробежного типа), соединённый с коленчатым
валом шестерённым приводом. Из секций охлаждённая
вода насосом нагнетается в дизель, охлаждает детали
дизеля и, нагревшись, поступает в водяные секции хо-
лодильника, где температура воды снижается на 2—10 °C
в зависимости от нагрузки дизеля и режима работы вен-
тилятора холодильника.
Вода, нагнетаемая центробежным насосом при дав-
лении 0,314 МПа (3,2 кгс/мс2) на номинальном режиме
работы дизеля 10Д100, т.е. при 850 об/мин коленчато-
го вала, попадает в водяные полости двух выпускных
патрубков, из которых она проходит в водяные полос-
ти правого и левого выпускных (газовых) коллекторов 4,
расположенных с двух сторон дизеля 1 ОД 100, и далее в охлаждающие полости выпускных
коробок 5 (рис. 3.2). По переходным патрубкам вода направляется в водяные рубашки 2
всех десяти цилиндровых втулок дизеля.
Цилиндровая втулка охлаждается водой в средней части. Поскольку часть втулки, на-
ходящаяся в отсеке воздушного ресивера, нагревается меньше, она охлаждается не водой, а
наддувочным воздухом.
Нагревшаяся вода поступает в отводящий водяной коллектор, расположенный вдоль
дизеля. Из этого коллектора горячая вода направляется по трубопроводу к верхнему кол-
лектору 1 (рис. 3.3) холодильника и поступает в плоские трубки водяных секций 2, разделя-
ясь на струйки. Протекая по секциям сверху вниз, вода через стенки трубок и пластины
отдаёт тепло обдувающему воздуху. Из трубок секций охлаждённая вода стекает в нижний
коллектор холодильника, откуда засасывается водяным насосом 9 опять для охлаждения
деталей дизеля.
Под крышей кузова тепловоза, т.е. выше дизеля и водяных секций, установлен расши-
рительный бачок 3, наполненный водой. Поэтому водяная система всегда заполнена из
бачка, несмотря на изменение объёма воды вследствие нагревания и утечек.
В водяной системе есть трубопроводы небольшого диаметра для циркуляции воды через вен-
тиляционно-отопительный агрегат 7 (см. рис. 3.3), топливоподогреватель 5, терморегулятор 11
гидропривода 10 вентилятора, а также для отвода воздуха и пара в расширительный бачок.
В системе охлаждения масла используется продувка атмосферным воздухом, подобно
тому как охлаждается вода, например, в маневровых тепловозах ТЭМ2, у которых масля-
ные секции устроены так же, как водяные секции. Но в водяных секциях трубки размещены
в шахматном порядке, а в масляных секциях трубки расположены коридорно. В масляных
секциях больше трубок и поперечные размеры их увеличены, чтобы облегчить проход по
трубкам более вязкого (по сравнению с водой) дизельного масла. В трубках, обдуваемых
атмосферным воздухом, горячее масло охлаждается на 4—12 °C, а затем охлаждённым посту-
пает к трущимся деталям дизеля.
НО
Рис. 3.3. Упрощённая схема водяной системы тепловоза типа 2ТЭ10:
1 — верхний коллектор; 2 — водяные секции; 3 — расширительный бачок; 4 — выпускные трубы; 5 —
термореле; 6—электротермометры; 7—вентиляционно-отопительный агрегат; 8—топливоподогреватель;
9—водяные насосы; 10—гидропривод вентилятора; 11 — терморегулятор
В магистральных тепловозах воздух для охлаждения
масла не применяется. Из-за низкой теплопередачи, вви-
ду малой скорости движения вязкого масла по трубкам,
размеры масляного холодильника получаются в несколь-
ко раз больше, чем водяного, при одинаковой их тепло-
отдаче. Кроме того, у масляных секций низкая эксплуа-
тационная надёжность. Давление масла в секциях высокое:
при работе дизеля до 0,588 МПа (6 кгс/см2), при пуске
холодного дизеля достигает 0,98 МПа (10 кгс/см2). В водя-
ных секциях давление не превышает 0,147 МПа (1,5 кгс/см2).
Из-за большой вязкости и малой скорости течения в труб-
ках масло часто застывает зимой, вызывая температурные
деформации трубок.
Поэтому в магистральных тепловозах перешли к ох-
лаждению масла в водомасляных теплообменниках. Так
как интенсивность передачи тепла от масла к воде намно-
го выше, чем от масла к воздуху, то водяной теплообмен-
ник компактнее и легче. На рис. 3.4 показана конструкция
водомасляного теплообменника тепловоза 2ТЭ10. Вода
проходит внутри вертикальных трубок, укреплённых в от-
верстиях верхней 5 и нижней 1 решёток (досок), а масля-
ный поток движется перпендикулярно к этим трубкам,
Рис. 3.4. Схема устройства
и работы водомасляного
теплообменника:
1 — нижняя подвижная решётка
(доска); 2 — перегородки; 3 —
охлаждённое масло; 4—нагретая вода;
5 — верхняя неподвижная решётка
(доска); 6, 7 — горячее масло; 8 —
охлаждённая вода
111
поворачиваясь несколько раз от одной стороны корпуса теплообменника к другой из-за по-
перечных перегородок. Омывая на своём пути трубки с водой, масло отдаёт им часть тепла.
Так как детали теплообменника нагреваются, то одну трубную решётка (доску) 5 устанавли-
вают неподвижно, а вторая трубная доска 1 свободно перемещается относительно корпуса
теплообменника при изменении температуры трубок. Так у трубок исключаются темпера-
турные напряжения, которые пагубно сказываются на масловоздушных секциях. В эксплуа-
тации тепловозов водомасляные теплообменники показали высокую надёжность.
Охлаждение наддувочного воздуха. В магистральных тепловозах наддувочный воздух
охлаждается водой. Водовоздушные теплообменники различаются по конструкции и эф-
фективности теплопередачи, но принцип действия их схож. Например, наддувочный воз-
дух для дизеля 11Д45 охлаждается так. Внутри трубок воздухоохладителя, расположенных
в шахматном порядке, циркулирует вода, оребрённые пучки трубок омываются снаружи
потоком горячего наддувочного воздуха давлением 0,147—0,196 МПа (1,5—2 кгс/см2), по-
ступающим от турбонагнетателя (I ступень наддува). Часть тепла наддувочного воздуха
передаётся воде. Охлаждённый наддувочный воздух поступает в центробежный привод-
ной нагнетатель (II ступень наддува), в котором давление воздуха повышается ещё на
0,029—0,049 МПа (0,3—0,5 кгс/см2). Отсюда сжатый воздух направляется в цилиндры дизе-
ля. Охлаждающая наддувочный воздух вода, в свою очередь, охлаждается атмосферным
воздухом в водяных секциях, установленных в общем холодильнике тепловоза.
В магистральных тепловозах вода, охлаждающая масло и наддувочный воздух, объе-
динены в один контур. Водяной насос, приводимый от дизеля, нагнетает воду, охлаждён-
ную в водяных секциях, к теплообменнику наддувочного воздуха. Охладив нагревшийся
при сжатии воздух, вода направляется для охлаждения масла в водомасляном теплообмен-
нике, откуда она по трубопроводу поступает в водяные секции холодильника тепловоза, а
затем охлаждённая вода возвращается к насосу.
Следовательно, в тепловозах 2ТЭ10М, ТЭП60, ТЭП70, 2ТЭ116 есть двухконтурная
водяная система охлаждения: в первом контуре вода отводит тепло от деталей дизеля, а во
втором — от наддувочного воздуха и горячего масла (если тепловоз оборудован водомас-
ляным теплообменником). Вода как из первого, так и из второго контура охлаждается в
водовоздушных секциях холодильника тепловоза. Второй контур необходим для поддер-
жания в нём более низкой, чем в первом контуре, температуры воды (40—65 °C). Так удается
понизить температуру наддувочного воздуха и масла, т.е. повысить надёжность деталей и
узлов тепловозных дизелей. Охлаждение наддувочного воздуха улучшает сгорание топли-
ва в цилиндрах и повышает экономичность дизелей.
Рассмотрим детально двухконтурную систему охлаждения на примере теплово-
за 2ТЭ116 (рис. 3.5).
Для отвода тепла, выделяющегося при работе дизель-генератора, применена система
охлаждения тепловоза закрытого типа с принудительной циркуляцией. В тепловозе есть
два самостоятельных контура охлаждения, у каждого из которых свой трубопровод, водя-
ной насос, секции холодильника и мотор-вентиляторы.
Контур охлаждения дизеля предназначен для охлаждения втулок и крышек цилиндров
дизеля, корпуса турбокомпрессора и выпускных коллекторов. В холодное время года ох-
лаждающая жидкость используется для подогрева топлива, обогрева кабины машиниста,
подогрева воды в баке санитарного устройства. Этот контур предусматривает как высоко-
температурное, так и низкотемпературное охлаждение, причём переход на высокотемпера-
турное охлаждение допускается при давлении в расширительном баке не менее 0,03 МПа
(0,3 кгс/см2). Переход осуществляется вручную установкой тумблера на шкафу аппаратной
112
Рис. 3.5. Схема системы охлаждения тепловоза 2ТЭ116:
1 — охлаждающее устройство; 2 — соединительная головка; 3 — бонки для электротермометров; 4 —
бак для воды санузла; 5 — подогреватель топлива; 6 — штуцеры для манометров; 7 — патрубки для
ртутных термометров; 8 — реле уровня; 9 — расширительный бак; 10 — паровоздушный клапан; 11 —
водомерное устройство; 12 — штуцер для регулятора разрежения; 13—пробки для слива воды из полости
привода насосов; 14 — пробки для слива воды из насосов; 75 — дизель-генератор 1А-5Д49; 16 —
отопительно-вентиляционный агрегат; 17—штуцерный вентиль для выпуска воздуха; 18—невозвратные
клапаны; 19 — ручной насос; 20, 22 — бонки для датчиков-реле температуры; 27 — секция радиатора;
23—37 — вентили
камеры в положение «104 °C»; при этом отключается реле, обеспечивающее снятие нагруз-
ки дизель-генератора при температуре охлаждающей жидкости 96 °C.
Водяной насос дизеля (правый по ходу тепловоза) нагнетает охлаждающую жидкость
в охлаждающие полости дизеля. Нагретая охлаждающая жидкость отводится от дизеля в
верхний коллектор холодильника тепловоза, проходит через секции радиатора 21 (см. рис. 3.5)
и из нижнего правого коллектора поступает во всасывающую полость насоса, замыкая круг
циркуляции «горячего» контура.
На трубопроводе отвода охлаждающей жидкости из дизеля предусмотрены две бонки 3
для электротермометров, температуры жидкости на выходе из дизеля, а также пять бонок 20
для датчиков-реле температуры, три из которых служат для управления холодильником
тепловоза, а остальные два предназначены для снятия нагрузки дизель-генератора при дос-
тижении предельных температур охлаждающей жидкости в высокотемпературном и низ-
котемпературном охлаждении. На этом же трубопроводе установлен штуцер 6 для мано-
метра. Такой же штуцер есть на трубопроводе подвода охлаждающей жидкости к
всасывающей полости водяного насоса; рядом с ним установлен патрубок 7 для ртутного
термометра. На выходе охлаждающей жидкости из дизеля от наивысшей точки трубопро-
вода и от верхней части коллекторов охлаждающих секций идут трубопроводы в расшири-
тельный бак. Они отводят паровоздушную смесь во время работы дизель-генератора и воз-
дух при заправке системы, благодаря чему исключается образование в системе «пробки»,
которая может привести к нарушению режима охлаждения.
Трубопровод на всасывании соединён через невозвратный клапан 18 с расширитель-
ным баком для подпитки контура системы охлаждения. Столб охлаждающей жидкости от
расширительного бака до полости на всасывании насоса создаёт подпор, что улучшает
подпитку водяным насосом. От контура охлаждения дизеля предусмотрен отбор горячей
113
воды через вентиль 26 для подогрева топлива. При открытом вентиле 23 охлаждающая
жидкость подогревает воду в баке 4 санитарного устройства. От задней части дизель-гене-
ратора охлаждающая жидкость при открытом вентиле 33 поступает в отопительно-венти-
ляционный агрегат. Для выпуска охлаждающей жидкости из трубопровода отопительно-
вентиляционного агрегата необходимо открыть вентиль 31 и краны для выпуска воздуха
при заправке системы. Его необходимо открывать перед каждым пуском дизель-генерато-
ра после длительной стоянки тепловоза во избежание образования воздушной «пробки» и
замерзания в холодное время года воды в трубопроводе, идущем к отопительно-вентиля-
ционному агрегату. На трубопроводе отопительно-вентиляционного агрегата предусмот-
рена теплоизоляция для предохранения от переохлаждения в зимнее время.
Система пополняется охлаждающей жидкостью ручным водяным насосом 19. Перед
работой ручным насосом нужно соединить заправочную головку с ёмкостью, заполненной
приготовленной охлаждающей жидкостью, и открыть вентили 24 и 25. После окончания
заправки их необходимо перекрыть и слить охлаждающую жидкость из насоса, вывернув
пробку в нижней части его корпуса. Ручным насосом пользуются в тех случаях, когда теп-
ловоз находится далеко от мест экипировки.
Заправляют систему охлаждения через вентили 30 и 35. При этом открывают вентиль 28,
соединяющий верхнюю полость расширительного бака с атмосферой. Для полного удале-
ния охлаждающей жидкости из системы отворачивают пробки слива 13 и 14. Невозврат-
ный клапан 18 предотвращает выброс охлаждающей жидкости в расширительный бак пос-
ле остановки дизель-генератора при высокой температуре охлаждающей жидкости.
В контуре охлаждения масла и наддувочного воздуха есть свой водяной насос (левый
по ходу тепловоза), который нагнетает в левый нижний коллектор холодильника охлажда-
ющую жидкость, поступающую по передним секциям в левый верхний коллектор. Из лево-
го верхнего коллектора охлаждающая жидкость отводится в правый верхний коллектор,
далее по левым и правым задним секциям опускается вниз, охлаждается и от нижних кол-
лекторов подводится к охладителю масла. Понизив температуру масла, жидкость идёт на
охлаждение наддувочного воздуха и к всасывающей полости водяного насоса, замыкая
«холодный» контур системы охлаждения. Всасывающая полость водяного насоса этого кон-
тура соединяется с расширительным баком через трубу с невозвратным клапаном 18. Па-
раллельно этому клапану установлен вентиль 29, который открывают при заправке и сливе
охлаждающей жидкости из системы. На трубопроводе контура есть штуцеры 6 для мано-
метров и патрубки 7 для ртутных термометров.
В холодное время года при работе дизель-генератора на малых позициях контроллера
машиниста наддувочный воздух бывает холоднее, чем охлаждающая его жидкость, и про-
исходит обратный процесс передачи тепла от охлаждающей жидкости к наддувочному воз-
духу. В результате этого процесса возникает опасность переохлаждения жидкости «холод-
ного» контура. Поэтому в системе предусмотрен вентиль 27, при открытии которого часть
охлаждающей жидкости, выходящей из дизеля, попадает во всасывающую полость водя-
ного насоса «холодного» контура, а водяной насос «горячего» контура отбирает охлажда-
ющую жидкость из «холодного» контура после охладителя масла дизеля.
Температура охлаждающей жидкости регулируется открытием и закрытием боковых
жалюзи, а также включением и отключением вентиляторов холодильника тепловоза с од-
новременным открытием и закрытием верхних жалюзи. Автоматическое управление пра-
выми жалюзи и вентиляторами осуществляется датчиками-реле температуры, установлен-
ными на выходе охлаждающей жидкости из дизеля, а автоматическое управление левыми
жалюзи и вентиляторами — датчиками-реле, установленными на выходе масла из дизеля.
114
16
Рис. 3.6. Расширительный бак:
1 — днище; 2 — ограждение реле уровня; 3 — реле
уровня; 4,14—бонки;5, 6,13,16—штуцеры; 7—труба;
8 — болт; 9 — лента; 10 — обечайка; 11 —
паровоздушный клапан; 72 — перегородка; 75 —
водомерное устройство; 77 — патрубок
Расширительный бак (рис. 3.6) пред-
назначен для тепловых расширений ох-
лаждающей жидкости, пополнения систе-
мы, создания напора на всасывании
циркуляционных насосов. Он представля-
ет собой цилиндрическую ёмкость объё-
мом 0,34 м3 (340 л), разделённую перего-
родкой 72, установленной по центру
паровоздушного клапана 77. Перегород-
ка не доходит до верхней и нижней час-
тей обечайки 10 для сообщения левой и
правой частей бака между собой. Одна
часть бака сообщается с контуром охлаж-
дения дизеля, а другая — с контуром ох-
лаждения масла и наддувочного воздуха
через патрубки, приваренные к обечайке
бака. В месте приварки патрубков обечай-
ка усилена накладками. Бак крепится к
кронштейну в крыше тепловоза двумя лентами 9 и четырьмя болтами 8.
Внутри бака установлена труба 7 выпуска воздуха из системы при заправке для пре-
дупреждения переполнения бака охлаждающей жидкостью. Объём охлаждающей жидко-
сти в баке при полностью заправленной системе равен 0,295 м3 (295 л). С правой стороны
по ходу тепловоза к днищу бака приварены два штуцера 16 для крепления водомерного
устройства 75. Эти штуцеры сообщают полости бака и водомерного устройства. По водо-
мерному устройству визуально контролируют уровень охлаждающей жидкости в баке. Для
улучшения видимости уровня предусмотрен светильник, укреплённый на бонках 14. Паро-
отводные трубки от контуров охлаждения дизеля, масла и наддувочного воздуха подсое-
диняются к штуцерам 6 и 13. В днище бака с левой стороны вварено ограждение 2, в кото-
ром установлено реле уровня 3. Когда уровень охлаждающей жидкости в баке становится
ниже допустимого, реле замыкает электрическую цепь лампочки, находящейся на пульте
управления. Бонка 4 служит для крепления электрических проводов к реле. Штуцер 5 пред-
назначен для подсоединения трубопровода к манометру, по которому контролируют дав-
ление в расширительном баке при высокотемпературном режиме охлаждения дизеля. Па-
ровоздушный клапан 77 и реле уровня 3 уплотнены прокладками.
Водомерное устройство (рис. 3.7) уровня охлаждающей жидкости в расширительном
баке — это сообщающийся с баком сосуд. Оно крепится к штуцерам 2, вваренным в днище
бака 7 муфтой 3 и контргайкой 4. Эти резьбовые соединения крепятся с подмоткой из пень-
ки на цинковых белилах. Бак сообщается с водомерным устройством в верхней части через
штуцер 5, а в нижней части — через корпус крана 77. К верхней части корпуса крана кре-
пится накидной гайкой 9 наконечник 8. Корпус крана и наконечник уплотнены втулкой 10.
На наконечник 8 и штуцер 5 надеты рукава 6, в которые вставлена стеклянная трубка 7.
Рукава 6 обеспечивают герметичность соединений и предохраняют стеклянную трубку от
повреждений, смягчая удары. На стеклянной трубке красной эмалью нанесены метки ниж-
него и верхнего допустимых уровней. Водомерное устройство разобщается с расширитель-
ным баком клапаном 14 крана. На хвостовике клапана закреплен маховичок 75. Со сторо-
ны маховичка в корпус крана 77 установлены поднабивное кольцо, уплотнение и втулка
сальника. Уплотнение изготовлено из асбестопроволочной набивки. Образованный таким
115
Рис. 3.7. Водомерное устройство:
1 — днище бака; 2, 5, 12 — штуцеры; 3 — муфта; 4 —
контргайка; 6 — рукав; 7 — трубка; 8 — наконечник;
9,13 — гайки; 10 — втулка; 11 — кран; 14 — клапан;
75 — маховичок
образом сальник поджимается накидной
гайкой 13. В нижнюю часть корпуса ввёр-
нут штуцер 12, к которому подсоединяет-
ся водоспускной кран.
Чтобы проверить уровень охлаждаю-
щей жидкости в баке, необходимо при закры-
том водоспускном кране открыть кран во-
домерного устройства вращением
маховичка 75. При этом образуются два со-
общающихся сосуда: бак и водомерное ус-
тройство. Охлаждающая жидкость из бака
пройдёт через нижний штуцер, внутрен-
нюю полость корпуса крана 77, переход-
ник и заполнит стеклянную трубку. Воздух,
вытесненный охлаждающей жидкостью,
уйдёт из водомерного устройства через верх-
ние штуцеры 5 и 2 в расширительный бак.
Уровень охлаждающей жидкости в стек-
лянной трубке соответствует уровню в
расширительном баке. Чтобы проверить
правильность показаний водомерного ус-
тройства, необходимо закрыть кран 77,
открыть водоспускной кран и выпустить
охлаждающую жидкость из водомерного
устройства. Затем закрыть водоспускной
кран, открыть кран водомерного устрой-
ства и после заполнения стеклянной труб-
ки и прекращения колебаний мениска отметить занятое им положение. Потом повторить
всё сначала, убедившись, что жидкость занимает то же положение.
Паровоздушный клапан (рис. 3.8) предназначен для поддержания необходимого дав-
ления в расширительном баке при высокотемпературном режиме охлаждения дизеля и для
сообщения бака с атмосферой при разрежении в системе охлаждения. Клапан находится в
верхней части бака. Для его установки в отверстие обечайки вварена гайка с резьбой. На
корпусе 16 клапана также нарезана резьба. При ввертывании клапана между гайкой и флан-
цевой поверхностью корпуса устанавливают прокладку. Между колпаком 77 и корпусом 16
есть прокладка 75. К колпаку приварен штуцер, к которому подводится труба, соединяю-
щаяся с атмосферной трубой расширительного бака. В корпус 16 клапана ввернут кор-
пус 18 парового клапана, который уплотнён прокладкой 13. Положение обоих корпусов
фиксируется шплинтовочной проволокой 8. Если давление в баке станет более 0,05—0,075 МПа
(0,5—0,75 кгс/см2), грибок 72 парового клапана, преодолев сопротивление пружины 3, под-
нимется вверх. После поднятия грибка образуется кольцевой зазор между прокладкой 14 и
посадочной поверхностью грибка. Через этот зазор пар выходит из бака по пароотводной
трубе в атмосферу. При установившемся нормальном давлении в баке усилия пружины 3,
которая своим нижним концом давит на шток 4через опорную шайбу 20, нижний изолятор 27,
шайбу 2, контровочную шайбу 22, станет достаточным, чтобы грибок 72, жёстко закреп-
лённый в верхней части штока, опустился вниз и прижался к прокладке 14. Это обеспечит
116
Рис. 3.8. Паровоздушный клапан:
1 — гайка; 2 — нижняя шайба; 3 — пружина прямого действия; 4 — шток; 5 — верхний изолятор; 6,7—
нижняя и верхняя тарелки; 8 — шплинтовочная проволока; 9 — уплотнительное кольцо; 10 — пружина
обратного действия; 11 — колпак; 12 — грибок; 13, 14, 15, 17— прокладки; 16, 18 — корпусы; 19, 20 —
опорные шайбы; 21 — нижний изолятор; 22 — контровочная шайба; А — отверстие для впуска воздуха
герметичность бака, и понижение давления в нём прекратится. При охлаждении воды в
расширительном баке образуется разрежение. Когда оно достигнет 2—8 кПа (0,02—
0,08 кгс/см2), верхняя тарелка 7 воздушного клапана под действием избыточного атмос-
ферного давления опустится, сжав пружину 10. При этом внутренняя полость бака окажет-
ся сообщённой с атмосферой через отверстия А. Как только давление в баке сравняется с
атмосферным, пружина 10 снова прижмёт верхнюю тарелку 7 к грибку 12. Герметичность
закрытия обеспечивается уплотнительным кольцом 9.
Реле уровня предназначено для дистанционного контроля за нижним уровнем охлаж-
дающей жидкости в расширительном баке. При снижении уровня охлаждающей жидкости
ниже допустимого поплавок реле опускается и рычагом воздействует на контакты микро-
выключателя, замыкая их, после чего на пульте управления загорается сигнальная лампа.
Уровень охлаждающей жидкости, при котором срабатывает реле, регулируют болтом, ввёр-
нутым в рычаг поплавка с наружной стороны бака. При транспортировке реле поплавок
фиксируют стопорным винтом, для чего поворотом винта по часовой стрелке совмещают
индекс на его головке с буквой Т на крышке реле. При вводе реле в эксплуатацию стопор-
ный винт поворачивают на 180° против часовой стрелки до совмещения индекса на голов-
ке винта с буквой Э на крышке реле.
Датчики-реле температуры предназначены для обеспечения работы холодильника
тепловоза в автоматическом режиме и для защиты дизеля от перегрева охлаждающей жид-
кости. Проверять и регулировать уставки датчиков-реле можно как в специальном нагре-
вательном сосуде с помещённым в него ртутным термометром (при этом термосистема дат-
чика-реле и термометр не должны касаться стенок и дна сосуда), так и в системе тепловоза.
Конструкция прибора допускает перенастройку на температуры, необходимые для управ-
ления холодильником тепловоза и для защиты дизель-генератора от перегрева теплоноси-
117
теля. После изменения уставки следует охладить теплоноситель до температуры на 7—10 °C
меньше уставки, а затем равномерно со скоростью не более 0,5 °C в 1 мин нагревая тепло-
носитель, проверить уставку срабатывания датчика-реле. Возврат датчика-реле после сра-
батывания в исходное положение происходит при охлаждении теплоносителя до темпера-
туры, которая меньше уставки на величину зоны нечувствительности (нерегулируемой
зоны), равной 3—6 °C.
Отопительно-вентиляционный агрегат (рис. 3.9) предназначен для вентиляции и обогре-
ва воздуха в кабине машиниста. Он собран на раме 18 и установлен в столе помощника ма-
шиниста. К полу кабины агрегат крепится болтами, а к передней стенке кабины—планкой 14.
Электродвигатель 9 постоянного тока приводит во вращение вентилятор 23, который по со-
единительному каналу подает холодный воздух к нагревательной секции 4. Горячая охлаж-
дающая жидкость по трубе 22 подводится к коллектору секции. Пройдя по трубкам секции и
отдав тепло через стенки трубок потоку воздуха, охлаждающая жидкость по трубе 21 отво-
дится в контур охлаждения дизеля. Подогретый воздух из нагревательной секции 4 поступа-
ет в распределительный канал 7, а оттуда—в каналы подвода воздуха в кабину для обогрева
лобовых стёкол и ног машиниста. В распределительном канале стоят заслонки. Увеличивая
или уменьшая зазоры между заслонками и стенками канала, увеличивают или уменьшают
потоки воздуха. Положение заслонок регулируют рукоятками 5 и 7.
Воздух можно забирать через люк 11 снаружи и через боковые проёмы в дросселе 13
изнутри тепловоза. В люке 11 установлен фильтр 12 большими ячейками наружу теплово-
за. Для переключения забора воздуха в дросселе 13 есть створки, управляемые рукояткой 6.
Рис. 3.9. Отопительно-вентиляционный агрегат:
1 — рукоятка регулирования потока воздуха в канале обогрева кабины; 2,18 — рамы; 3 — канал подвода
воздуха для обогрева лобовых стёкол; 4 — нагревательная секция; 5 — рукоятка регулирования потока
воздуха в канале его подвода к ногам машиниста; 6 — рукоятка управления створками дросселя; 7 —
распределительный канал; 8,15 — каналы; 9 — электродвигатель; 10 — стойка; 11 — люк; 12 — фильтр;
13 — дроссель забора воздуха; 14 — планка; 16, 21 — трубы; 17 — патрубок; 19 — кран для выпуска
паровоздушной смеси; 20 — воронка; 22 — труба подвода охлаждающей жидкости к нагревательной
секции; 23 — вентилятор
118
Вентиляция может быть включена и без подогрева воздуха. Для этого отключают подвод
горячей воды к нагревательной секции. При движении тепловоза можно отключить венти-
лятор и оставить открытыми створки дросселя 13. Электродвигатель 9 включается с пуль-
та управления в кабине машиниста.
Коллекторы охлаждающего устройства установлены по два с каждой стороны прохо-
да холодильной камеры. Полости коллекторов, кроме верхнего левого, разделены попе-
речными перегородками для разобщения потоков охлаждающей жидкости «горячего» и
«холодного» контуров системы охлаждения, а также для организации движения охлажда-
ющей жидкости в секциях радиатора. Коллекторы сварные, их корпусы изготовлены из
гнутой листовой стали. С торцов коллекторы закрыты крышками, в крышке одного из
торцов вмонтирована сливная пробка. К коллекторам приварены трубы, оканчивающиеся
фланцами, для соединения с трубопроводами системы охлаждения. В планке, служащей
для подсоединения к коллектору секций радиатора, для каждой из секций сделаны свои два
круглых и одно эллиптическое отверстия, предназначенные для соединения полости кол-
лектора с полостью в крышке секции радиатора. Кроме этого, в планке есть резьбовые
отверстия для шпилек крепления секций к коллектору.
Секции радиатора крепятся к верхнему и нижнему коллекторам четырьмя шпильками:
двумя сверху и двумя снизу. Отверстия под шпильки в крышке секции сквозные. Для уп-
лотнения места соединения секции с коллектором применяется паронитовая прокладка.
По конструкции все секции одинаковы. Они представляют собой плоские трубки, на кото-
рые насажены пластины для увеличения поверхности теплоотдачи. На пластинах выдавле-
ны бугорки, способствующие завихрениям воздуха. Сверху и снизу на трубки надеты труб-
ные коробки, прикреплённые заклепками к пластинам. Концы трубок перед пайкой раздают
пуансоном, а затем припаивают к трубной коробке меднофосфористым припоем. С боков
трубки предохраняются щитками.
В каждой секции 76 трубок, но охлаждающая жидкость проходит только по 68-ми.
Восемь трубок (по четыре с двух сторон секции) заглушены. По длине эти трубки короче
остальных и своими концами упираются в усилительную доску для уменьшения напряже-
ния в зоне припайки крайних рядов трубок и в самих трубках. Глухие трубки, упираясь в
усилительные доски, передают часть напряжений на трубные коробки. Это уменьшает слу-
чаи повреждения трубок и течи секций.
Ручной водяной насос служит для пополнения системы охлаждения вручную. При ра-
боте насос создаёт давление 0,3 МПа (3 кгс/см2) на выходе, а на всасывании — разреже-
ние 55 кПа (0,55 кгс/см2). Насос состоит из корпуса с цилиндром диаметром 80 мм, клапа-
нов с сёдлами, поршня и механизма передачи движения к поршню. В верхней части корпуса
расположена клапанная коробка, отлитая заодно с корпусом. В клапанной коробке, соеди-
нённой со всасывающими и нагнетательными каналами корпуса, есть два нагнетательных
и два всасывающих клапана, сёдла которых запрессованы в отверстия коробки. Насос при-
водится в действие ручкой, движение которой передаётся поршню через вал, рычаг и тягу.
При движении поршня в цилиндре с одной стороны поршня происходит всасывание, а с
другой — выталкивание жидкости. За двойной ход поршень подаёт 0,74 дм3 (0,74 л). Пор-
шень снабжен двумя поршневыми кольцами. Торцевые крышки и крышка клапанной ко-
робки уплотнены в местах соединения с корпусом прокладками. В нижнюю часть корпуса
ввернута пробка с уплотнительным кольцом. Пробку выворачивают после окончания ра-
боты насоса и при сливе охлаждающей жидкости из системы во избежание замерзания её в
корпусе в зимнее время.
119
Упругое компенсирующее соединение устанавливается на трубопроводах в местах под-
вода охлаждающей жидкости к дизелю и отвода от него, а также на подпиточных и пере-
пускных трубах. Оно предназначено для предохранения труб от воздействия сил вибра-
ции и тепловых расширений, возникающих при работе дизель-генератора. Соединение
состоит из втулки, приваренной к трубе, подвижного и неподвижного фланцев и уплот-
нительного кольца, зажатого между фланцами и втулкой. Кольцо служит не только для
уплотнения, но и для гашения сил вибрации. Соединение компенсирует температурные
изменения длины трубопровода и погрешности сборки. Зазор между фланцами соедине-
ния допускается 2—8 мм.
Система автоматического регулирования температуры воды и масла дизеля (САРТ). При
оптимальном температурном режиме дизеля достигается повышение его эффективной мощ-
ности и снижение удельного расхода топлива и износа цилиндро-поршневой группы.
Такой оптимальный температурный режим характеризуется температурой охлаждаю-
щей воды и масла на выходе из дизеля, изменяющейся от 85 до 95 °C. Чтобы поддерживать
температуру в заданных пределах, в тепловозах применяют систему автоматического регу-
лирования температурного режима дизеля (САРТ), которую образуют: устройство для из-
менения частоты вращения вентилятора холодильника (гидромуфта переменного напол-
нения, электродвигатель, гидромотор), терморегуляторы, реле управления жалюзи и др.
К САРТ предъявляются следующие требования:
1) поддержание температуры воды и масла на выходе из дизеля в пределах 85—95 °C;
2) неравномерность регулирования не более 5—8 °C при изменении нагрузки на дизель
и внешних условий (температуры наружной среды);
3) непериодический либо с затухающими колебаниями переходный процесс. Величина
заброса, или амплитуда, начального периода, допускается не более 5 °C;
4) наименьшее время переходного процесса;
5) простота устройства и возможность перехода на ручное управление в случае выхода
из строя элементов САРТ;
6) простота и удобство ремонта, ухода и обслуживания.
В тепловозных САРТ применяется способ регулирования температуры охлаждающей
жидкости изменением интенсивности теплообмена в секциях холодильника, что достигает-
ся изменением расхода воздуха, подаваемого вентилятором через секции. Расход воздуха
можно регулировать: изменением открытия жалюзи; изменением скорости вращения вен-
тиляторного колеса; поворотом лопастей вентиляторных колес; комбинацией предыдущих
способов. Виды применяемых САРТ приведены в табл. 3.1.
Таблица 3.1
Виды САРТ и типы приводов в отечественных тепловозах
Тип привода Регулирующий орган Тепловозы
Механический Фрикционная муфта ТЭМ2
Электромашинный Электродвигатель ТЭ116
Гидростатический Поршневые гидромашины ТЭП70
Г идродинамический Черпачковая гидромуфта ТЭ10, М62
САРТ непрерывно следит за температурой охлаждающих жидкостей. Если температу-
ра воды и масла возрастает и подходит к установленному пределу, САРТ плавно, без вме-
120
шательства машиниста, увеличивает частоту вращения колеса вентилятора. Во всех тепло-
возах в системах охлаждения применяется осевой вентилятор, так как его удаётся удобно
расположить в стеснённых габаритах тепловоза и у него более высокий кпд, чем у центро-
бежного. Обычно вентилятор располагают в крыше тепловоза. В холодильных камерах
тепловозов устанавливают от одного до четырёх вентиляторов. Если их более одного, то
для их привода применяют электромоторы переменного тока (встроенные в ступицу вен-
тилятора) или гидромоторы.
В тепловозах 2ТЭ10М, 2М62 частота вращения вентиляторного колеса изменяется плав-
но и непрерывно гидродинамической муфтой переменного наполнения маслом. Вместе с
конической зубчатой передачей она образует автоматический гидропривод вентилятора,
размещённый в общем корпусе. Гидромуфта состоит из насосного и турбинного колёс, за-
полняемых смазкой из системы смазки дизеля.
Количество воздуха, просасываемого вентилятором через холодильник, зависит от
частоты вращения вентилятора и положения створок жалюзи. Жалюзи представляют со-
бой заслонки, которые поворотом вокруг своей продольной оси изменяют сечение для про-
хода воздуха. Боковые жалюзи установлены снаружи секций холодильника, а верхние —
над вентиляторным колесом. Для предупреждения чрезмерного охлаждения воды и масла
в секциях в зимний период поверх боковых жалюзи навешивают специальные закрытия.
Наряду с автоматическим управлением предусмотрено ручное, но им пользуются только
в случае отказа системы САРТ или при сильных боковых ветрах (с пылью, снегопадом,
дождём), когда требуется держать закрытыми жалюзи с одной стороны тепловоза и откры-
тыми — с другой.
Система автоматического регулирования температуры воды и масла (САРТ) дизеля
тепловоза 2ТЭ10М открытием жалюзи и изменением частоты вращения колеса вентилято-
ра холодильной камеры изменяет воздушный поток, проходящий через радиаторные сек-
ции, воздействуя на изменение температуры воды и масла дизеля. Для этого используются
датчики-реле и преобразователи температуры, установленные в водяной и масляной систе-
мах непосредственно на выходе из дизеля.
Система САРТ на пульте управления тепловозом включается переводом тумблера «Управ-
ление холодильником» ТХ в положение «Автоматическое» при включенном автомате «Жалю-
зи» А6 и установленном в одном из рабочих положений «Вперёд» или «Назад» реверсивной ру-
коятки контроллера КМ. При повышении температуры воды и масла на выходе из дизеля
до 72 °C замыкается контакт датчика-реле, установленного в соответствующей системе, и
включаются электропневматические вентили управления по цепи: автомат «Жалюзи», кон-
такты реверсивного механизма контроллера, тумблер ТХ и далее в зависимости от замыка-
ния контактов датчиков-реле. При замыкании контактов ВКВ (рис. 3.10) питание поступа-
ет через диоды Д2 и ДЗ на катушки ВПЗ и ВП4 электропневматических вентилей, которые
подают воздух для открытия жалюзи воды, верхних жалюзи и запорного клапана. При
замыкании контактов ВКМ питание подается через диоды Д5 и Д6 на катушки ВП4 и ВП5
электропневматических вентилей, которые подают воздух на открытие жалюзи масла, верх-
них жалюзи и запорного клапана. Соответствующие жалюзи открываются, а через запор-
ный клапан масло поступает в гидромуфту. Диоды Д8—Д11 создают замкнутую цепь для
тока самоиндукции при отключении катушек электропневматических вентилей, что не до-
пускает перенапряжения отключаемой цепи и выхода из строя основных диодов. Если от-
крытие жалюзи недостаточно для снижения температуры воды и масла, в работу включа-
ется система, управляющая изменением частоты вращения вентиляторного колеса.
121
12 13
я । яаккшюжкмювввв I f.
9 ю 11
J
27
^5<!!55545Я!155551!5!й!!5Я^
MW
Слив
масла
Подвод масла
Т10
Д1
идп —
N ПВП2
впз
ДЗ ПВП4
згД6 дю
Д7 44^-
Жалюзи
А6
14
Вода на выходе
из дизеля
76Ж
26
Масло
на выходе
из дизеля
22
23
17
И
18
79
20
21
Рис. 3.10. Схема системы автоматического регулирования температуры воды и масла дизеля тепловоза 2ТЭ10М:
1, 18, 32 — гайки; 2 — пружина; 3 — рейка зубчатая; 4 — черпаковые трубки; 5, 20, 29 — штоки; 6 — рычаг обратной связи; 7—золотник; 8,10, 21, 31 —
пружины; 9 — корпус сервомотора; 11 — силовой поршень; 12, 13 — пневмоцилиндры; 14 — датчик реле температуры Т35; 15, 25 — преобразователи
температуры ДТПМ; 16 — клапан; 17,27 — мембраны; 19 — винт настройки; 22 — сильфон; 23 — термобаллон; 24 — капилляр для заполнения; 26 —
датчик реле Т35; 28 — упор; 30 — корпус; 33—регулировочный винт; А, Б — полости; В, Г, Д, Е, И — каналы; Ж — отверстие; К—камера: Д1—Д11 —
диоды; Т8, T9, Т10, Т11 — тумблеры; ВП2—ВП5 — вентили; ВКВ, ВКМ — контакторы; КМ — контроллер машиниста; А6 — автомат; ТХ — тумблер
«Управление холодильником»; а, б — каналы
Работает система следующим образом. Сжатый воздух из воздухопровода автоматики
тепловоза давлением 0,55—0,6 МПа (5,5—6,0 кгс/см2) проходит через фильтры и поступает
по трубопроводам через отверстие Ж на управляющий клапан 16 преобразователя темпе-
ратуры, который выдаёт на выходе пневматический сигнал, прямо пропорциональный тем-
пературе воды и масла дизеля. Принцип действия преобразователя основан на сравнении
усилий, развиваемых давлением паров заполнителя термосистемы на сильфоне 22 и выход-
ным давлением на мембране 17. Выходное давление определяется разностью усилий, со-
здаваемых давлением паров заполнителя термосистемы на сильфоне и пружиной 21. На
мембране происходит сравнение этого результирующего усилия с усилием, создаваемым
выходным давлением. При уменьшении давления паров заполнителя излишнее выходное
давление сбрасывается в атмосферу через клапан 16 и канал И в штоке 20. Перенастройка
на другую температуру регулирования производится изменением затяжки пружины 21 вин-
том настройки 19.
От преобразователя воздух по трубопроводу поступает в камеру К пневмоцилиндра и
через мембрану 27 и упор 28 передаёт усилие выходного давления на шток 29, скользящий
в опорах корпуса 30 и гайки 32.
Для усиления сигнала, полученного на штоке 29 от преобразователя температуры, в
систему включён гидравлический сервомотор. В корпусе 9 сервомотора есть две сквозные
цилиндрические расточки. Верхняя расточка корпуса образует цилиндр, в котором поме-
щены силовой поршень 77, шток 5 и пружина 10. В нижнюю расточку корпуса запрессова-
на втулка, внутри которой перемещается золотник 7. Масляные каналы втулки сообщают
полость силового поршня с полостью золотника. Хвостовик золотника соединён с рыча-
гом обратной связи 6. На корпусе сервомотора установлен пневмоцилиндр 72, который
закрывает торец золотниковой втулки. Масло в золотниковую часть подводится от цент-
робежного фильтра через штуцер подвода. Сигнал от пневмоцилиндра к золотнику пере-
даётся через рычаг 6 обратной связи.
При повышении температуры шток 29 пневмоцилиндра, воздействуя на рычаг 6 об-
ратной связи, перемещает золотник 7, открывающий канал слива масла из полости А сер-
вомотора. Под действием пружины 10 силовой поршень 77 сервомотора со штоком пере-
мещается, освобождая выход зубчатой рейки 3 гидропривода вентилятора для увеличения
частоты вращения его колеса. При перемещении силового поршня 77 со штоком рычаг 6
обратной связи передвигает золотник 7 к исходному положению. Процесс регулирования
заканчивается, когда диск золотника перекроет канал Г, соединяющий полость А сервомо-
тора со сливом. При понижении температуры перемещение деталей механизма регулиро-
вания происходит в обратном направлении, причём силовой поршень 77 сервомотора пе-
редвигается под давлением масла в полости А
Для перехода на ручное управление необходимо установить тумблер «Управление хо-
лодильником» ТХ в положение «Ручное». Температура воды и масла дизеля регулируются
включением на пульте управления соответствующих тумблеров: «Жалюзи верхние» Т10,
«Жалюзи воды и верхние» Т8, «Жалюзи масла и верхние» T9 и «Вентилятор холодильни-
ка» Т11. При включении тумблера «Жалюзи воды и верхние» получает питание катушка
электропневматического вентиля ВПЗ по цепи: автомат «Жалюзи», контакты реверсивно-
го механизма контроллера, тумблер «Жалюзи воды и верхние», диод Д1. Одновременно
через вторую пару контактов и диод Д4 получает питание катушка электропневматическо-
го вентиля ВП4.
По аналогичным цепям при включении тумблера «Жалюзи масла и верхние» получа-
ют питание катушки электропневматических вентилей ВП5 и ВП4. При необходимости
123
включения только верхних жалюзи холодильной камеры необходимо включить тумблер
«Жалюзи верхние», управляющий электропневматическим вентилем ВП4.
Тумблер «Вентилятор холодильника» нажимается после включения одного из тумбле-
ров управления жалюзи и подаёт питание на катушку электропневматического вентиля ВП2.
Получив питание, ВП2 открывает доступ сжатого воздуха в пневмоцилиндр 12. Поршень
пневмоцилиндра через толкатель перемещает золотник сервомотора в левое крайнее поло-
жение. При этом устанавливается наибольшая частота вращения колеса вентилятора для
каждой позиции контроллера, обеспечивая приток воздуха для охлаждения.
3.2. Подготовка воздуха, поступающего в дизель,
и для охлаждения тяговых электрических машин
В воздухе содержатся твёрдые частицы, размер которых не превышает 10—20 мкм
(пыль), они увеличивают износ трущихся деталей. Особенно опасны «остроконечные» час-
тицы кварца, так как они твёрже стали. Если не принять специальных мер, то эти частицы,
попав внутрь цилиндра дизеля, проникнут в самые маленькие зазоры между трущимися
деталями и, въевшись в поверхность трения, металл которых более мягок, поцарапают их.
Это вызовет быстрый износ, сопровождающийся увеличением первоначального зазора
между трущимися поверхностями и искажением их геометрической формы. Например, ис-
кажение геометрической формы уплотнительного кольца может вызвать утечку воздуха
при такте сжатия в цилиндре, что ухудшит условия воспламенения топлива при впрыске.
Даже в самых благоприятных условиях каждый кубометр воздуха в среднем содержит
от 0,0025 до 0,01 г пыли. Так как дизель 10Д100 при работе на полной мощности 2200 кВт
(3000 л.с.) потребляет воздуха 400 м3/мин, или 24 000 м3/ч, то за 1 ч работы в цилиндры
дизеля может попасть пыли 0,01 • 24 000 = 240 г. В районах, где бывают песчаные бури,
когда в воздухе содержится до 0,04 г/м3 взвешенных частиц, за 1 ч работы дизеля в цилин-
дры попадет 9,6 кг твёрдых минеральных частиц различной формы и размеров. Наиболь-
ший износ поршневых колец и внутренних поверхностей втулок цилиндров дизеля вызы-
вают частицы размером 5—20 мкм. Поэтому воздух до поступления в рабочие цилиндры
дизеля очищается в фильтрах.
Качество работы воздухоочистителей оценивается коэффициентом пропуска, который
представляет собой процентное отношение количества пропущенной пыли к общему коли-
честву пыли, поступившей в очиститель с воздухом. Для воздухоочистителей тепловозных
дизелей коэффициент пропуска установлен 1,5—2,0 %.
Рассмотрим устройство фильтра дизеля тепловоза 2ТЭ116, типичного для всех магис-
тральных тепловозов. На стенках кузова в машинном отделении тепловоза установлены
два двухступенчатых воздухоочистителя непрерывного действия, у которых эффективность
очистки воздуха не менее 98,5 %, аэродинамическое сопротивление 800 Па (80 мм вод. ст.),
разрежение перед турбокомпрессором 1400 (140 мм вод. ст.), размеры пропускаемых час-
тиц не более 1 мкм. Воздух очищается от пыли при прохождении кассет воздухоочистите-
лей, состоящих из набора сеток. Промасливание кассет увеличивает эффект пылеулавлива-
ния из-за возрастания сил сцепления частиц пыли с проволочками сеток. Набор сеток в
кассетах образует извилистые каналы, по которым движется очищаемый воздух. Частицы
пыли по инерции летят прямолинейно, сталкиваются с промасленными проволочками,
смачиваются маслом и поглощаются масляной плёнкой. Так происходит процесс улавли-
вания пыли. Основной недостаток сетчатых кассет — малая пылеёмкость. Увеличение её
достигается применением гофрированных сеток и их укладкой так, чтобы отверстия сужа-
124
Рис. 3.11. Воздухоочиститель дизеля:
1 — фланец люка; 2 — колесо; 3 — кассета колеса; 4 — корпус; 5 — вилка привода жалюзи; 6 — жалюзи
забора воздуха из дизельного помещения; 7 — неподвижная кассета; 8 — заправочная горловина; 9 —
маслоуказательное стекло; 10 — съёмный лист; 11 — упор; 12 — планка; 13 — привод колеса; 14, 19 —
болты; 15 — втулка; 16 — прокладочная шайба; 17 — прокладка; 18 — фланец; 20 — гайка; 21 — скоба;
22 — уплотнение; 23 — зацеп
лись в направлении потока очищаемого воздуха, а также периодическим смачиванием кас-
сет первой ступени в масляной ванне корпуса воздухоочистителя.
Корпус 4 воздухоочистителя (рис. 3.11) тепловоза сварен из уголков и обшит листо-
вым металлом. Нижняя часть корпуса образует масляную ванну. На стороне, обращённой
к стенке кузова тепловоза, есть проём для забора воздуха снаружи. Съёмный лист 10 пре-
дусмотрен для снятия и установки кассеты колеса 2 воздухоочистителя. К этому листу при-
варены кронштейн с ушком для установки упора 11 и платик для крепления к нему тремя
болтами привода 13 колеса. На торцевых стенках установлены жалюзи 6, открывающиеся
при переходе на забор воздуха из машинного отделения при неблагоприятных метеороло-
гических условиях. Для исключения работы дизеля с закрытыми жалюзи воздухоочистите-
ля привод их сконструирован так, что при закрытии жалюзи забора воздуха снаружи теп-
ловоза, находящихся в проёме боковой стенки кузова, открываются сблокированные с ними
жалюзи забора воздуха из машинного помещения. Для заправки воздухоочистителя мас-
лом на торцовой стенке корпуса предусмотрена заправочная горловина 8, закрываемая
колпачком с прокладкой. Уровень масла контролируют по рискам верхнего и нижнего уров-
ней на маслоуказательном стекле 9. В нижней части корпуса 4 установлены кран для слива
отстоя и съёмный фланец 1 люка для очистки корпуса воздухоочистителя от загрязнений.
В корпусе воздухоочистителя размещены две ступени фильтрующих элементов. Пер-
вую ступень образуют четыре секторообразные кассеты из проволочных сеток. Они заклю-
чены в металлические рамки, помещены в круглый сварной каркас колеса 2 и закрепле-
ны четырьмя болтами с планками 12. К ободу колеса приварена зубчатая лента, через
которую передаётся усилие, вызывающее поворот колеса, вращающегося на втулке 15.
125
Для свободного поворота колеса и регулировки его положения внутри корпуса служат про-
кладочные шайбы 16 и болты 19, зашплинтованные проволокой. Вторая ступень состоит
из двух неподвижных сетчатых кассет. Неподвижные кассеты крепят скобами 21 и прижи-
мают гайками-барашками 20. Для удобства извлечения внутренней неподвижной кассеты
к торцам кассет приварены зацепы 23.
Для поворота колеса воздухоочистителя используется пневматический привод
(рис. 3.12). Корпус 2 привода закрыт с двух сторон крышками 1 и 3. У крышки 3 есть на-
правляющая для штока поршня. Поршень собран из диска 10, нажимной втулки 12, рези-
новой манжеты 11, закреплённых на штоке гайкой 13. На конце штока укреплён упор 6,
прижимаемый пружиной 7 к зубчатой ленте колеса воздухоочистителя. Повороту штока
вокруг своей оси препятствует винт 4.
Воздух к пневматическому приводу подводится со стороны крышки 1 от воздухопро-
вода приборов управления при включении электропневматического вентиля управления
воздухоочистителем, которое происходит одновременно с включением тормозного компрес-
сора. Попадая в привод, сжатый воздух перемещает поршень, упор 6 которого толкает
зубья колеса воздухоочистителя и поворачивает колесо на 70—80 мм по окружности. При
отключении тормозного компрессора отключается и электропневматический вентиль уп-
равления воздухоочистителем, воздух из привода через электропневматический вентиль
уходит в атмосферу, пружина 9 возвращает поршень в исходное положение. При возвра-
щении поршня колесо удерживается от поворота в обратном направлении упором 6, при-
жатым пружиной к зубчатому венцу колеса. При повороте колеса загрязнённые участки
кассет погружаются в масляную ванну, промываются в ней (покрываются свежей масляной
плёнкой) и поднимаются вверх.
Воздух к турбокомпрессору дизеля проходит через жалюзи воздухоочистителей в проё-
ме стенки кузова, попадает на подвижные сетчатые кассеты, очищается от пыли и далее
подводится к неподвижным кассетам, где дополнительно очищается от пыли и частиц мас-
ла, захваченных при прохождении подвижных кассет. При заборе воздуха из машинного
отделения он очищается только в неподвижных кассетах. Переход от забора воздуха из
машинного помещения на забор воздуха снаружи тепловоза и наоборот осуществляется
ручным приводом жалюзи, сблокированных вилками.
Рис. 3.12. Привод колеса воздухоочистителя:
1,3 — крышки; 2 — корпус; 4 — направляющий винт; 5 — ось; 6 — упор; 7 — пружина; 8 — шток; 9 —
возвращающая пружина; 10 — диск поршня; 11 — манжета; 12 — нажимная втулка; 13 — гайка штока;
А — подвод воздуха; Б — отверстие
126
При эксплуатации необходимо следить за уровнем масла в корпусах воздухоочистите-
лей. Повышение его уровня из-за попадания атмосферных осадков в воздухоочиститель
увеличивает унос масла.
Загрязнение кассет воздухоочистителя повышает его аэродинамическое сопротивле-
ние, что вызывает уменьшение давления наддува дизеля, ухудшение процесса сгорания топ-
лива в цилиндрах и, как следствие, снижение мощности дизель-генератора.
Охлаждение тяговых электрических машин. При работе тяговые электрические маши-
ны нагреваются, и от них необходимо отводить избыток опасного тепла. Так, для охлажде-
ния тягового генератора постоянного тока ГП-311БУ2, установленного в тепловозе
2ТЭ10М, при работе на полной мощности 2200 кВт (3000 л.с.) требуется подача 250 м3/мин
воздуха, при этом мощность, потребляемая вентилятором, составляет 19 кВт (26 л.с.). Для
охлаждения трёх тяговых двигателей постоянного тока ЭД118Б, установленных на тележ-
ке, требуется подача 250 м3/мин воздуха, при этом вентилятором потребляется мощ-
ность 22 кВт (30 л.с.).
Для охлаждения тяговых электрических машин в тепловозах применяются различные
системы: индивидуальные с приводом центробежных вентиляторов механически от вала
дизеля (тепловозы 2ТЭ10, 2М62, ТЭМ2, ЧМЭЗ) и от электродвигателей переменного тока
(тепловоз 2ТЭ116), централизованные с механическим приводом осевых вентиляторов от
вала дизеля (тепловозы ТЭП70, ТЭМ7).
В центробежном вентиляторе охлаждения тяговых электродвигателей и тягового ге-
нератора (рис. 3.13) предусмотрена очистка охлаждающего воздуха от пыли и влаги. Ча-
стицы пыли и влаги, попадающие с воздухом на лопатки 9 вентилятора, отбрасываются
Рис. 3.13. Центробежный вентилятор тепловоза 2ТЭ116:
7 — корпус вентилятора; 2 — пылевлагоотделитель; 3 — кольцо вентилятора; 4 — лючок; 5 — болт; 6 —
патрубок; 7 — прокладка; 8 — покрывающий диск; 9 — лопатка; 10 — ступица; 77 — втулка; 72 —
подшипник; 13 — амортизатор; 14 — диск; 75 — комплект дисков; 16 — корпус сальника; 77 — кольцо;
18 — войлочное кольцо; 19 — полумуфта; 20 — полумуфта наружная; 27 — болт; 22, 27 — гайки;
23—25 — кольца; 26 — крышка
127
центробежными силами на стенки улитки, затем попадают в пылевлагоотделитель 2, отку-
да через трубу удаляются наружу вместе с частью воздуха. Для уменьшения динамических
нагрузок на лопатки вентиляторного колеса ступица 10 соединена с валом привода венти-
лятора через упругую муфту, а с диском 14 — через комплект пластинчатых дисков 75.
Внутренняя полумуфта 19 посажена на конусный хвостовик вала и затянута гайкой. На-
ружная полумуфта 20 крепится к ступице 10 болтами 27. Между выступами внутренней и
наружной полумуфт вставляются резиновые амортизаторы 75, через которые передаётся
вращающий момент на колесо вентилятора.
Для уменьшения аэродинамических потерь на входе в рабочее колесо установлен пат-
рубок 6. К распределительным редукторам и редуктору вентилятора охлаждения тягового
генератора центробежный вентилятор крепится шестью шпильками.
В тепловозе 2ТЭ116 для обеспечения принудительной вентиляции тяговых электро-
двигателей установлены в дизельном помещении вентиляторы.
Вентилятор охлаждения электродвигателей передней тележки (рис. 3.14) установлен
перед шкафом выпрямительной установки. Колесо вентилятора приводится от электро-
двигателя 10 переменного тока, установленного и закреплённого четырьмя болтами на
опоре 2, которая, в свою очередь, крепится шестью болтами к.листу, приваренному к опо-
ре шкафа выпрямительной установки. Верхний фланец канала 4 присоединяется к фланцу
люка короба-воздухозаборника шестью болтами, а к нижнему концу канала 4 прикреплён
заклёпками брезентовый рукав. Под головки заклёпок со стороны брезента положена планка
для надёжности заклёпочного соединения. Брезентовый рукав, затянутый хомутом 5, со-
единяет канал 4 со всасывающим каналом 8. При соединении каналов между их торцевыми
поверхностями устанавливается зазор не более 10 мм. Фланец всасывающего канала 8 кре-
пится к корпусу вентилятора 9 вместе с входным патрубком вентилятора восемью болта-
ми, причём зазор между торцом вентиляторного колеса и внутренним торцом входного
патрубка вентилятора установлен 3± 1 мм. Несоосность входного патрубка и колеса венти-
Рис. 3.14. Вентилятор охлаждения тяговых электродвигателей передней тележки тепловоза 2ТЭ116:
7 — нагнетательный канал; 2 — опора; 3 — скоба; 4 — канал с рукавом; 5 — хомут; 6—поддержка; 7 —
крышка; 8 — всасывающий канал; 9 — вентилятор; 10 — электродвигатель
128
лятора контролируют по разности не более 1 мм, замеряемых в четырёх диаметрально про-
тивоположных точках внутренних диаметров патрубка и покрывающего диска вентиля-
торного колеса.
Корпус вентилятора 9 крепится к фланцу электродвигателя 10 восемью болтами. Го-
ловки болтов, находящиеся внутри корпуса, шплинтуют проволокой, а гайки стопорят
шплинтами. Ступицу колеса вентилятора 9, предварительно нагретую до температуры
100—120 °C, насаживают на вал электродвигателя 10 со шпонкой и закрепляют торцевой
планкой. К ступице колеса болтами крепят несущий диск колеса. От самоотворачивания
эти болты попарно стопорят планками. Лопатки прикреплены к дискам заклёпками. Для
осмотра вентиляторного колеса при плановых технических обслуживаниях на улитке кор-
пуса предусмотрено закрывающееся съёмной крышкой отверстие.
Для колеса подбираются лопатки с разницей по массе не более 1 г. В случае превы-
шения указанной разницы равные по массе лопатки приклёпывают на диаметрально
противоположных сторонах колеса. В процессе сборки проверяют торцевое биение
несущего и покрывающего дисков, которое допускается не более 0,5 мм, а также ра-
диальное биение по кромкам лопаток, которое допускается менее 1,2 мм. Собранное
вентиляторное колесо динамически балансируют. Со стороны несущего диска на ра-
диусе колеса допускается небаланс до 0,2 Н-см (20 гс-см), а со стороны плоскости по-
крывающего диска — 0,1 Н-см (10 гс-см). Небаланс устраняют приваркой груза массой
не более 30 г на несущий диск и приклёпкой груза не более 15 г на несуший диск.
Отбалансированное вентиляторное колесо испытывают на разнос при частоте враще-
ния 2200 об/мин в течение 5 мин.
Для удобства сборки корпуса вентилятора с нагнетательным каналом 1 к выходному
патрубку корпуса вентилятора прикреплён брезентовый рукав. Другой конец рукава при-
креплён к рамке, выполненной в виде фланца. Рамка соединяется с верхним фланцем на-
гнетательного канала болтами. Между рамкой и верхним фланцем нагнетательного кана-
ла установлена прокладка из губчатой резины.
Для усиления крепления вентилятора всасывающий канал присоединён болтами к двум
скобам 3, приваренным к верхней части корпуса вентилятора, а также к поддержке 6, кото-
рая другим концом прикреплена к бонке, приваренной к стенке тамбура.
Вентилятор охлаждения электродвигателей задней тележки установлен между дизель-
генератором и тормозным компрессором. Он принципиально не отличается от вентилято-
ра охлаждения тяговых электродвигателей передней тележки. Различие форм всасываю-
щих и нагнетательных каналов и опор обусловлено компоновкой оборудования тепловоза.
Вентиляторные колёса вентиляторов охлаждения тяговых электродвигателей отличаются
от колёс вентиляторов выпрямительной установки и отопительно-вентиляционного агре-
гата только размерами.
В пассажирском магистральном тепловозе ТЭП70 и маневрово-вывозном ТЭМ7 для
охлаждения тяговых электрических машин и аппаратов (генератора, электродвигателей,
выпрямительных установок и др.) применяется централизованная система воздухоснабже-
ния (рис. 3.15) от одного осевого вентилятора производительностью 1200 м3/мин. Осевой
вентилятор 1 засасывает воздух из атмосферы через блок воздушных фильтров и нагнетает
его к потребителям, обеспечивая охлаждение тягового генератора 10, тяговых двигателей
через воздухопроводы 5,4, 7, 75,16,19, выпрямительной установки 13, над дув высоковольт-
ной камеры через воздуховод 18, вентиляцию, обогрев, наддув кабин и обдув лобовых стё-
кол кабин машиниста через воздуховоды 5.
129
6
Рис. 3.15. Система централизованного воздушного охлаждения электрических агрегатов
тепловоза ТЭП70:
1 — осевой вентилятор; 2 — воздухопровод к тяговому генератору; 3, 4, 7, 15, 16, 19 — воздухопроводы
к тяговым электродвигателям; 5 — воздуховоды к калориферам кабин; 6—воздуховоды обогрева стенок
лобовых окон; 8 — рама тепловоза; 9 — воздухопровод к тяговым двигателям задней тележки; 10 —
тяговый генератор; 11 — оболочковая муфта; 12 — крышевой блок фильтров; 13 — выпрямительная
установка; 14—воздуховод к выпрямительной установке; 17—центральный воздуховод; 18—воздуховод
к высоковольтной камере
Основные воздуховоды от вентиляторов находятся в сварной конструкции рамы теп-
ловоза, от которой сделаны ответвления к потребителям. Осевой вентилятор (рис. 3.16)
установлен на раме тепловоза и соединён с валом тягового генератора через эластичную
оболочковую муфту и конический редуктор, встроенный в корпус вентилятора.
Осевой вентилятор, спроектированный на базе вентилятора К-42, выполнен по схеме:
направляющий аппарат 2, рабочее колесо 1 и спрямляющий аппарат 4. Относительный
диаметр втулки колеса 0,6. Частота вращения вентилятора 2890 об/мин при частоте враще-
ния вала дизеля 1000 об/мин.
На входе в вентилятор установлен коллектор 11, отлитый из алюминия марки АЛ5.
Отфильтрованный воздух забирается шестнадцатью лопатками рабочего колеса вентиля-
тора. Диск и лопатки рабочего колеса изготовлены из алюминиевого сплава марки АК6.
Профилированные лопатки крепятся к диску «ласточкиным хвостом». Угол установки ло-
паток 40°. Рабочее колесо динамически балансируют.
Все 13 лопаток направляющего аппарата изготовлены с поворотными закрылками.
Изменением угла установки закрылков можно регулировать напор и производительность
вентилятора. Невращающаяся часть лопатки сделана за одно целое с литым алюминиевым
корпусом вентилятора. Поворотная часть изготовлена из пенопласта ВЛ-1. Лопатки на-
130
Рис. 3.16. Осевой вентилятор:
1 — рабочее колесо; 2—направляющий аппарат; 3—поворотное устройство; 4—спрямляющий аппарат;
5 — ведущий вал; б—щуп; 7—масляный насос; 8—угловой редуктор; 9—каналы смазки подшипника;
10 — ведомый вал с шестерней; 11 — коллектор
правляющего аппарата поворачиваются вручную устройством 3. При переводе ручки ры-
чага вправо кольцо поворачивается влево, одновременно опускаясь вниз по наклонным
направляющим и поворачивая лопатку на определённый угол. 15 лопаток с углом установ-
ки 75° установлены в спрямляющем аппарате 4, сваренным из листовой стали.
Угловой редуктор 8 вмонтирован в литой алюминиевый корпус вентилятора, являю-
щийся одновременно его проточной частью. Частота вращения ведущего вала 1000 об/мин.
Конические шестерни редуктора изготовлены из стали марки 12ХНЗА с цементацией поверх-
ности зубьев. Угол наклона зуба в середине зубчатого венца 35°. Число зубьев зубчатого
колеса 52, ведомой шестерни 18. Передаточное отношение редуктора 2,89.
Ведущий вал 5 вращается в двух роликовых подшипниках, посаженных в общий стакан.
Осевую нагрузку воспринимает шариковый подшипник.
131
Ведомый вал 10 изготовлен за одно целое с шестерней. Он вращается в двух ролико-
вых подшипниках. Осевую нагрузку ведомого вала воспринимает шариковый подшипник.
Все три подшипника посажены в общий стакан.
Смазка редуктора принудительная. От ведущего вала редуктора приводится во вра-
щение масляный насос лопастного типа, встроенный в корпус вентилятора. Масло из кар-
тера редуктора через сетчатый фильтр по каналам в корпусе подаётся через сопла к под-
шипниковым узлам и шестерням. Уровень масла в картере определяется по щупу.
3.3. Приводы оборудования вспомогательных систем тепловозов
Для обеспечения работы вентиляторов систем охлаждения воды и масла дизеля, ох-
лаждения тяговых электрических машин, тормозного компрессора в магистральных и ма-
невровых тепловозах применяются различные системы приводов. В тепловозах 2ТЭ10,2М62,
ТЭМ2 и ТЭМ7 применяются механические системы: редукторы и валопроводы. В ТЭП70 и
ЧМЭЗ гидравлический и электрический, в пассажирском тепловозе ТЭП70 привод главно-
го вентилятора холодильника гидростатический, тормозного компрессора — электричес-
кий. В маневровом тепловозе ЧМЭЗ привод главного вентилятора основного контура гид-
равлический (гидромуфта) и вспомогательного контура — электрический, тормозного
компрессора — от гидромуфты. В современных тепловозах для привода вентиляторов вспо-
могательных систем применяются электрические приводы всех вентиляторов и тормозно-
го компрессора. Такая система применена в магистральном грузовом тепловозе 2ТЭ116.
Рассмотрим привод вспомогательных механизмов тепловоза 2ТЭ10.
Со стороны генератора расположены передний распределительный редуктор 6
(рис. 3.17), вентилятор 5 охлаждения тяговых электродвигателей передней тележки, тор-
мозной компрессор 5, двухмашинный агрегат 1. Ведущий вал переднего распределитель-
ного редуктора соединён с валами генератора и тормозного компрессора пластинчатыми
муфтами 4.
Рис. 3.17. Установка силовых механизмов со стороны генератора:
1—двухмашинный агрегат; 2—валопровод; 3—компрессор КТ7; 4—пластинчатая муфта; 5—вентилятор
охлаждения тяговых двигателей передней тележки; 6—передний распределительный редуктор; 7—тяговый
генератор; 8 — фундамент редуктора; 9 — фундамент компрессора
132
Рис. 3.18. Установка силовых механизмов со стороны холодильника:
1 —дизель; 2—промежуточный вал; 3—задний распределительный редуктор; 4—вентилятор охлаждения
тяговых двигателей задней тележки; 5 — синхронный подвозбудитель; 6—основание; 7,9 — ограждение;
8 — корпус пошипников; 10 — промежуточная опора; 11,19 — валопроводы; 12 — колесо вентилятора;
13 — гидропривод вентилятора; 14—карданный вал; 15 — подпятник; 16, 20—регулировочные винты;
17,18 — фундаменты
Со стороны холодильной камеры расположены (рис. 3.18): задний распределительный
редуктор 3, вентилятор 4 охлаждения тяговых двигателей задней тележки, синхронный под-
возбудитель 5, корпус подшипников 8, промежуточная опора 10, гидропривод вентилято-
ра 13, колесо вентилятора 12. Передний и задний распределительные редукторы одинако-
вы по конструкции.
Надёжность приводов вспомогательных механизмов значительно повышается при
применении бесшлицевых валов с упругими муфтами вместо карданных валов и валов с
пластинчатыми муфтами.
Глава 4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ
МОЩНОСТИ ТЕПЛОВОЗОВ
4.1. Особенности электрического оборудования тепловозов
Сущность электрической передачи мощности заключается в том, что коленчатый вал
дизеля вращает якорь тягового генератора; выработанная им электрическая энергия пита-
ет тяговые электродвигатели, которые преобразуют эту энергию в механическую движу-
щих колёс локомотива. Кроме вышеуказанных электрических машин в тепловозах приме-
няют электрические машины и аппараты устройств управления режимами силового
электрического и другого оборудования, а также защиты от аварийных и нежелательных
режимов (боксование колёсных пар, падение давления масла, перегрев воды и масла). Пуск
дизеля, питание электрических цепей освещения и управления при неработающем дизеле
осуществляются от аккумуляторной батареи. Для соединения между собой установленных
в тепловозе электрических машин и аппаратов различной мощности используются провода
и кабели, в том числе специального исполнения.
Электрическая передача предназначена обеспечивать работу тепловоза в широком ди-
апазоне скоростей движения (от трогания до наибольших скоростей) плавным изменением
силы тяги тепловоза с полным использованием заданной машинистом мощности дизеля при
той или иной частоте вращения коленвала. Для изменения направления движения тепловоза
используются специальные силовые электрические аппараты (реверсоры), которыми изме-
няется направление вращения якорей тяговых электрических двигателей без реверсирова-
ния коленчатого вала дизеля.
Одним из важнейших требований к электрической передаче является обеспечение эко-
номичной работы дизеля, т.е. при изменении условий движения, веса поезда, профиля пути,
соблюдения временных и постоянных ограничений по скорости движения сохранять расход
топлива наименьшим при режимах: номинальной и частичной мощности, а также переход-
ных режимах изменения частоты вращения вала дизеля. Последнее качество особенно важ-
но для маневровых тепловозов, которые большую часть времени работают в переходных
режимах. Уменьшение удельной массы и габаритов электрического оборудования с соблю-
дением высокой надёжности его в эксплуатации достигается применением новых изоляци-
онных материалов, улучшением технологии изготовления электрических машин и аппара-
тов, введением новых схемных решений и другими способами.
Надёжная и устойчивая работа электрического оборудования тепловозов существен-
но осложняется весьма тяжёлыми условиями эксплуатации (тряска, запылённость, пере-
пад температур и т.д.). Поэтому для установки в кузове тепловоза подбирается электро-
оборудование, соответствующее требованиям ГОСТ Р-9219 «Тяговые электрические
аппараты», в частности: надёжность при температуре окружающего воздуха от - 50 °C
до + 60 °C; устойчивость к вибрациям.
Одним из важнейших требований, предъявляемых к электрическому оборудованию
тепловозов, является обеспечение удобства и безопасности его обслуживания, эксплуата-
ции, ремонта и замены, низких трудозатрат и облегчения условий труда обслуживающего
персонала.
134
Практикой выработаны требования к элементам электрического оборудования. Кон-
струкция, вид исполнения, способ установки и уровень изоляции применяемого электро-
оборудования и агрегатов подбираются соответственно номинальному напряжению, ус-
тановленному в технических условиях, и надёжности работы при перенапряжениях во время
нормальной работы электрооборудования. Электрооборудование и связанные с ним кон-
струкции предохраняются от коррозии защитными покрытиями, стойкими к неблагопри-
ятному воздействию окружающей природной или рабочей сред. Вариант электрооборудо-
вания выбирается и проектируется на основе технико-экономических расчётов и сравнений
для определения наименьших общих затрат при производстве и в эксплуатации, с приме-
нением простых и надёжных схем, с использованием передовой техники, с наименьшим
расходом цветных и других дефицитных материалов, с учётом ремонтной технологично-
сти. Всё электрооборудование подбирается таким образом, чтобы не создавать помех ра-
диоприёму сверх допустимых действующих норм индустриальных радиопомех, а также
быть нечувствительным к вредному воздействию силовых электроустановок и электро-
проводки. Электрооборудование изготавливается и располагается так, чтобы была обес-
печена возможность наиболее удобного его обслуживания: осмотра коллекторов и кон-
тактных элементов, смены щёток, смазки подшипников и других узлов, очистки и продувки,
установки и снятия.
У контроллера реверсора предусматриваются положения: «Вперёд», «Нейтраль», «На-
зад» согласно направлению движения тепловоза или отсутствию тягового режима. Конст-
рукцией контроллера надо предусмотреть механические блокировки, чтобы предотвратить
включение его при ненулевой позиции контроллера машиниста. При положении контроллера
реверсора «Нейтраль» контроллер машиниста блокируется. Система регулирования совмест-
но с объединённым регулятором дизеля предназначены для полного использования свободной
мощности дизеля до конструкционной скорости тепловоза. Системой регулирования ограни-
чиваются наибольшие величины тока и напряжения тягового генератора.
При многих достоинствах (в особенности высокий кпд и надёжность) электропередача
получается сложной, большого веса и с большим расходом меди.
4.2. Тяговые электрические машины
Тяговыми называются электрические машины, участвующие в передаче мощности от
дизеля к колёсным парам: генераторы, электрические двигатели, преобразователи одного
вида электрической энергии в другой. В конструкции тяговых электрических машин нуж-
но учитывать условия применения: жёсткие ограничения по габаритам, большие динами-
ческие воздействия от железнодорожного пути, эксплуатация при воздействии пыли, воды,
снега и других загрязнений. Необходимость эксплуатации тепловозов от нуля до наиболь-
шей скорости движения определяет широкий диапазон изменения выходного, или питаю-
щего, напряжения и тока для тяговых электрических машин.
При работе тяговой электрической машины нагреваются обмотки сердечников якоря
и полюсов. Допустимая температура перегрева этих элементов машины ограничена свой-
ствами изоляционных материалов, которые при длительном воздействии тепла подверже-
ны старению. Именно старение изоляции является одной из основных причин выхода из
строя электрических машин. Одним из способов поддержания температуры изоляции в
допустимых пределах является отвод выделяющегося тепла вентиляцией. В зависимости
от места установки вентиляторов и их привода различаются две системы вентиляции:
135
принудительная (вращение вентилятора от вспомогательного привода) и самовентиляция
(вращение вентилятора от самой машины).
Для охлаждения тяговых электрических двигателей применяется исключительно при-
нудительная вентиляция, так как наибольшие нагрузки, а следовательно, наибольшие элек-
трические потери возникают при движении с малой скоростью на тяжёлых подъёмах, где
самовентиляция по своему принципу действия недостаточна для требующегося охлажде-
ния.
Тяговые генераторы, кроме преобразования механической энергии дизеля в электри-
ческую для питания тяговых электрических двигателей, используются для пуска дизеля,
когда тяговый генератор работает в режиме электродвигателя с последовательным воз-
буждением.
Величина электродвижущей силы (эдс) Е, индуктируемой генератором, прямо пропор-
циональна магнитному потоку Ф, создаваемому главными полюсами, и частоте вращения
якоря п:
Е = СФп, (4.1)
где С — постоянный коэффициент, учитывающий число витков обмотки якоря и другие
постоянные величины конкретного генератора. Таким образом, величину эдс генератора и
напряжения на его зажимах можно изменять двумя способами: изменением магнитного по-
тока полюсов или частоты вращения якоря.
Мощность, отдаваемая тяговым генератором, всегда меньше мощности, затрачивае-
мой на вращение якоря и возбуждение, из-за внутренних потерь энергии: механические
потери (трение в подшипниках, трение коллектора о щётки), потери из-за нагрева прово-
дов обмотки якоря и обмотки возбуждения, магнитные потери и т.д.
Для возбуждения генератора по обмотке главных полюсов пропускают ток возбужде-
ния. В тепловозах, как правило, используются генераторы с независимым возбуждением.
Одной из основных характеристик тягового генератора является его внешняя характерис-
тика, т.е. зависимость напряжения на его зажимах от тока нагрузки при неизменной частоте
вращения якоря и заданном токе возбуждения.
Назначение тягового генератора тепловоза—использование номинальной мощности
дизеля. Мощность, вырабатываемая генератором, — это произведение тока нагрузки гене-
ратора на напряжение на его выводах. При движении тепловоза с поездом по подъёму
скорость поезда обычно уменьшается, на уклоне — увеличивается. Изменение скорости
движения приводит к изменению режима работы тягового генератора и соответственно
тока, потребляемого тяговыми электродвигателями от генератора. Следовательно, для
поддержания постоянства мощности тягового генератора при изменении тока необходи-
мо обратно пропорционально изменять напряжение генератора, но при этом есть ограни-
чения. Напряжение генератора ограничено магнитным насыщением системы возбуждения
и прочностью изоляции электрической машины. Ток генератора ограничен по перегреву
обмоток якоря и коллектора.
Внешняя характеристика тягового генератора ГПЗ11 представлена на рис. 4.1. Основ-
ной рабочей частью характеристики является участок, на котором напряжение тягового
генератора изменяется обратно пропорционально току генератора и его мощность сохра-
няется постоянной. Эта кривая линия называется гиперболой. После того как напряжение
повысилось до предельно допустимого по коммутации значения, дальнейшее возрастание
напряжения с уменьшением тока не допустимо. Когда ток достигает предельно допустимой
по нагреву величины, напряжение генератора нужно резко уменьшить для исключения даль-
136
нейшего увеличения тока, чтобы не
допустить перегрева его обмоток.
Рассмотрим в качестве при-
мера тяговый генератор постоян-
ного тока ГП311, применяемый в
тепловозах типа ТЭ10 (рис. 4.2).
Тяговый генератор представляет
собой электрическую машину по-
стоянного тока. Его длительная
номинальная мощность, т.е. мощ-
ность, которая может быть полу-
чена от него в неограниченное вре-
мя, равна 2000 кВт. Тяговый
Рис. 4.1. Внешняя характеристика тягового
генератора ГПЗ11:
Ur—напряжение; 1Г — ток
генератор состоит из следующих
основных частей: магнитной сис-
темы, якоря, щёткодержателей со
щётками и вспомогательных уст-
ройств. Магнитная система генератора предназначена для создания в нём мощного маг-
нитного поля. Она образована из станины генератора, главных и добавочных полюсов.
Станина 9 генератора, являясь частью магнитной системы, представляет собой и его
остов (корпус). Станина 9 с высокой магнитной проницаемостью изготовлена из стали с
малым содержанием углерода. Снаружи у станины 9 есть лапы, которыми генератор уста-
навливают на поддизельной раме.
Число полюсов магнитной системы зависит от мощности генераторов постоянного тока.
Для уменьшения размеров и массы генераторы большой мощности выполняются многопо-
люсными. У тягового генератора ГПЗ 11 есть десять главных полюсов 10. Сердечники глав-
ных полюсов 10 изготовлены из тонких листов электротехнической стали с большой маг-
нитной проницаемостью. Сердечники полюсов 10 прикреплены к станине болтами. На
каждом сердечнике главного полюса 10 размещены катушки обмоток независимого воз-
буждения 8 и пусковой 7. Катушка независимого возбуждения состоит из 105 витков медно-
го провода. У пусковой катушки полюса три витка.
Сердечник якоря 12 набран из сегментных листов электротехнической стали толщиной
0,5 мм, стянутых нажимными шайбами и шпильками. Листы сердечника 12 изолированы
друг от друга для снижения потерь энергии в сердечнике и уменьшения нагрева вихревыми
токами. По наружной поверхности этих листов расположены зубцы. При сборке впадины
между зубцами образуют пазы, в которые укладывается обмотка якоря. Якорная обмот-
ка 14 — двухходовая петлевая с уравнительными соединениями. Обмотка состоит из сек-
ций, каждая секция — из витков хорошо изолированного медного провода прямоугольного
сечения. Готовые секции укладывают в пазы сердечника якоря и соединяют с пластинами
коллектора.
Коллектор 2 служит для выпрямления переменной эдс, индуктируемой в обмотке 14
якоря генератора, и для съёма тока. Коллектор 2 тягового генератора ГПЗ 11 состоит из 465
пластин. При сборке коллектора 2 между его пластинами размещают изоляцию из микани-
товых прокладок, получающихся склеиванием тонких листочков слюды различными связу-
ющими материалами. Ток снимается с коллектора 2 щётками. В тепловозных электричес-
ких машинах применяются высококачественные электрографитовые щётки. Щётки вставляют
137
Рис. 4.2. Тяговый генератор постоянного тока ГП311 тепловоза типа ТЭ10:
1—подшипник; 2—коллектор; 3—подшипниковый щит; 4—щёткодержатель; 5—поворотная траверса;
6 — уравнительные соединения; 7 — пусковая обмотка; 8 — обмотка независимого возбуждения; 9 —
станина; 10—сердечник главного полюса; 11—сердечник добавочного полюса; 12—сердечник якоря; 13—
катушка добавочного полюса; 14 — обмотка якоря; 15 — воздухопроводящий патрубок; 16 — корпус
якоря; 17 — щитки; 18 — штифт для фиксации щита со станиной; 19 — вал; 20 — барабан; 21 —
продольные рёбра; 22—шпильки
в специальные латунные обоймы, называемые щёткодержателями. Их назначение—удержи-
вать щётки в правильном положении и прижимать к поверхности коллектора.
При работе дизеля тепловоза коленчатый вал через пластинчатую муфту вращает якорь
тягового генератора в магнитном поле, создаваемом его полюсами. В якорной обмотке
индуктируется эдс, при замыкании внешней цепи ток проходит из якорной обмотки через
одну группу пластин коллектора, плюсовые щёткодержатели к тяговым электродвигате-
лям и далее через минусовые щёткодержатели, другую группу пластин коллектора возвра-
щается в якорную обмотку.
138
Секционная мощность тепловоза до величин 1470 кВт (2000 л.с.) повышалась мощно-
стью дизеля с соответствующим возрастанием мощности тяговых электрических машин
постоянного тока. Однако при достижении этого значения секционной мощности возника-
ли трудности: значительно возрастали размеры генераторов при ограничении линейной
окружной скорости поверхности коллектора величиной 70 м/с. При дальнейшем повыше-
нии мощности генератора напряжение между соседними пластинами коллектора суще-
ственно увеличивается, что может вызвать недопустимое искрение на коллекторе, вплоть
до появления кругового огня.
Итак, дальнейший рост мощности тяговых генераторов постоянного тока оказался прак-
тически невозможным. Поэтому в качестве основного решения был принят тяговый генера-
тор переменного тока (рис. 4.3), а чтобы использовать тяговые электродвигатели постоян-
ного тока, применяют выпрямительные установки. Тяговые генераторы переменного тока
большой мощности изготавливаются только с вращающимися обмотками возбуждения, а
для токосъёма используются простые по конструкции контактные кольца и щётки.
При использовании тягового
генератора переменного тока не-
обходимо снизить пульсацию вы-
ходного напряжения на зажимах
выпрямительной установки для
предупреждения нарушения комму-
тации и уменьшения потерь энергии
в электродвигателях постоянного
тока. Поэтому тяговые генерато-
ры переменного тока выполняются
многофазными. Например, у синх-
ронного тягового генератора теп-
ловоза 2ТЭ116 в статоре есть две
независимые трёхфазные обмотки,
причём оси обмоток сдвинуты одна
относительно другой на 30 элект-
рических градусов. В результате
пульсация выпрямленного напряже-
ния генератора и тока в силовой
цепи тепловоза не превышает 5 %,
не оказывая влияния на работу тя-
говых электродвигателей.
В качестве примера конструк-
тивного исполнения тягового гене-
ратора переменного тока рассмот-
рим устройство синхронного
тягового генератора тепловоза
2ТЭ116 (см. рис. 4.3). Корпус ста-
тора 9 генератора сварной, в нём
установлен сердечник статора 10
из листов электротехнической ста-
ли толщиной 0,5 мм. В пазы сер-
дечника статора 10 уложена
Рис. 4.3. Тяговый генератор переменного тока
тепловоза 2ТЭ116:
1 — вал; 2 — сферический роликоподшипник; 3 — ступица
подшипника; 4—крышка подшипника; 5—контактные кольца;
6 — щёткодержатель со щёткой; 7 — корпус ротора; 8 —
подшипниковый щит; 9 — корпус статора; 10 — сердечник
статора; 11 — обмотка статора; 12 — нажимная шайба; 13 —
ребро; 14—кольцо; 75—катушка полюса ротора; 16—выводы
139
двухслойная волновая обмотка из медного изолированного провода. Обмотка статора 11 со-
единена в две независимых звезды, поэтому у неё шесть выводов фаз и два вывода от нуле-
вых точек, к которым присоединяется проводами выпрямительная установка.
Корпус ротора 7 генератора сварной, на нём размещён магнитопровод из листовой ста-
ли с пазами в виде ласточкина хвоста для крепления двенадцати полюсов. Катушки полю-
сов ротора 75 изготовлены из шинной меди, соединены последовательно. Обмотка возбуж-
дения генератора (полюсов) присоединена к контактным кольцам 5. По кольцам 5 скользят
установленные в латунных щёткодержателях 6 электрографитовые щётки, от которых об-
мотка возбуждения синхронного тягового генератора получает питание током от возбуди-
теля. В специальных пазах полюсных башмаков уложены стержни, образующие демпфер-
ную обмотку, для улучшения работы генератора при переходных режимах. По принципу
действия в устройстве синхронных генераторов нет коллектора, добавочных полюсов, слож-
ного и громоздкого щёточного аппарата.
Поэтому повышена эксплуатационная надёжность тяговых генераторов переменного
тока по сравнению с генераторами постоянного тока при одновременном снижении общей
стоимости обслуживания и ремонтов. Наряду с очевидными преимуществами тяговых гене-
раторов переменного тока, следует отметить, что появляется необходимость в применении
выпрямительных установок и стартёра для пуска дизеля. Тем не менее масса генератора пе-
ременного тока и выпрямительной установки меньше массы генератора постоянного тока.
Механическая работа тягового электродвигателя характеризуется вращающим момен-
том и частотой вращения его якоря. Силы, создающие вращающий момент электродвигате-
ля, возникают в результате взаимодействия тока якоря и магнитного потока полюсов. По-
этому вращающий момент электродвигателя пропорционален величинам тока 7Я якоря и
магнитного потока Ф. Вращающий момент электродвигателя зависит от механической на-
грузки, или момента сопротивления, который преодолевает вал электродвигателя при вра-
щении. Частота вращения якоря электродвигателя пропорциональна подводимому напря-
жению и обратно пропорциональна магнитному потоку.
Часть мощности, подводимой к двигателю, расходуется на механические, электричес-
кие и магнитные потери в самом двигателе; электрические и магнитные потери в стали и
меди вызываются нагревом обмотки от прохождения тока, нагревом сердечника якоря от
вихревых токов и перемагничивания. К числу механических потерь относятся потери от
трения якоря в подшипниках, трения якоря о воздух и трения щёток о коллектор. Но коэф-
фициент полезного действия тяговых электрических двигателей тепловозов все же превы-
шает 90 %.
В тепловозах применяются тяговые электродвигатели с последовательным возбужде-
нием, которые хорошо приспособлены для обеспечения повышенных тяговых усилий в
зоне малых скоростей, к работе с широким диапазоном скоростей движения. Они обеспе-
чивают более равномерное распределение нагрузок на каждый двигатель при практически
всегда существующей разнице в диаметрах бандажей колёсных пар и различиях характе-
ристик каждого из двигателей, установленных в одном тепловозе. Рассмотрим типичную
конструкцию тягового электродвигателя (рис. 4.4).
Тяговый электродвигатель подключается в электрическую цепь тепловоза через два
плюсовых щёткодержателя 6, через щётки, коллекторные пластины 5, обмотку якоря 14 и
минусовые щёткодержатели 6. Далее ток проходит обмотку добавочных полюсов. У кату-
шек 23 главных полюсов есть выводы смены направления тока только в катушках главных
полюсов для изменения направления движения тепловоза. Для охлаждения тяговых элект-
родвигателей к ним подаётся атмосферный воздух специальными вентиляторами.
140
10 11
12
Рис. 4.4. Тяговый электродвигатель постоянного тока ЭД118:
1—вкладыш моторно-осевого подшипника; 2—трубка подачи смазки; 3,19—якорные подшипники; 4—
подшипниковые щиты; 5—коллектор; 6—корпус щёткодержателя; 7 — кронштейн; 8—вентиляционные
отверстия; 9—уравнительные соединения; 10—катушка добавочного полюса; 11—сердечник добавочного
полюса; 12—остов; 13—сердечник якоря; 14—обмотка якоря; 75—выпускные отверстия; 76—дренажное
отверстие; 77—лабиринтное кольцо; 18 — вал; 20 — стеклотекстолитовый клин; 21 — крышки моторно-
осевого подшипника; 22 — сердечник главного полюса; 23 — катушка главного полюса; 24 — выводной
кабель; 25—зажимы; 26—смазочный фитиль; 27—заклёпка; 28,29—опорные и предохранительные приливы
141
В магнитную систему тягового электродвигателя входят станина 12 (или остов), четы-
ре главных полюса 22 и четыре добавочных 11. В остове 12 устанавливаются все осталь-
ные части двигателя. Сердечники главных полюсов 22 набраны из стальных листов. На
главных полюсах расположены катушки обмотки последовательного возбуждения. Обмот-
ка рассчитана на прохождение всего тока тягового электродвигателя и поэтому изготовле-
на из шинной меди. Сердечники добавочных полюсов 11 отлиты из стали. В большинстве
грузовых тепловозов применяется опорно-осевая подвеска тяговых электродвигателей, т.е.
тяговый электродвигатель одной стороной опирается непосредственно на ось колёсной пары
через моторно-осевые подшипники. Со стороны, противоположной моторно-осевым подшип-
никам, у остова двигателя есть приливы, которыми он опирается на раму тележки.
Стальной вал якоря тягового электродвигателя опирается на два роликовых подшип-
ника, запрессованных в ступицы подшипниковых щитов. В полости подшипников по труб-
кам запрессовывается смазка. Сердечник якоря набран из тонких листов электротехничес-
кой стали и зажат между нажимными шайбами, установленными на валу с большим натягом.
Собранный коллектор, состоящий из медных пластин, напрессовывается на вал двигателя,
в пазы сердечника якоря укладывается обмотка. Петлевая обмотка состоит из изолиро-
ванных витков медного провода прямоугольного сечения, как и уравнительные соедине-
ния. В петушки коллектора впаяны выводы обмотки.
Тяговые электродвигатели устанавливаются в тележках около колёсных пар и эксплу-
атируются в очень неблагоприятных условиях. Место в тележке для установки тяговых
двигателей ограничено размерами. Поэтому к тяговым электродвигателям предъявляется
требование высокой удельной мощности.
4.3. Вспомогательные электрические машины
Независимое возбуждение тягового генератора осуществляется от специального генера-
тора небольшой мощности—возбудителя. Ток возбудителя нужно изменять так, чтобы мощ-
ность генератора всегда оставалась постоянной при заданной частоте вращения коленчатого
вала дизеля и увеличении скорости движения тепловоза. В тепловозах применяются две ос-
новные системы регулирования мощности генератора: машинная и аппаратная.
Машинные системы автоматического регулирования мощности основаны на исполь-
зовании возбудителей специальной конструкции, напряжение на выводах которых авто-
матически изменяется в заданных пределах в зависимости от силы тока тягового генерато-
ра. Для этого в конструкцию возбудителей вводятся дополнительные обмотки возбуждения.
Достоинства машинных систем автоматического регулирования мощности заключаются в
простоте и высокой эксплуатационной надёжности, но они не создают требуемую внешнюю
характеристику тяговых генераторов с необходимой точностью и устойчивостью. На ре-
зультирующие характеристики очень сильное влияние оказывают: температура обмоток,
гистерезис магнитной системы как возбудителя, так и тягового генератора. Кроме того,
нужно корректировать внешнюю характеристику тягового генератора. Все эти недостатки
определили узкий круг применения электромашинных систем регулирования мощности
тягового генератора (в основном для маневровых тепловозов).
В аппаратных системах устанавливаются специальные устройства, называемые регу-
ляторами мощности тепловозных дизель-генераторов, а в качестве возбудителя может быть
использован электрический генератор. При этом все характеристики тягового генератора
определяются свойствами автоматического регулятора. Аппаратные системы с установ-
142
кой автоматических регуляторов мощности непосредственно в цепи возбуждения тягового
генератора с высокой надёжностью создают требуемые характеристики. Поэтому они ши-
роко применяются в тепловозах.
От вспомогательного генератора тепловоза питаются обмотки независимого возбуж-
дения возбудителя, цепи управления и освещения, вспомогательные электрические двига-
тели и цепь зарядки аккумуляторной батареи. Напряжение вспомогательного генератора
поддерживается постоянным регулятором напряжения. Если возбудитель и вспомогатель-
ный генератор объединены в один агрегат с общим валом якорей, то его называют двухма-
шинным агрегатом.
Рассмотрим в качестве примера двухмашинный агрегат (рис. 4.5) магистральных теп-
ловозов с электрической передачей постоянного тока.
У коллектора 16 вспомогательного генератора есть удлинённая втулка из изолирую-
щего материала, на которой укреплены два латунных контактных кольца. Каждое из ко-
лец соединяется с коллекторной пластиной, расположенной на расстоянии полюсного де-
ления. Обмотка якоря 75 вспомогательного генератора совместно с двумя кольцами
образует генератор переменного тока. Так от вспомогательного генератора постоянного
тока одновременно получается и переменный ток небольшой мощности. В схеме теплово-
зов типа М62 напряжение, снимаемое с этих колец, через разделительный трансформатор
питает систему измерения температур отработавших газов дизеля (так называемый тер-
модизельный комплект).
Во вспомогательном генераторе и в возбудителе установлено по шесть главных и по
пять добавочных полюсов. Сердечники главных полюсов изготовлены из листовой стали,
Рис. 4.5. Двухмашинный агрегат:
1—шарикоподшипник; 2,17—подшипниковые щиты возбудителя и вспомогательного генератора; 3,16—
коллекторы; 4,19—щёткодержатели; 5,15 — обмотки якоря; 6—сердечник главного полюса возбудителя;
7,13 — станины возбудителя и вспомогательного генератора; 8,14 — сердечники возбудителя и
вспомогательного генератора; 9—дифференциальная обмотка возбудителя; 10—параллельная обмотка
возбуждения возбудителя; 11 — вентиляторное колесо; 12 — главный полюс вспомогательного
генератора; 18—вал якоря
143
сердечники добавочных полюсов — стальные литые. Главные полюсы 12 вспомогательно-
го генератора снабжены обмоткой возбуждения. Якори вспомогательного генератора и
возбудителя одинаковой конструкции собраны на общем валу 18. Их сердечники 8,14 на-
браны из листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. В пазах сердечников якорей
каждой из двух электрических машин уложена волновая обмотка. Коллекторы 3,16 обыч-
ного арочного типа состоят из 130 пластин. Объединённый якорь двухмашинного агрега-
та вращается в двух шарикоподшипниках, установленных в капсулах, которые крепятся к
станинам 7,13 двухмашинного агрегата. Для съёма тока с коллекторов применено по шесть
щёткодержателей в соответствии с числом главных полюсов. Щёткодержатели прикрепле-
ны к пластмассовой траверсе.
Синхронный подвозбудитель вырабатывает электрический ток для питания обмотки
возбуждения возбудителя тепловоза. Одновременно подвозбудитель является датчиком
частоты вращения коленчатого вала дизеля, т.е. тахогенератором. По мере увеличения
частоты вращения вала по позициям контроллера машиниста повышается частота тока
подвозбудителя, обеспечивающая рост мощности тягового генератора (воздействием на
систему регулирования мощности). Подвозбудитель является однофазным синхронным
генератором обращённого типа: индуктор машины остаётся неподвижным, вращается якорь
вместе с обмоткой, от которой питается электрическим током внешняя цепь подвозбуди-
теля. Система возбуждения возбудителя состоит из четырёх полюсов. Сердечники полю-
сов сплошные.
Синхронный подвозбудитель используется для возбуждения возбудителя, а также для пи-
тания переменным током специальных измерительных трансформаторов постоянного тока,
необходимых для системы регулирования тягового генератора, на что требуется незначи-
тельная мощность. Поэтому номинальная мощность подвозбудителя составляет всего 1,1 кВт
при напряжении 110 В. Максимальная частота вращения якоря 4000 об/мин.
4.4. Аккумуляторные батареи и высокоёмкие конденсаторы
В тепловозах применяются свинцовые (кислотные) и железоникелевые или кадмиево-
никелевые (щёлочные) аккумуляторы в зависимости от материала, из которого изготовле-
ны их пластины, и электролита.
Аккумуляторная батарея предназначена для питания главного генератора при пуске
дизеля, а также для питания цепей управления и освещения, вспомогательных электродви-
гателей, когда дизель остановлен, а значит, не работает и вспомогательный генератор.
В аккумуляторе электрическая энергия преобразуется в химическую, которая в слу-
чае надобности возвращается в электрическую. В первом случае происходит заряд, во
втором — разряд аккумуляторов. Процессы заряда и разряда аккумуляторов можно по-
вторять много раз. Основные показатели аккумулятора: эдс, ёмкость, максимальный ток
и внутреннее сопротивление. Электродвижущая сила тепловозного аккумулятора, зави-
сящая от его типа, степени заряжённости, плотности электролита, тока разряда (нагруз-
ки), находится в пределах 1,4—2,2 В. Количество электричества, которое отдаёт полнос-
тью заряжённый аккумулятор при разряде до наименьшего допустимого напряжения на
его выводах, называется ёмкостью аккумулятора, которая определяется произведением
тока в амперах на время разряда в часах этим током. Размеры пластин, длительность
времени разряда, величина разрядного тока, температура и другие факторы влияют на
ёмкость аккумулятора. Наибольшая сила тока разряда аккумуляторов при пуске тепло-
возных дизелей равна 1500—2000 А.
144
В свинцовом аккумуляторе устанавливается несколько положительных и отрицатель-
ных пластин, объединённых в два отдельных блока, поскольку количество энергии, которое
можно накопить в аккумуляторе, пропорционально размерам поверхности его пластин, омы-
ваемой электролитом. Чтобы ещё больше увеличивать поверхность соприкосновения плас-
тин с электролитом, их изготовляют в виде решёток с ячейками, которые заполняют порис-
той активной массой. В аккумуляторе после каждой отрицательной пластины ставится
положительная. По краям располагаются отрицательные пластины, поэтому в свинцовом
аккумуляторе отрицательных пластин на одну больше, чем положительных. Чтобы не до-
пускать касания друг с другом, пластины отделены полихлорвиниловыми, стекловойлоч-
ными или другими прокладками-сепараторами. Пористость в полихлорвиниловых сепара-
торах достигается большим количеством мелких отверстий. Такие сепараторы называют
перфорированными. У стекловойлока наибольшая пористость, он химически инертен, меха-
ническая стойкость его мала.
После сборки блок положительных и отрицательных аккумуляторных пластин опуска-
ют в сосуд, называемый баком или банкой, из кислотоупорных материалов (из эбонита или
специальных пластмасс). Во избежание расплёскивания электролита аккумуляторная бан-
ка сверху закрыта крышкой. Через отверстия в крышке наружу выходят контактные шты-
ри-выводы аккумулятора. В свинцовых аккумуляторах электролитом служит раствор чи-
стой серной кислоты (H2SO4) в дистиллированной воде. Плотность серной кислоты равна
1,83 г/см3, воды— 1 г/см3. Поэтому плотность электролита превышает 1 г/см3, обычно она
равна 1,2—1,4 г/см3.
Заполненный электролитом аккумулятор подключают для заряда к источнику элект-
рической энергии согласно прилагаемой к нему инструкции. Первый специальный заряд
нового аккумулятора называют формовкой, в результате которой активная масса положи-
тельных пластин превращается в перекись свинца РЬО2. Активная масса отрицательных
пластин переходит в чистый пористый свинец РЬ, называемый губчатым. В этом процессе
выделяется серная кислота H2SO4, что повышает плотность электролита.
Если аккумулятор отдаёт энергию, получающуюся от химических процессов, то ак-
тивная масса положительных и отрицательных пластин превращается в сернокислый сви-
нец PbSO4, называемый также сульфатом свинца. При этом выделяется вода, из-за чего
падает плотность электролита.
В начале разряда напряжение на зажимах аккумулятора равно 2,1—2 В. Напряжение
аккумулятора измеряется под нагрузкой специальной нагрузочной вилкой с вольтметром.
Когда при разряде напряжение снижается до 1,7 В, процесс нужно прекратить, потому что
более глубокие разряды аккумулятора губительно отзовутся на нём вследствие сульфата-
ции пластин, хотя образование сульфата свинца на поверхности, в порах активной массы
положительных и отрицательных пластин аккумулятора при его разряде является естествен-
ным химическим процессом, в результате которого происходит отдача электрической энер-
гии. Образовавшиеся в первый период разряда аккумулятора мелкие кристаллы сульфата
свинца не закупоривают поры в активной массе пластин, но при следующем заряде акку-
мулятора они полностью превращаются в двуокись свинца на положительных пластинах и
губчатый свинец на отрицательных пластинах. Вследствие глубоких разрядов аккумулято-
ров, систематических недозарядов, загрязнения электролита, хранения в незаряжённом
состоянии и из-за некоторых других причин сульфат свинца перекристаллизовывается и
приобретает крупнокристаллическое строение. Образуется сульфат, т.е. пластины покры-
ваются белым слоем крупнокристаллического сульфата свинца, у которого плохая элект-
ропроводность.
145
Кристаллы сульфата свинца закупоривают поры в активной массе пластин. Прекра-
щается доступ электролита во внутренние слои активной массы пластин, повышается внут-
реннее сопротивление аккумулятора, снижается его ёмкость. Поскольку крупнокристалли-
ческий сульфат занимает большой объём, разбухая, активная масса пластин выпучивается
и выпадает. Крупнокристаллический сульфат медленно и не полностью превращается в
исходную активную массу пластин при заряде аккумулятора. Вот почему необходим сво-
евременный заряд аккумуляторов. После включения на заряд напряжение на выводах ак-
кумулятора быстро повышается с 1,7—1,8 до 2,1— 2,2 В и затем очень медленно до 2,3 В.
В конце заряда происходит повышение напряжения до 2,6—2,8 В и начинается «кипение»
аккумулятора, т.е. бурное выделение газов (водорода и кислорода) вследствие разложения
воды электрическим током. Резкое повышение напряжения и «кипение» аккумулятора сви-
детельствуют об окончании заряда. После отключения аккумулятора от источника элект-
рической энергии его напряжение почти сразу падает приблизительно до 2,1 В.
При других режимах работы аккумуляторов водород и кислород выделяются, хотя и
менее интенсивно. Известно, что водород и кислород образуют взрывчатую смесь, называ-
емую гремучим газом. Поэтому категорически запрещается входить с огнем в аккумуля-
торные помещения.
При разряде аккумулятор отдаёт меньшее количество электричества, чем получает при
заряде, так как часть энергии теряется на нагревание электролита и побочные химические
процессы. Отношение количества электричества в ампер-часах, отданного при разряде ак-
кумулятора (ёмкости), к полученному при заряде количеству электричества называется
коэффициентом отдачи аккумулятора по ёмкости. У кислотных аккумуляторов он равен
90—95 %. Коэффициентом отдачи аккумулятора по энергии, т.е. коэффициентом полезно-
го действия, называется отношение количества энергии в киловатт-часах, отданной при
разряде, к количеству энергии, затраченной при заряде аккумулятора, кпд кислотных акку-
муляторов равен 70—80 %.
Щелочной аккумулятор состоит из стального никелированного сосуда, блоков поло-
жительных и отрицательных пластин и электролита. Электролитом служит раствор щёло-
чи, т.е. едкого кали КОН в дистиллированной воде. Пластины аккумулятора изготовлены в
виде пакетов из тонкой никелированной стали и заполнены активной массой. Для лучшего со-
прикосновения активной массы с электролитом в стенках пакетов сделано много отверстий.
Отрицательные пластины вставлены между положительными и отделены одна от другой
сепараторами. По составу активной массы отрицательных пластин щелочные аккумуля-
торы разделяют на два типа: железоникелевые и кадмиеникелевые.
Пока аккумулятор не заряжён, активная масса положительных пластин состоит из гид-
рата закиси никеля Ni(OH)2 с примесью мелкого графита, а активная масса отрицатель-
ных пластин — из гидрата закиси железа Fe(OH)2 в железоникелевом аккумуляторе или
гидрата закиси кадмия Cd(OH)2 с примесью гидрата закиси железа в кадмиеникелевом ак-
кумуляторе. При заряде аккумулятора активная масса положительных пластин окисляет-
ся, гидрат закиси никеля переходит в гидрат окиси никеля Ni(OH)3. Активная масса отрица-
тельных пластин восстанавливается в виде порошкового (губчатого) железа Fe или смеси
кадмия Cd и железа Fe в губчатом состоянии. В процессе разряда аккумулятора восстанавли-
вается первоначальный состав пластин: активная масса положительных пластин превраща-
ется в гидрат закиси никеля Ni(OH)2, а активная масса отрицательных пластин окисляется
соответственно в гидрат закиси железа Fe(OH)2 или гидраты закиси кадмия Cd(OH)2.
Чтобы полностью использовать отрицательные пластины, в положительных пластинах
щелочного аккумулятора нужно содержать в 2 раза больше активной массы. Для этого
146
пакеты с активной массой положительных пластин делаются толще, чем отрицательных, и
положительных пластин в аккумуляторе устанавливают на одну больше. Во время заряда
напряжение аккумулятора вначале быстро возрастает до 1,6 В, а затем увеличивается до
1,8—1,85 В в конце заряда, после отключения от источника тока у полностью заряжённого
аккумулятора эдс равна 1,45 В, т.е. значительно ниже, чем у кислотного аккумулятора.
Напряжение щелочного аккумулятора при разряде равно 1,3—1,1 В из-за более высокого
внутреннего сопротивления. Когда напряжение аккумулятора равно 1—1,1 В, разряд следу-
ет прекратить.
Достоинства щелочных аккумуляторов перед кислотными: большая механическая проч-
ность, меньшая чувствительность к значительным разрядным токам, длительный срок служ-
бы и более простое обслуживание. Однако у щелочных аккумуляторов низкие коэффициенты
отдачи по ёмкости (70—71 %) и по энергии (55—60 %), малое напряжение элемента (в среднем
1,2 В вместо 2 В у кислотного аккумулятора), большие размеры и масса. При низких наруж-
ных температурах, если не утеплить щелочные аккумуляторы, то их ёмкость резко снижает-
ся, эдс одного кислотного или щелочного аккумулятора и, следовательно, отдаваемая им
мощность, весьма малы. Поэтому в тепловозах устанавливаются аккумуляторные батареи,
состоящие из нескольких аккумуляторов,
соединённых по определённой схеме.
В тепловозах применяются кислот-
ные свинцовые аккумуляторные бата-
реи типа 32ТН-450, состоящие из 32 ак-
кумуляторов. Буквы означают, что она
предназначена для тепловозов (Т), а ак-
тивная масса пластин намазана (Н). Ём-
кость батареи 450 А-ч.
Пластины 6,8 аккумулятора (рис. 4.6)
отлиты из свинцовосурьмянистого сплава.
Добавка сурьмы повышает прочность пла-
стин. Активная масса в виде пасты запол-
няет ячейки в пластинах. В отрицательном
блоке 20 пластин, положительных — 19. В
каждом блоке есть два вывода 15 (контак-
тных штыря) для соединения аккумулято-
ра с внешней цепью.
Для аккумуляторных батарей типа
32ТН-450 в качестве прокладок между
пластинами применены мипластовые се-
параторы 7, стекловойлочные сепараторы 9
и гофрированные полихлорвиниловые
дырчатые пластины. Гофрированные се-
параторы не только разделяют пласти-
ны 6, 8, но и устраняют их вибрацию.
Сверху на сепараторы укладывается
предохранительный щиток 10, предуп-
реждающий расплёскивание электроли-
та и попадание на пластины посторон-
них предметов.
Рис. 4.6. Тепловозный кислотный свинцовый
аккумулятор типа 32ТН-450:
1 — резиновые амортизаторы; 2 — рёбра; 3 — бак; 4—
изолятор; 5 — полихлорвиниловый сепаратор; 6 —
положительная пластина; 7—мипластовый сепаратор;
8 — отрицательная пластина; 9 — стекловойлочные
сепараторы; 10 — предохранительный щиток; II —
асбестовый шнур; 12 — мастика; 13 — крышка; 14 —
пробка; 75—вывод
147
Рис. 4.7. Железоникелевый щелочной
аккумулятор 46ТПЖН-550:
1 — блоки пластин; 2 — выводы; 3 — пробка; 4—
крышка сосуда; 5 — изолирующие кольца; 6 —
сосуд; 7 — изоляционная прокладка; 8 — кольцо;
9 — шпилька; 10 — контактная планка; 11 —
пластины; 12—сепаратор; 13—изоляционный чехол
Для тепловозных аккумуляторов применяются баки из эбонита, так как у этого мате-
риала хорошие механическая прочность и электроизолирующие качества, а баки не разъе-
даются, легки, дёшевы. Положительные и отрицательные пластины 11 аккумулятора ста-
вятся на рёбра, находящиеся на дне бака, бак закрывается эбонитовой крышкой, а места
соединения крышки с сосудом тщательно уплотняются асбестовым шнуром и кислотоупор-
ной мастикой. Отверстия для прохода через крышку штырей каждого блока пластин уплот-
няются резиновыми кольцами. Заливочное отверстие в крышке закрывается специальной
пробкой с внутренними каналами для выпуска образующихся в аккумуляторе газов. Четы-
ре аккумулятора ставятся в деревянные ящики, окрашенные кислотоупорным лаком. Ящи-
ки снабжены подвесками для удобства транспортировки.
Аккумуляторы тепловозной аккумуляторной батареи соединены последовательно пе-
ремычками, благодаря чему их напряжение суммируется. Номинальное напряжение бата-
реи 32ТН-450 равно 64 В. Для получения напряжения 24 В от третьей секции аккумулятор-
ной батареи сделан специальный вывод. Это напряжение необходимо для питания
измерительных приборов локомотива. Аккумуляторная батарея при пуске дизеля даёт крат-
ковременно ток до 1700—2000 А, её отдача по ёмкости составляет 80 %, кпд — 65 %. Плот-
ность электролита заряжённой батареи поддерживается в пределах 1,24—1,25 г/см3, а в зим-
ние месяцы её целесообразно повышать до 1,26 г/см3, так как с повышением плотности
резко понижается температура замерзания электролита.
В отечественных тепловозах 2ТЭ116, ТЭП70, 2ТЭ121 и других напряжение в цепях
управления и освещения повышено до 110 В, поэтому для них изготавливают кислотные
аккумуляторные батареи 48ТН-450. Количе-
ство аккумуляторов в батарее увеличено до 48,
её номинальное напряжение составляет 96 В,
ёмкость — 450 А-ч.
Для экономии свинца отечественной элек-
тротехнической промышленностью созданы
тепловозные железоникелевые щелочные ак-
кумуляторные батареи 46ТПЖН-550 (рис. 4.7)
для тепловозов типа ТЭ10 и других с ёмкос-
тью 550 А-ч. Число аккумуляторов в батарее
увеличено до 46 по сравнению с 32 в кислот-
ных батареях для этих же тепловозов, так как
у щелочных эдс ниже.
Аккумулятор состоит из 36 положитель-
ных и 34 отрицательных пластин 11. Положи-
тельные пластины представляют собой плос-
кие коробки из стальной перфорированной,
покрытой никелем ленты, заполненные гидро-
окисью никеля с добавкой измельчённого гра-
фита для увеличения электропроводности.
Стальные коробки отрицательных пластин за-
полнены губчатым (порошковым) железом. От-
рицательные пластины вставлены между положи-
тельными и предохраняются от соприкосновения
полихлорвиниловыми перфорированными сепара-
торами 12 гофрированной формы. Пластины
148
объединены в два блока приваренными к ним контактными планками 10 и стяжными шпиль-
ками 9 с гайками. У каждого блока есть по два вывода 2, называемых борцами, которые
выведены наружу через отверстия в крышке 4 и изолируются от неё винипластовыми и
резиновыми кольцами, предупреждающими вытекание электролита.
Блоки пластин устанавливаются в стальной сосуд 6 (бак) на рёбра в днище. Для соеди-
нения перемычками с соседними аккумуляторами сверху у выводов 2 есть резьба и гайки.
Заливочная горловина в крышке закрывается пластмассовой пробкой 3 с внутренними ка-
налами для вентиляции. В качестве электролита применяется водный раствор едкого кали с
добавкой моногидрата лития, повышающего срок службы аккумуляторов. Плотность
электролита (1,19—1,21 г/см3) не изменяется в процессах заряда и разряда аккумуляторной
батареи. На каждый аккумулятор надевается резиновый изоляционный чехол 13. Аккуму-
ляторная батарея устанавливается в четырёх ящиках из листовой стали и дополнительно
изолируется от них деревянными брусками. В тепловозах аккумуляторные ящики устанав-
ливаются в средней части кузова с обеих сторон от дизеля под полом. Номинальное напря-
жение аккумуляторной батареи 46ТПЖН-550 равно 57,5 В, допускается разрядный ток (пре-
рывистый) до 2700 А.
Железоникелевым аккумуляторным батареям присущи большой срок службы, высо-
кая механическая прочность, способность выдерживать большие разрядные токи. В них
отсутствуют химические процессы, выводящие из работы активную массу пластин по-
добно сульфатации в свинцовых аккумуляторах. Масса железоникелевых аккумулятор-
ных батарей приблизительно в 1,5 раза больше, чем свинцовых тепловозных аккумуля-
торных батарей.
После пуска дизеля аккумуляторные батареи заряжаются током от вспомогательных
генераторов. Величина тока заряда контролируется по амперметру.
Принцип действия высокоёмких конденсаторов основан на прямом накоплении заря-
да в двойном электрическом слое на поверхности контакта сверхпористого углеродного
электрода. Плотность накапливаемой энергии и мощность импульсного разряда в них пре-
восходят соответствующие показатели других конденсаторов и химических батарей. Та-
кие конденсаторы полезны там, где требуется импульсное выделение энергии за короткий
промежуток времени (от 0,1 до 10 с). Именно эти свойства применены при создании комби-
нированной системы электростартёрного запуска, для улучшения режима эксплуатации
бортовых аккумуляторных батарей дизельных поездов и тепловозов.
В момент запуска дизеля конденсатор берёт на себя основную энергетическую нагрузку
раскрутки электростартёра, обеспечивая необходимые в сети напряжение и мощность разряда.
После запуска он в течение около 5 с перезаряжается от аккумуляторной батареи или генерато-
ра, после чего вновь готов к работе. Количество рабочих циклов пуск-перезарядка не ограниче-
но при сроке сохранности заряда до нескольких сотен часов. Однако в эксплуатации примене-
ние высокоёмких конденсаторов не всегда подтверждает ожидавшиеся достоинства.
4.5. Коммутационная аппаратура
Коммутационные аппараты предназначены для переключений в электрических цепях.
К коммутационным аппаратам относятся: поездные контакторы, реверсор, тормозной пе-
реключатель, контакторы ослабления возбуждения, реле, выключатель батареи и др. В под-
вижном составе электрические аппараты находятся в очень тяжёлых условиях, так как под-
вергаются вибрации и тряске, значительным колебаниям температуры, воздействию влаги,
149
пыли, масла. Эти условия эксплуатации предъявляют к конструкции аппаратов требова-
ния высокой степени надёжности, исключения самопроизвольного срабатывания аппара-
тов, высоких антикоррозионных свойств всех их составных частей. Для уменьшения вред-
ных воздействий на аппараты их устанавливают в специальные камеры, некоторые ставят
на амортизаторах, наиболее точные и чувствительные закрывают кожухами, детали из меди
или медных сплавов покрывают оловом, красят эмалями и лаками. Детали, изготовленные
из чёрных металлов, оцинковывают или окрашивают.
Электрическим контактом называется место перехода тока из одной детали в дру-
гую, а сами детали называются контактами или контактными соединениями. Контакты
делятся на подвижные и неподвижные. К неподвижным контактным соединениям относят-
ся такие, которые в процессе эксплуатации не разъединяются (соединение шин, кабель-
ных наконечников, проводов на зажимах и др.). К подвижным контактным соединениям
относятся контакты аппаратов, которые в процессе эксплуатации разъединяются с не-
подвижными. По назначению контакты делятся на силовые (главные), которые, замыкая
или размыкая цепь, управляют протеканием в них тока, и вспомогательные. Вспомога-
тельные контакты обеспечивают необходимую последовательность включений или выклю-
чений других аппаратов и цепей, соединяя их в соответствующие схемы, а также сигнали-
зацию о выключении или включении цепей. По способу действия контакты делятся на
замыкающие и размыкающие.
При обесточенной катушке аппарата замыкающие контакты разомкнуты, размыкаю-
щие — замкнуты. По форме соприкасающихся поверхностей различают контакты: точеч-
ные, у которых соприкосновение происходит в одной точке или поверхностями малого
радиуса; линейные, соприкасающиеся по прямой линии или по очень узкой поверхности;
поверхностные. В аппаратах тепловозов применяют различные контакты. Клиновые кон-
такты применяют у рубильников, переключателей и в держателях плавких предохраните-
лей. Нож рубильника или металлический колпачок предохранителя входит в пружинящие
стойки, упругостью которых создаётся плотность контакта. Линейные Г-образные кон-
такты применяют для замыкания и размыкания цепей под нагрузкой. Нажимные контак-
ты мостикового типа с двумя разрывами цепи и переключающего типа с одним разрывом
применяют в реле, штепсельные — для соединения цепей управления тепловозов, работа-
ющих по системе многих единиц.
Подвижное контактное соединение характеризуется: контактным сопротивлением, на-
чальным нажатием, конечным нажатием, раствором (разрывом), провалом, притиранием.
Состояние контактного соединения оценивается контактным сопротивлением, которое
определяется переходным сопротивлением и сопротивлением поверхностных плёнок. Пе-
реходное сопротивление определяется физическими свойствами материала контактов, со-
стоянием поверхности, формой контакта и давлением. На величину сопротивления поверхно-
стных плёнок влияет отношение материала контактов к химическим реакциям, при которых
под воздействием температуры, состава атмосферы, вида замыкания образуются поверх-
ностные плёнки. Контактное сопротивление определяет значение допустимого тока. При
токе, большем допустимого значения, контакты нагреваются, контактное сопротивление
резко возрастает, что может привести к их свариванию.
Усилие контактной пружины в точке первоначального сопротивления контактов на-
зывается начальным нажатием. Усилие контактной пружины в точке конечного касания
(при полностью включённом контакторе) называется конечным нажатием. Конечное и
начальное нажатия определяют значения контактного сопротивления в начале и конце за-
мыкания контактов. Малое начальное нажатие увеличивает контактное сопротивление
150
в момент касания контактов, что приводит к нагреву их из-за большого начального нажа-
тия, подвижный контакт может застрять в промежуточном положении. Конечное нажатие
определяет значение контактного сопротивления контактов в замкнутом состоянии, следо-
вательно, и температуру нагрева контактов. Раствор — кратчайшее расстояние между кон-
тактными поверхностями подвижного и неподвижного контактов в разомкнутом состоя-
нии. Он создаёт необходимый изоляционный промежуток между контактами. Малый раствор
может вызвать перекрытие между контактами, большой увеличивает время срабатывания
и может не обеспечить требуемого нажатия.
В процессе включения контактов происходит их относительное скольжение и перека-
тывание. Это разрушает поверхностные плёнки и переносит рабочую точку контактов от
места включения и выключения. Процесс совместного скольжения и перекатывания кон-
тактов от точки соприкосновения до конечного рабочего положения называется притира-
нием контактов. Притирание контактов обеспечивается провалом. Провал — это расстоя-
ние, которое мог бы пройти подвижный контакт от момента соприкосновения с неподвижным,
если убрать неподвижный контакт.
В контактах аппаратов силовых цепей при разрыве цепи образуется электрическая дуга.
Это объясняется так. Перед размыканием контактов нажатие резко уменьшается, контакт-
ное сопротивление увеличивается, что вызывает сильный нагрев поверхностей соприкосно-
вения контактов. Окружающий воздух нагревается и ионизируется, т.е. становится провод-
ником, и поэтому между контактами, хотя они и не соприкасаются, цепь не разомкнута, и
ток некоторое время течёт через ионизированный воздух. Температура дуги достигает око-
ло 3000 °C, при её горении может произойти оплавление контактов, перенос металла, т.е.
дуга вызывает преждевременный выход из строя аппарата. Для ликвидации вредных воз-
действий образующейся при разрыве контактов дуги применяются дугогасительные уст-
ройства, состоящие из катушки с сердечником, к которому с двух сторон примыкают сталь-
ные полюсы дугогасительных рогов и дугогасительной камеры.
Гашение дуги основано на законе взаимодействия магнитного поля дуги с магнитным
полем дугогасительного устройства. Дуга — это направленное движение электронов, сле-
довательно, вокруг дуги есть магнитное поле. Это поле взаимодействует с полем, создава-
емым дугогасительной катушкой так, что дуга выталкивается по направлению к дугогаси-
тельным рогам. При выталкивании дуга удлиняется до тех пор, пока не разорвётся. Чтобы
ускорить гашение дуги, в дугогасительных камерах тепловозных контакторов делают про-
дольные перегородки. Дугогасительная камера препятствует перебросу электрической дуги
на близко расположенные металлические части. Дугогасительные камеры изготовляют из
асбоцемента, у которого высокая теплостойкость и хорошие изолирующие свойства.
Замыкание или размыкание контактов с их перемещением производятся устройством,
приводящим в движение подвижные контакты, которое называется приводом. Приводы мо-
гут быть непосредственные (ручные), электромагнитные, электропневматические и элект-
родвигательные. Непосредственные приводы применяются в контроллерах машиниста, ру-
бильниках, выключателях и т.д.
В электромагнитном приводе перемещение подвижной системы создаётся притяжением
якоря к сердечнику электромагнита (рис. 4.8). Магнитный поток, создаваемый катушкой 2
при протекании по ней тока, замыкается через ярмо 7, сердечник 3, якорь 4 и воздушный
зазор х. Когда цепь катушки 2 аппарата разрывается, якорь 4 перемещается в исходное
(выключенное) состояние пружиной 5. Электромагнитный привод благодаря простоте и на-
дёжности работы распространён в электрических аппаратах, где требуется небольшой ход
подвижной системы и относительно малое усилие.
151
Рис. 4.8. Электромагнитный привод контакторов:
1 — ярмо; 2 — катушка; 3 — сердечник; 4 — якорь; 5 —
выключающая пружина; х—воздушный зазор
Рис. 4.9. Пневматический привод контакторов:
1 — рабочая камера; 2 — крышка; 3—диафрагма; 4—корпус;
5—шток; б—цилиндр; 7—пружина; 8—поршень; 9—манжета
Там, где требуется большое
усилие нажатия при больших пе-
ремещениях, применяются пнев-
матические приводы (рис. 4.9).
При перемещениях до 50 мм при-
меняют диафрагменные приводы,
где требуются большие переме-
щения — поршневые. Принцип
работы пневматического приво-
да: при пуске воздуха в рабочую
камеру 1 поршень 8 перемещает
шток 5 (или диафрагма 3 проги-
бается, перемещая шток 5), свя-
занный с подвижным контактом
аппарата, который в конце хода
поршня 8 займёт замкнутое по-
ложение. При выпуске воздуха
под действием пружины 7 пор-
шень 8 переместится вместе со
штоком 5 в начальное положение
(выключенное), подвижный кон-
такт разомкнёт цепь. У реверсо-
ра, тормозного переключателя
двухпозиционные приводы, т.е.
приводы с двумя фиксиро-
ванными положениями. Выпуск
воздуха из рабочей камеры не из-
меняет положение этих аппара-
тов, и переход в другое положе-
ние возможен только после
подачи воздуха во вторую рабо-
чую камеру.
Электромагнитные контакто-
ры применяются в цепи пуска дизеля, возбуждения тягового генератора, возбуждения воз-
будителя, вспомогательного генератора, цепи электродвигателя маслопрокачивающего
насоса, электродвигателя топливоподкачивающего насоса, цепи электродвигателя комп-
рессора и включения вспомогательных машин переменного тока в тепловозах с передачей
переменно-постоянного тока.
Электропневматические контакторы (рис. 4.10) предназначены для подсоединения тяго-
вых электродвигателей к тяговому генератору. На панели 1 электропневматического кон-
тактора ПК-753 крепится литой кронштейн 2. На нём установлена дугогасительная катуш-
ка 3 и неподвижный контакт 4. В нижней части панели 1 крепится цилиндр 16
электропневматического привода. В цилиндре 16 помещается поршень 75 со штоком 13.
Поршень отжимается в левое крайнее положение выключающей пружиной 14. Шток 13 при-
вода связан шарнирно с фигурным рычагом 9, к которому крепится изоляционная колодка 10
с подвижными вспомогательными контактами 5. Подвижный контакт 5 вместе с притираю-
щей пружиной 8 шарнирно связан с рычагом 9. Подвижный 5 и неподвижный 4 силовые
152
Рис. 4.10. Электропневматический контактор:
1 — панель; 2 — кронштейн; 3 — дугогасительная катушка; 4 — неподвижный контакт; 5 — подвижный
контакт; 6—полюс; 7—дугогасительная камера; 8—притирающая пружина; 9—рычаг; 10—изоляционная
колодка; 11—вспомогательные контакты; 12—гибкий шунт; 13—шток; 14—выключающая пружина; 75—
поршень; 16—цилиндр; 77—электропневматический вентиль
контакты закрыты дугогасительной камерой 7 с полюсом 6. Фиксирующая дугогаситель-
ную камеру 7 пружинная планка оканчивается дугогасительным рогом. При подаче напря-
жения на катушку электропневматического вентиля 7 7 он срабатывает, и сжатый воздух из
резервуара управления поступает в цилиндр 16. Под действием сжатого воздуха поршень 75,
преодолевая усилие пружины 14, перемещается вместе со штоком 13 вправо. Конец штока 13
при этом поворачивает фигурный рычаг 9 с укреплённым на нём подвижным контактом 5.
Как только силовые контакты 4 и 5 сомкнутся, держатель подвижного контакта сжимает
притирающую пружину 8 и, поворачиваясь на собственном валике, притирает контактные
поверхности. При вращении рычага 9 перемещается и укреплённая на нем колодка 10 с
подвижными контактами (пластинами), которые замыкают вспомогательные контакты 77.
При разрыве цепи катушки вентиля 7 7 его впускной клапан закрывается, а выпускной от-
крывается и сообщает цилиндр 16 с атмосферой. Под действием выключающей пружины 14
поршень 75 со штоком 13 возвращаются в исходное положение, а главные 4 и 5 и вспомога-
тельные контакты 77 размыкаются.
Групповые электропневматические контакторы (рис. 4.11) применяются в тепловозах
2ТЭ10М, М62,2ТЭ116 для подключения параллельно обмоткам возбуждения тяговых дви-
гателей сопротивлений ослабления возбуждения. Главные контакты групповых электропнев-
матических контакторов рассчитаны на длительный ток 450 А, а вспомогательные контакты —
153
Рис. 4.11. Групповой электропневматический
контактор:
1 — электропневматический вентиль; 2 —
контактодержатель подвижных контактов; 3—стойка;
4 — выключающая пружина; 5 — неподвижные
контакты; 6—подвижные контакты; 7—пружина; 8 —
шток; 9—диафрагма
на ток 2 А, их нажатие равно 1,1—1,3 Н. Груп-
повой электропневматический контактор
состоит из привода, к корпусу которого кре-
пится электропневматический вентиль. Ди-
афрагмой 9 внутренний объём корпуса де-
лится на две части, к нижней подводится
воздух от электропневматического венти-
ля 7, а в верхней расположен шток 8, торец
которого опирается на диафрагму 9. К што-
ку 8 крепятся контактодержатели 2 с под-
вижными контактами 6 мостикового типа.
Неподвижные контакты 5 крепятся к стой-
кам 3 через пластмассовые изоляционные
контактодержатели 2. При включении
электропневматического вентиля 1 воздух
поступает под диафрагму 9, которая про-
гибается и давит на шток 8, он перемеща-
ется вверх и подвижные контакты 6 замы-
каются с неподвижными 5. Нажатие на
контакты создаётся пружиной 7, одновре-
менно сжимается выключающая пружина 4.
При выключении электропневматического
вентиля 1 объём под диафрагмой 9 соединя-
ется с атмосферой и под действием выклю-
чающей пружины 4 шток 8 опустится вниз,
а подвижные контакты 6 разомкнут ранее
замкнутую цепь.
Для смены направления движения тепловоза изменением направления тока в обмотках
возбуждения тяговых двигателей применяются реверсоры. Изменение направления движе-
ния осуществляется при остановленном тепловозе, т.е. при обесточенной цепи, поэтому глав-
ные контакты реверсора без дугогашения. В тепловозах применяются два вида реверсоров:
кулачковые и барабанные.
Для дистанционного управления электрической передачей тепловоза (изменения на-
правления движения и регулирования мощности дизель-генераторной установки по пози-
циям) применяются контроллеры машиниста. Они бывают с ручным управлением или с
ручным и электропневматическим управлением. В тепловозах 2ТЭ116, 2ТЭ10М установ-
лены контроллеры со штурвалом и контактами мостикового типа. В тепловозах ТЭМ2,
предназначенных для обслуживания машинистом без помощника, устанавливаются кон-
троллеры с ручным и электропневматическим приводами.
Устройство и работу этих контроллеров рассмотрим на примере контроллера КВ-1552
(рис. 4.12).
Верхняя крышка и дно корпуса 3 контроллера жёстко связаны между собой двумя уголь-
никами. В корпусе 3 установлен главный вал 6, один конец которого опирается на дно, вто-
рой проходит через крышку. На верхнем конце вала 6 насажена главная рукоятка (штурвал) 2.
На нижней части вала квадратного сечения размещён главный барабан, состоящий из набора
пластмассовых шайб с вырезами по окружности. На верхней части вала 6 свободно надет
реверсивный барабан 4, состоящий из втулки и жёстко насаженных на неё двух шайб.
154
Рис. 4.12. Контроллер машиниста:
1 — реверсивная рукоятка; 2 — главная рукоятка; 3—корпус; 4 — реверсивный барабан; 5 — кулачковые
шайбы; 6—главный вал с шайбами; 7 —контактные элементы; 8,11,15 —пружины; 9,10—фиксаторы;
12 — храповик; 13—рычаг контактного элемента; 14 — контактные болты; 16—подвижные контакты;
17 — пластмассовый изолятор
Реверсивный барабан 4 свободно вращается на главном валу 6 и переводится рычагом 10
и тягой от реверсивного вала. Верхний конец реверсивного вала выведен над крышкой. На
него надета головка реверсивного вала, в пазы которого вставляется реверсивная руко-
ятка 1. Нижний конец реверсивного вала вращается в отверстии кронштейна, неподвижно
закрепленного на корпусе 3 контроллера. У главной рукоятки 2 есть девять положений:
холостой ход и восемь рабочих. Она может поворачивать только шайбы главного барабана и
служит для изменения частоты вращения вала дизеля. Угол поворота главной рукоятки 2 из
нулевого положения на первое равен 17°, а на каждое последующее — 10°.
У реверсивной рукоятки 1 три положения: «Вперёд», «Назад» и «Нейтральное». Она
предназначена для изменения направления движения тепловоза. Угол поворота ревер-
сивной рукоятки 1 от «Нейтрального» в положение «Вперёд» или «Назад» равен 30°.
С левой и правой сторон от барабанов установлены изоляционные стойки. На левой стойке
укреплены неподвижные контакты 7, состоящие из стальной планки и серебряной пласти-
ны. Подвижные контакты 16 правой стойки состоят из угольника и шарнирно укреплённого
155
на нем рычага 10, на конце которого укреплён контакт с серебряной пластиной. В средней
части рычага 10 на оси установлен ролик. Рычаг 10 под действием пружины 11 прижимает-
ся роликом к шайбе барабана. Ток от подвижного контакта 16 на контактный винт угольни-
ка отводится гибким соединением. При повороте главной рукоятки 2 ролик перекатывается
по профилю шайбы. Если ролик находится не на вырезанной части шайбы, то контакты
разомкнуты и подвижный контакт 16 пружиной 75 прижат к рычагу 10. При попадании
ролика в вырез шайбы рычаг 10 пружиной прижимается к угольнику, подвижный контакт 16
соприкасается с неподвижным и отжимается от рычага 10. Нажатие на контакт 16 осуществ-
ляется притирающей пружиной 75. Последовательность замыкания контактов главного ба-
рабана при перемещении главной рукоятки 2 зависит от расположения вырезов на шайбах,
которые определяются схемой тепловоза. Контакты одной шайбы реверсивного барабана
замыкаются только в положении «Вперёд», второй — только в положении «Назад». Глав-
ный барабан в каждом положении фиксируется храповиком 12 главного вала 6. Во впадины
храповика 12 заходят стальные ролики, которые укреплены на двух фиксаторах 9 и 10,
поворачивающихся на неподвижной оси.
Для выполнения разных функций в цепях управления, защиты, измерительных и других
применяются реле. Это электрические аппараты, контролирующие и поддерживающие нор-
мальный режим работы установки и в случае его нарушения подающие сигналы или осуще-
ствляющие автоматические переключения в электрических цепях. Их можно разделить по
принципу действия (электромагнитные, механические), по реагированию на измеряемую
величину (заземления, давления масла); по назначению (управления, защиты, автоматики,
реле-датчики, реле-регуляторы, специальные); балансные (перехода, обратного тока).
Реле управления ТРПУ-1 (рис. 4.13) применяется в цепях управления тепловозов и со-
стоит из скобы (магнитопровода) 9, катушки 7 с сердечником 8, якоря 6, замыкающих 7 и
размыкающих 2 контактов. При прохождении тока по катушке 7 якорь 6 притягивается к
сердечнику 8 и через траверсу 4 замыкаются или размыкаются контакты. После снятия
напряжения пружина 77 устанавливает якорь 6 в исходное положение, при этом замыкаю-
щие контакты 7 размыкаются. Ход якоря ограничивается угольником 5.
Рис. 4.13. Реле управления ТРПУ-1:
7—подвижная пластина замыкающего контакта; 2—подвижная пластина размыкающего контакта; 3 —
неподвижные пластины контактов; 4 — траверса; 5 — угольник; 6 — якорь; 7 — катушка; 8 —
сердечник; 9—скоба; 10—кожух; 77 — пружина; 12 — винт; 13 — пластмассовый корпус
156
Кожух снят
Рис. 4.14. Дифференциальное реле РД-3010:
1—болт; 2—ярмо; 3—катушка напряжения; 4,7—сердечники; 5—якорь; 6—немагнитная напайка; 8—
токовая катушка; 9 — ось; 10 — контактный зажим; 11 — изоляционная панель; 12 — кожух; 13 —
изоляционная колодка; 14—неподвижные контакты; 75—подвижные контакты; 16—контактная пружина;
17—заполнитель; 18 — винт; 19, 20—стойки; 21 — контактодержатель; 22 — шпилька; 23 — пружина
Дифференциальное реле РД-3010 (рис. 4.14) автоматически управляет контактора-
ми ослабления возбуждения тяговых электродвигателей в зависимости от тока и напря-
жения на зажимах тягового генератора или выпрямительной установки. Магнитная сис-
тема реле состоит из ярма 2, выполненного в виде скобы, сердечников 4, 7 и якоря 5,
поворачивающегося вокруг оси 9, установленной на стойке 19. Якорь 5 при обесточен-
ных катушках пружиной 23 прижимается к упорному винту 18 контакте держателя 21.
На нижней полке ярма 2 установлена катушка напряжения 3, на верхней — токовая 8.
На токовую катушку 8 подаётся сигнал, пропорциональный току тягового генератора,
а на катушку напряжения 3 — сигнал, пропорциональный напряжению тягового генера-
тора. У реле есть один замыкающий контакт с двойным разрывом, подвижные контак-
ты 75, установленные на якоре, и неподвижные 14 (на изоляционной колодке 73). Кон-
тактная система закрыта прозрачным кожухом 12. Реле срабатывает под воздействием
электромагнитного усилия, создаваемого катушкой напряжения 3, которому противо-
действует усилие токовой катушки 8 и пружины 23. Соответственно при уменьшении
тока в катушке напряжения 3 и увеличении тока в токовой катушке 8 до определённых
значений якорь 5 отпадает, и контакты размыкаются.
Реле ограничения величины тока устанавливается в маневровых тепловозах ТЭМ2 и
служит для ограничения тока тягового генератора. На изолированной панели установлено
электромагнитное реле с высоким коэффициентом возврата и сопротивление с двумя сту-
пенями. У реле есть две катушки: напряжения и токовая, надетые на сердечник. Катушка
напряжения крепится непосредственно к панели. Токовая катушка выполнена в виде одно-
го витка из медной шины, концы которого припаяны к массивным медным выводам, ук-
реплённым на изоляционной планке.
Подвижная система реле состоит из облегчённого рычага с немагнитной планкой и плун-
жерного якоря. У реле есть жёсткий двусторонний подвижный контакт. Для облегчения ра-
157
боты контактов применён дугогасительный контур, состоящий из резистора и двух конден-
саторов. При максимальном токе тягового генератора ток в токовой катушке наибольший,
и её усилие, преодолевая усилие пружины, поворачивает рычаг вокруг неподвижной оси,
размыкая контакты. В зависимости от соотношения токов в катушках реле подвижный кон-
такт занимает одно из пяти возможных положений, чем регулируется ток возбуждения.
Реле боксования предназначены автоматически защищать тяговые электродвигатели
тепловоза от разносного боксования.
В тепловозах 2ТЭ10М, 2ТЭ116 реле боксования (РБ) объединены в один блок, который
получил название блок боксования. Блок боксования ББ-320А (рис. 4.15) состоит из реле
РК-221 и реле РК-231, соединённых вместе шпильками, пропущенными через панель 3, и
закрытых кожухом, который после настройки реле и проверки их работы пломбируется.
Реле РК-221 представляет собой электромагнитный аппарат плунжерного типа, выполнен-
ный с разомкнутой магнитной системой.
Втягивающий якорь (плунжер) 9 укреплён на поворотном рычаге 6 из немагнитного
материала. У контактной системы реле есть один размыкающий 4 и один замыкающий 5
контакты перекидного типа. Высокая чувствительность реле, необходимая для срабатыва-
ния в начале боксования, достигается облегчением массы, уменьшением трения, тщатель-
ной балансировкой подвижной системы, а также уменьшением усилия регулировочной пру-
жины 8. Своевременное отпадание якоря 9 реле после прекращения боксования для
исключения большого снижения силы тяги тепловоза обеспечивается высоким коэффициен-
том возврата (отношением тока отключения к току включения). Коэффициент возврата,
равный 0,8—0,85, получен конструкцией реле с небольшим воздушным зазором между яко-
рем 9 и ярмом 7 относительно общего воздушного пути прохождения магнитного потока,
благодаря чему при срабатывании реле существенно не увеличиваются магнитный поток
Рис. 4.15. Блок боксования:
1—реле РК-221; 2—реле РК-231; 3—панель; 4—размыкающий контакт; 5—замыкающий контакт; 6—
рычаг; 7 — ярмо; 8 — регулировочная пружина; 9 — якорь; 10 — втягивающая катушка
158
и, следовательно, усилия притяжения якоря 9. Поэтому для отпадания якоря 9 реле доста-
точно небольшого уменьшения тока в его катушке.
Блок боксования подключается в диагональ шестифазного выпрямителя, соединённого
с зажимами дополнительных полюсов тяговых электродвигателей. При срабатывании реле
РБ своими контактами разрывает цепь питания катушки контактора ВВ или подаёт сигнал
на уменьшение возбуждения тягового генератора.
4.6. Электронные устройства
При создании новых тепловозов, а также при капитальном ремонте и модернизации
эксплуатирующихся тепловозов применяются полупроводниковые устройства, которые
включают в себя и силовые узлы и агрегаты (такие, как выпрямительные установки и ин-
верторные преобразователи), и разного рода маломощные электронные устройства. Рас-
смотрим наиболее типичные элементы.
В тепловозах с передачей переменно-постоянного тока применяются выпрямительные
установки на кремниевых лавинных вентилях, которые состоят из одного шкафа с вентиля-
ми. Электрическая схема выпрямительной установки (ВУ) представляет собой два парал-
лельно соединённых трёхфазных моста, питаемых от синхронного генератора (СГ) статор-
ные обмотки которого сдвинуты на 30 электрических градусов.
Основные данные выпрямительной установки тепловозов типа 2ТЭ116:
Номинальная мощность, кВт
Номинальный выпрямленный ток, А
Ток перегрузки в течение 5 мин не более, А
Номинальное выпрямленное напряжение не более, В
Кратковременное допустимое выпрямленное напряжение, В
Частота питающей сети, Гц
Напряжение питающего генератора, В
Кпд, %
Охлаждение
Габариты, мм:
высота
длина
ширина
Масса, кг
4200
5700
8700
750
850
от 30 до 133
575/350
99,3
воздушное, принудительное
1165
1250
700
650
Конструкция ВУ допускает двустороннее обслуживание. На каждой стороне ВУ раз-
мещён один трёхфазный мост. Вентили собраны в отдельные блоки с охладителями. Все
блоки съёмные, что обеспечивает возможность очистки воздушного канала и смену ох-
ладителей.
Значительное количество полупроводниковых блоков используется в схеме электро-
передачи как выпрямительные мосты, стабилизирующие цепочки, сглаживающие фильт-
ры и т.д. Сюда можно отнести такие элементы, как блоки кремниевых выпрямителей типа
БВК. Блоки состоят из изоляционной панели, на которой установлены радиаторы с
закреплёнными на них полупроводниковыми диодами. Панель с находящимися на ней эле-
ментами прикреплена к уголкам съёмной кассеты, вставленной в корпус. Выводы от по-
лупроводниковых диодов выполнены проводами, которые припаяны к контактам колод-
ки штепсельного разъёма.
159
Блоки диодов сравнения устанавливаются в тепловозах типа 2ТЭ10М, 2ТЭ116, ТЭП70
и др. Назначение блока — выделение наибольшего сигнала пары боксующего и небоксую-
щего тяговых электродвигателей тепловоза в схеме с жёсткими динамическими характе-
ристиками. Блок представляет собой набор выпрямителей, соединённых по мостовой ше-
стифазной схеме и работающих на общую нагрузку. Разборная металлическая конструкция
блока состоит из дна, крышки и двух крепящих винтов. На дно устанавливается изоляцион-
ная панель с элементами схемы блока диодов сравнения. К электрической цепи тепловоза
блоки подсоединяются штепсельным разъёмом.
Промежуточное положение среди полупроводниковых элементов, применяемых в теп-
ловозах, занимает управляемый выпрямитель (УВВ), предназначенный для управления пи-
танием обмотки возбуждения тягового генератора тепловоза. Блок представляет собой
металлический шкаф, внутри которого расположены полууправляемый выпрямитель и диод
заряда батареи. Блок состоит из корпуса, закрываемого дверью с замком со съёмной руч-
кой. Внутри корпуса на изоляционных панелях установлены силовые диоды и тиристоры.
Радиаторы диодов и тиристоров размещены в воздушном канале корпуса блока. Техни-
ческие данные УВВ: выпрямленное напряжение (среднее) 200 В, выпрямленный ток (сред-
ний) 220 А. Нормальная работа блока обеспечивается при принудительном охлаждении со
скоростью воздуха не менее 10 м/с.
Для управления полууправляемым выпрямителем в тепловозах применяется специали-
зированный блок управления, который обеспечивает формирование импульсов управления
тиристорами. Этот блок состоит из двух одинаковых секций, помещённых в металлический
корпус. Схема его представлена на рис. 4.16. Блок состоит из узлов: синхронизирующей
цепи 1 (СЦ); ведомого преобразователя напряжения 2 (ПН); широтно-импульсного модуля-
тора 3 (ШИМ); распределительной цепи 4 (РЦ); блокинг-генераторов 5,6 (БГ1, БГ2).
Каждая секция блока состоит из двух панелей. Все полупроводниковые элементы, со-
противления, конденсаторы собраны на печатной плате (верхней панели), на нижней пане-
ли размещены магнитные усилители, два трансформатора блокинг-генераторов и транс-
форматор преобразователя напряжения.
Рис. 4.16. Схема блока управления:
1—синхронизирующая цепь; 2—преобразователь напряжения; 3—широтно-импульсный модулятор; 4—
распределительная цепь; 5,6—блокинг-генераторы; —напряжение синхронизации; ДС7—напряжение
управления, Ц,ых1, Ц,ЫХ2—выходные импульсы
160
Входное напряжение переменного тока от обмотки распределительного трансформато-
ра подаётся на синхронизирующую цепь СЦ, которая переключает транзисторы преобразо-
вателя напряжения ПН синхронно с частотой напряжения питания силовых цепей полууп-
равляемого выпрямителя.
Широтно-импульсный модулятор ШИМ питается от ПН и через распределительную
цепь РЦ запускает поочередно блокинг-генераторы БГ1 и БГ2, которые формируют им-
пульсы заданной длительности и напряжения. Импульсы от блокинг-генераторов подаются
на цепи управления тиристоров полууправляемого выпрямителя.
К применяемым в тепловозах электронным устройствам относятся полупроводнико-
вые реле времени, которые служат для временных выдержек при включении или выключе-
нии тех или иных аппаратов тепловоза. Рассмотрим одно из них (рис. 4.17), которое приме-
няется для управления контактором маслопрокачивающего насоса. У электронного реле
времени есть один переключающий контакт без выдержки времени, один замыкающий и
один размыкающий контакт с выдержкой времени. Конструкция реле обеспечивает выдер-
жку времени без снятия оболочки. Выдержка времени отсчитывается с момента подачи напря-
жения питания. При подаче напряжения на контакты 1 и 2 срабатывает реле Р1. Триггер Т
устанавливается в положение, при котором реле Р2 обесточено. Конденсатор С заряжается
через сопротивление R, и начинается отсчёт времени.
Когда напряжение на конденсаторе достигает уровня опорного напряжения, снимаемо-
го с делителя на сопротивлениях R1 и R2, открывается диод Д, импульсы генератора ГИ
проходят на вход триггера Т и устанавливают его в положение, при котором подаётся на-
пряжение на реле Р2. Реле Р2 срабатывает и переключает выходные контакты. Выдержка
времени заканчивается. При сня-
тии напряжения питания реле воз-
вращается в исходное состояние.
Выдержка времени регулируется
ступенчато изменением величины
сопротивления R.
Рассмотрим устройства, ко-
торые с определённой степенью
условности можно отнести к элек-
тронным, поскольку они применя-
ются в тепловозах разных типов
до настоящего времени. Это амп-
листат возбуждения тепловозов
типа 2ТЭ10М и М62 для регули-
рования тока возбуждения возбу-
дителя и тахометрический блок.
Амплистат возбуждения
представляет собой магнитный
усилитель с внутренней обратной
связью. Рабочие обмотки ампли-
Цепь
Контакт
Сеть 2
Выход
Р1
Выход
Р1
Выход
Р1
Выход
Р1
Выход
Р1
Bbixoz
Р1
стата установлены на отдельных
сердечниках, причём они соеди-
нены последовательно и встреч-
но, а обмотки управления нама-
Рис. 4.17. Электронное реле времени:
Pl, Р2 — электромагнитные реле; Т — триггер; Rl, R2 —
сопротивления; Cl, С2 — конденсаторы; ГИ — генератор
импульсов; Д1, Д2—диоды
161
тываются на оба сложенных вместе сердечника. Выходное напряжение амплистата через
выпрямитель подключается к обмотке возбуждения возбудителя постоянного тока. На-
значение амплистата возбуждения — усиление сигналов управления и обратной связи и
регулирование в соответствии с ними тока возбуждения возбудителя с одновременным
обеспечением гальванической развязки цепей управления и цепей возбуждения.
Тахометрический блок используется для получения сигнала, пропорционального час-
тоте вращения вала дизеля, который в дальнейшем используется для формирования сигна-
лов задания для ограничения мощности, напряжения и тока тягового генератора. Напряже-
ние от подвозбудителя подаётся на первичную обмотку насыщающегося трансформатора.
Для того чтобы обеспечить строгую зависимость выходного напряжения от частоты вход-
ного напряжения, в схему включен дополнительный трансформатор, причём его первичная
обмотка включена согласно с первичной обмоткой первого трансформатора, а вторичная —
встречно с выходной обмоткой первого трансформатора.
4.7. Датчики и измерительные преобразователи
Для контроля режима работы тяговых электрических машин и аккумуляторной бата-
реи, контроля температуры воды и масла, давления масла, топлива и воздуха на панели
пульта управления машиниста размещены вольтметры, амперметры, дистанционные элек-
трические термометры и манометры и другие приборы. Приборы, кнопки, сигнальные лам-
пы на пульте группируются по принципу важности, частоты использования и взаимосвя-
занности при работе.
Амперметры и вольтметры. Для измерения напряжения и тока в тепловозах применяют-
ся приборы магнитоэлектрической системы. Принцип действия этих приборов основан на
взаимодействии измеряемого тока, проходящего по проводникам подвижной рамки, с маг-
нитным потоком постоянного магнита, в который эта рамка помещена. Вращающий мо-
мент, действующий на рамку, уравновешивается противодействующим моментом спираль-
ных пружин. Приборы магнитоэлектрической системы наиболее точны, шкала у них
равномерная, что обеспечивает на всем протяжении шкалы одинаковые чувствительность
и точность показаний. Достоинство магнитоэлектрических приборов ещё и в том, что у них
хорошая устойчивость к перегрузкам, небольшое собственное потребление мощности, боль-
шой вращающий момент (высокая чувствительность).
У магнитоэлектрических приборов измерения тока (амперметры) и напряжения (вольт-
метры) применяются одинаковые измерительные механизмы (рамка, вращающаяся в поле
постоянного магнита). Отличие состоит в способах включения приборов. Амперметр вклю-
чают в цепь последовательно, т.е. так, чтобы через него прошёл весь измеряемый ток. Соб-
ственное сопротивление амперметра подбирают малым, чтобы на нём было возможно мень-
шее падение напряжения.
Вольтметр включают параллельно тому участку цепи, напряжение которого не-
обходимо измерить. При изменении измеряемого напряжения пропорционально ему изме-
няется ток в цепи вольтметра и, следовательно, его показания. Таким образом, вольт-
метр по принципу действия является миллиамперметром, шкала которого градуирована
в вольтах. Собственное сопротивление вольтметра подбирается большим, чтобы он не
влиял на величину тока в цепи и не создавал дополнительной нагрузки для источника
энергии.
162
Сечение проводников рамок магнитоэлектрических приборов мало, поэтому непосред-
ственно через них можно пропустить небольшой ток: у амперметров — от 5 до 30 мА, у
вольтметров — от 3 до 10 мА. Чтобы расширить пределы измерения, применяют шунты и
добавочные сопротивления.
Шунт — это тарированное сопротивление очень малой величины, включаемое парал-
лельно амперметру. Поскольку токи распределяются обратно пропорционально сопро-
тивлениям ветвей, большая часть измеряемого тока проходит по шунту и лишь небольшая
часть через рамку амперметра. Чем меньше сопротивление шунта, тем больший ток мож-
но с его помощью измерить.
Добавочное сопротивление включают последовательно с вольтметром. При этом вели-
чина сопротивления во много раз превосходит величину сопротивления рамки. Поэтому
основная часть измеряемого напряжения приходится на добавочное сопротивление, а лишь
небольшая часть, пропорциональная значению внутреннего сопротивления прибора, — на
вольтметр. Чем больше значение измеряемого напряжения, тем больше подбирается величи-
на добавочного сопротивления.
Электрические дистанционные манометры ЭДМУ применяют для дистанционного из-
мерения избыточного давления в масляной системе (на входе в дизель) и топливной (после
фильтра тонкой очистки). Манометр состоит из приёмника давления и электрического ука-
зателя, устанавливаемого на пульте управления машиниста. Приёмник давления и указа-
тель соединены проводами.
Если источник питания манометра отключён (токи в рамках равны нулю), подвижный
магнит и стрелка прибора могут находиться в произвольном положении.
Электрическими термометрами сопротивления измеряют температуру воды и масла
дизеля ведущей и ведомой секций тепловоза. Принцип действия этих термометров основан
на свойстве проводников и полупроводников менять электрическое сопротивление в зави-
симости от температуры. По величине сопротивления судят о температуре среды, в кото-
рую помещён приёмник с чувствительным элементом (проводником или полупроводником).
Во всех тепловозах устанавливают полупроводниковые термометры сопротивления ТП-2,
состоящие из приёмника ПП-2 и указателя ТУЭ-8А. Диапазон измерения температуры тер-
мометром ТП-2 от 0° до 120 °C.
Теплочувствительным элементом термометра ТП-2 является полупроводниковый тер-
морезистор. Приёмник термометра вместе с встроенным в него терморезистором устанав-
ливают в месте измерения температуры.
Трансформаторы служат для изменения величины тока и напряжения, а также для пита-
ния различных цепей. По назначению их можно разделить на измерительные, распредели-
тельные и стабилизирующие.
Трансформаторы постоянного тока (ТПТ) служат для изменения тока тяговых электро-
двигателей и подачи на управляющую обмотку амплистата сигнала, пропорционального
току тягового генератора.
Трансформатор постоянного тока по своей сути представляет собой магнитный усили-
тель без обратной связи. Индуктивное сопротивление рабочих обмоток изменяется под вли-
янием подмагничивания обмотки управления (в тепловозах управляющей обмоткой явля-
ются силовые кабели, по которым протекает ток тяговых электродвигателей). При
увеличении тока тяговых электродвигателей степень насыщения сердечников увеличива-
ется, индуктивное сопротивление рабочей обмотки уменьшается, а ток в рабочей цепи транс-
форматора увеличивается, т.е. ток в рабочей цепи трансформатора постоянного тока про-
порционален току тяговых электродвигателей.
163
Трансформаторы ТПТ-23 и ТПТ-24 от трансформатора ТПТ-10 отличаются тем, что
для снижения влияния помех, создаваемых посторонними сильноточными кабелями и сталь-
ными массами, рабочая обмотка у них выполнена из четырёх секций, соединённых между
собой параллельно.
Трансформаторы постоянного напряжения (ТПН) служат для измерения напряжения тя-
гового генератора.
Трансформатор ГИ Г состоит из двух тороидальных сердечников из железоникелевого сплава,
на каждом из которых намотана рабочая обмотка. Рабочие обмотки соединены между собой
встречно. Управляющей обмоткой служат силовые кабели, пропущенные через центральное
отверстие трансформатора. Сердечники трансформатора с обмотками и шпильками залиты
эпоксидным компаундом. Рабочие обмотки соединены встречно. Управляющая обмотка намо-
тана на оба сердечника. Обмотки, сердечники и шпильки залиты эпоксидным компаундом.
Принцип работы трансформатора постоянного напряжения основан на изменении ин-
дуктивного сопротивления рабочих обмоток под влиянием подмагничивания обмотки уп-
равления. При увеличении напряжения тягового генератора степень насыщения сердечни-
ков увеличивается, индуктивное сопротивление рабочих обмоток уменьшается, а ток в
рабочих обмотках увеличивается. Следовательно, ток в рабочей цепи трансформатора по-
стоянного напряжения пропорционален напряжению тягового генератора.
Распределительные трансформаторы предназначены для преобразования и распределе-
ния переменного напряжения и питания различных цепей. В тепловозах 2ТЭ10Л для этих
цепей применены трансформаторы ТР-5, в тепловозах 2ТЭ116 — ТР-4 и ТР-70 или ТР-21 и
ТР-26, в тепловозах 2ТЭ10М — ТР-23.
Трансформаторы ТР-4, ТР-5, ТР-70 представляют собой трансформаторы броневого
типа и состоят из магнитопровода и катушек. Магнитопровод нашихтован из листов элек-
тротехнической стали, стянутых шпильками и угольниками. У катушки есть пять обмоток:
одна первичная и четыре вторичные. Катушка бескаркасная, залита эпоксидным компаун-
дом и закрыта кожухом. Выводы обмоток расположены на двух пластмассовых панелях.
Трансформаторы TP-20 (ТР-21, ТР-23, ТР-26) состоят из сердечника, намотанного в коль-
цо из ленты электротехнической стали, и обмоток, расположенных на сердечнике. Концы
обмоток припаяны к выводам, укреплённым на изолированной панели. Сердечник обмотки
и панель залиты компаундом на основе эпоксидной смолы.
Индуктивный датчик состоит из магнитопровода, образованного корпусом и фланца-
ми, и якоря. В магнитопровод помещена катушка, намотанная на прессованный каркас.
Выводы катушки припаяны к контактам штепсельного разъёма. Якорь соединён со штоком
сервомотора объединённого регулятора дизеля. При увеличении нагрузки дизеля поршень
сервомотора объединённого регулятора перемещается так, что якорь индуктивного датчи-
ка вдвигается в катушку. В результате полное сопротивление индуктивного датчика уве-
личивается, и ток в цепи регулировочной обмотки амплистата уменьшается. При уменьше-
нии нагрузки дизеля поршень сервомотора объединённого регулятора перемещается так,
что якорь индуктивного датчика выдвигается из катушки; в итоге полное сопротивление
индуктивного датчика уменьшается.
Измерительный датчик перемещений. Сигнал от преобразователя используется при объе-
динённом регулировании дизель-генераторных установок тепловозов с дизелями типа Д49
и микропроцессорными системами управления. Измерительный преобразователь перемеще-
ний конструктивно состоит из датчика линейных перемещений трансформаторного типа и
электронного блока, который обеспечивает преобразование аналогового сигнала от датчи-
ка линейных перемещений в цифровой сигнал с последующим его преобразованием в сиг-
164
Рис. 4.18. Блок-схема измерительного преобразователя перемещений:
1 — датчик; 2 — усилитель; 3, 4 — фильтры; 5 — блок питания; 6 — коммутатор; 7— аналогоцифровой
преобразователь; 8—микроконтроллер; 9—цифроаналоговый преобразователь; 10—энергонезависимое
запоминающее устройство; 11 — преобразователь уровней; 12 — преобразователь напряжения
8
Рис. 4.19. Установка измерительного
преобразователя перемещений:
1 — датчик линейных перемещений; 2, 4 —
резьбовая часть; 3 — кронштейн; 5 — серьга;
6—рычаг; 7—стойки; 8—продольные валы
управления топливными насосами
1 7 3
нал постоянного тока от 0 до 5 мА и сигналы пос-
ледовательного интерфейса RS232.
Блок-схема измерительного преобразовате-
ля перемещений представлена на рис. 4.18. Дат-
чик 1 линейных перемещений состоит из катуш-
ки с обмоткой возбуждения и выходной обмоткой
из двух секций. Внутри катушки свободно пере-
мещается шток из сплава 79НМ, который отли-
чается повышенной магнитной проницаемостью.
Обмотка возбуждения датчика 7 линейных
перемещений питается импульсами прямо-
угольной формы через усилитель 2 по сигналам
от порта микроконтроллера 8. Усилитель 2 пред-
ставляет собой источник тока на транзисторе.
С выхода датчика 7 сигнал в зависимости от пе-
ремещения штока относительно центра обмоток катушки идёт синхронно с питающим им-
пульсом. Через RC фильтры 3 и 4 сигналы от двух секций катушек датчика 7 поступают на
коммутатор 6 аналоговых сигналов и далее на аналогоцифровой преобразователь 7.
Измерительная часть (датчик 7) преобразователя перемещений (рис. 4.19) устанав-
ливается на механизм управления топливными насосами высокого давления дизеля на участ-
ке между регулятором и механизмом отключения части цилиндров. На стойки механизма
управления устанавливается жёсткий кронштейн 3 с резьбовым отверстием, в которое
своей резьбовой частью 2 вворачивается корпус датчика 7. На продольный вал 8 уста-
навливается разрезной рычаг 6, что не требует разборки механизма при установке. Под-
вижный шток датчика 7 соединяется с рычагом 6 серьгой 5. В серьге 5 установлены специ-
альные металлофторопластовые сферические подшипники, сглаживающие перекосы,
устраняющие люфты и исключающие смазку соединений. Положение датчика 7 относи-
тельно лотка дизеля строго фиксируется. Это достигается установкой кронштейна 3 на
стойки механизма управления с укреплением штифтами положения кронштейна 3 и рыча-
га 6 относительно стоек и вала 8. После регулировки положения датчик 7 крепится контр-
гайкой, контргайка и кронштейн 3 обвязываются проволокой и пломбируются.
165
4.8. Регуляторы напряжения
Регуляторы напряжения поддерживают величины напряжения вспомогательного гене-
ратора (стартёр-генератора) 75В(110В)во всём рабочем диапазоне изменения частоты
вращения дизеля, а также изменения тока нагрузки вспомогательного генератора (стартёр-
генератора) от наименьшей до наибольшей величины. По принципу действия регуляторы
могут быть аппаратами вибрационного типа (тепловозы типа ЧМЭЗ), бесконтактными (ти-
ристорными или транзисторными), выполненными на дискретных элементах, а также мо-
гут быть составной частью микропроцессорных систем управления и регулирования, в ко-
торых регулирование напряжения вспомогательного генератора (стартёр-генератора)
осуществляется программным способом. Независимо от принципа действия постоянное на-
пряжение поддерживается тем, что регулятором устанавливается необходимое значение тока
в цепи обмотки возбуждения вспомогательного генератора.
Бесконтактный регулятор напряжения БРН-ЗВ (рис. 4.20) установлен в тепловозах 2ТЭ ЮМ,
ТЭМ2. Он служит д ля поддержания напряжения вспомогательного генератора в пределах 75± 1 В.
Регулятор напряжения блочной конструкции закрыт металлическим кожухом с вентиляцион-
ными отверстиями. Через отверстие в кожухе регулятора потенциометром корректируется на-
пряжение. На одной панели установлены силовые элементы: тиристор, конденсаторы, диоды,
дроссели. На другой панели размещены элементы измерительного органа (на печатной плате):
транзистор, стабилитрон, сопротивление, конденсаторы, диоды. На основании находятся
сопротивления, переходные разъёмы, которыми обе панели соединяются с остальными элемента-
ми регулятора и между собой и разъёмом, которым регулятор соединяется с цепью тепловоза.
По функциональному назначению в регуляторе условно можно выделить измеритель-
ный и регулирующий органы. Измерительный орган предназначен для измерения отклоне-
ния напряжения вспомогательного генератора выше установленного значения. Регулирую-
щий орган предназначен для регулирования
длительности протекания тока в обмотке воз-
буждения вспомогательного генератора в за-
висимости от величины напряжения.
После запуска дизеля напряжение вспомо-
гательного генератора регулируется измене-
нием среднего значения тока возбуждения, ко-
торое зависит от времени включённого
состояния тиристора Т1 в течение периода ко-
лебательного процесса. С уменьшением час-
тоты вращения вспомогательного генератора
продолжительность включённого состояния
тиристора Т2 увеличивается, с повышением
частоты вращения — уменьшается.
Тиристорный регулятор напряжения РНТ-6
установлен в тепловозах 2ТЭ116 и предназна-
чен для поддержания в заданных пределах на-
пряжения стартёр-генератора в генераторном
режиме при изменении его частоты вращения и
нагрузки. Принципиальная схема регулятора
РНТ-6 схожа со схемой регулятора БРН-ЗВ, но
вместо воздействия на обмотку возбуждения
Рис. 4.20. Регулятор напряжения БРН-ЗВ:
ИО—измерительный орган; СУ—схема управления;
Т1, Т2—тиристоры; ОВВГ—обмотка возбуждения
вспомогательного генератора; С1 —коммутирующий
конденсатор; R1 — балластный резистор; ВГ —
вспомогательный генератор
166
вспомогательного генератора здесь подвергается воздействию обмотка возбуждения стар-
тёр-генератора. По функциональному назначению регулятор делится на измерительный и
регулирующий органы. В измерительном органе происходит сравнение регулируемого на-
пряжения с эталонным. Регулирующий орган состоит из тиристоров, коммутирующего кон-
денсатора и балластного сопротивления.
Регулирующий орган преобразует поступающий с измерительного органа сигнал в се-
рию импульсов, коэффициент заполнения которых пропорционален значению этого сигнала.
Таким образом, при установившемся напряжении стартёр-генератора возникает ус-
тойчивый автоколебательный режим мультивибратора на тиристорах с частотой коле-
баний, определяемой параметрами цепи возбуждения стартёр-генератора и регулятора
напряжения. Среднее значение тока возбуждения стартёр-генератора зависит от дли-
тельности закрытого и открытого состояний тиристора. Чем больше времени открыт
тиристор, тем больше ток возбуждения. С увеличением частоты вращения стартёр-ге-
нератора длительность открытия тиристора уменьшается, умаляется и среднее значе-
ние тока возбуждения.
4.9. Принципы регулирования тяговой
электрической передачи и согласование её с работой дизеля
Системы регулирования тяговой электрической передачи тепловозов можно разделить
по двум признакам:
1) по элементной базе', электромашинные, аппаратные. В тепловозах типа ТЭМ2 и
ЧМЭЗ применена электромашинная система регулирования тяговой электрической пере-
дачи, основой которой является возбудитель специальной конструкции. В тепловозах
2ТЭ116,2ТЭ10, М62, ТЭП70, ТЭМ7 используется аппаратная система регулирования, когда
система строится из отдельных узлов и аппаратов как общего назначения, так и специ-
ального исполнения. В последнее время тепловозы оборудуются электронными и микро-
процессорными системами регулирования. От аппаратных систем автоматического ре-
гулирования микропроцессорные системы отличаются тем, что алгоритм регулирования
выполняется программой;
2) по принципу действия: разомкнутые системы и системы с обратной связью.
Разомкнутые системы регулирования электрической передачи в тепловозах не приме-
няются, хотя в аварийном режиме систему регулирования электрической передачи теплово-
зов с долей упрощения можно считать разомкнутой. Электромашинные системы регулиро-
вания по своей сути являются системами с обратной связью по возмущающему воздействию,
в данном случае по току нагрузки тягового генератора. Чтобы полностью осуществить
возможности дизеля и тягового электрооборудования, упростить управление тепловозом,
во всех современных тепловозах применяются только замкнутые системы регулирования.
Подробно рассмотрим принципы построения замкнутой системы регулирования тяго-
вой электрической передачи, когда необходимо точное согласование мощности тягового
генератора со свободной мощностью дизеля (так называемое объединённое регулирование
дизель-генератора). При этом обеспечивается оптимальное нагружение дизеля, тепловоз
работает в экономичном режиме, повышается ресурс дизеля.
В общем случае принцип объединённого регулирования дизель-генератора можно пред-
ставить следующим образом.
167
Рис. 4.21. Нагрузочная характеристика
дизеля:
Ар 3 — заданное положение реек топливных
насосов высокого давления (линия CD); —
мощность дизеля (линия АВ); nRVa — частота
вращения коленвала дизеля
1. Контроллером машиниста (КМ) задаётся
частота вращения коленвала дизеля содиз измене-
нием затяжки всережимной пружины (ВП) элект-
ромагнитами, электропневматическими вентиля-
ми, сервоэлектродвигателем.
2. В соответствии с рассогласованием задан-
ной величины содизи измеренного значения часто-
ты вращения соос (вращающимися грузами) регу-
лятор частоты вращения (РЧВ) коленвала дизеля
увеличивает или уменьшает подачу топлива Ар
реечным механизмом, изменяя вращающийся мо-
мент дизеля Mn„Q.
диз
Чтобы обеспечить работу дизеля в наиболее
экономичном режиме, необходимо держать ха-
рактеристику его нагрузки в определённой зоне.
На рис. 4.21 показана нагрузочная характерис-
тика дизеля и нанесённые на неё зависимости
расхода топлива.
Итак, для соблюдения работы дизеля в эко-
номичной зоне требуется обеспечить нахождение нагрузки дизеля в соответствии с линией АВ
(рис. 4.21) или, что то же самое, заданное положение реек Ар 3 топливного насоса высокого
давления в зависимости от частоты вращения коленвала дизеля идиз. В моменте сопротив-
ления дизеля первые две составляющие обусловлены самой природой дизеля и необходимо-
стью обеспечения его нормальных режимов работы и работы другого вспомогательного
оборудования тепловоза. Это расходы на вспомогательные нагрузки, обеспечивающие ох-
лаждение дизеля, расходы на преодоление трения в подшипниковых узлах, расходы на вен-
тиляцию электрических машин, на привод тормозного компрессора и др. Отсюда следует,
что единственным способом удержания рабочей точки дизеля на оптимальной нагрузочной
характеристике является регулирование мощности (момента сопротивления) генератора.
В штатной схеме объединённого регулирования (рис. 4.22) можно выделить два основ-
ных элемента: блок задания селективной мощности (селективный узел СУ, датчики тока и
напряжения Дт и Дн, множительное устройство У, тахометрический блок ТБ и другие вспо-
могательные узлы, не показанные на рис. 4.22; блок коррекции, состоящий из узла сумми-
рования, и индуктивный датчик ИД, конструктивно расположенный в регуляторе дизеля.
Первоначально полагаем, что система находится в равновесии, т.е. Мдиз = Мсопр. При
увеличении момента сопротивления дизеля (например, при включении привода тормозного
компрессора) частота вращения вала дизеля уменьшается. Появление рассогласования на входе
регулятора частоты вращения РЧВ побуждает его устранить снижение частоты. Это может
быть осуществлено только рейкой топливных насосов высокого давления Ар. Таким образом,
подача топлива растёт, увеличивая тем самым вращающий момент дизеля.
Однако увеличение подачи топлива Ар и соответственно момента дизеля вызывает рас-
согласование заданного положения реек Ар 3, выбранного из условия оптимальной нагрузоч-
ной характеристики. Появление этого рассогласования на входе сервомотора индуктивно-
го датчика (СМ ИД) вызывает передвижение его поршня и соответственно стержня
индуктивного датчика (ИД) в сторону уменьшения сигнала 67 . Этот сигнал, входя в со-
став общего сигнала задания мощности тягового генератора, тем самым снижает мощность
тягового генератора.
168
Рис. 4.22. Упрощённая структурная схема системы объединённого регулирования дизель-генератора:
КМ — контроллер машиниста; МР1-МР4 — электромагниты регулятора дизеля; ВП — всережимная
пружина; РЧВ—регулятор частоты вращения; НЭ — нелинейный элемент корректора по наддуву; ГУ —
гидроусилитель корректора по наддуву; МП—передаточный механизм; Диз—дизель; НЭЗ—нелинейный
элемент объединенного регулятора мощности; СМ ИД — сервомотор индуктивного датчика; В —
возбудитель; Г — генератор; СУ — селективный узел; Дт, Дн — датчики тока и напряжения тягового
генератора; Мдиз—момент дизеля; Мсопр—момент сопротивления; Mconst—постоянные нагрузки; Mvar—
переменные нагрузки; Мген — момент генератора; Zroc, (7Г0С, Ргос — сигналы обратной связи по току,
напряжению и мощности генератора; У—множительное устройство; ®—регулировочный параметр; ТБ—
тахометрический блок; Рк — давление воздуха; ДЧВ — датчик частоты вращения коленвала; 1Г — ток
генератора; UT—напряжение генератора; hp 3—заданные положения реек; hp—фактическое положение
реек; ДЛ—отклонение от заданного положения реек; UK д—сигнал индуктивного датчика; шд—заданная
частота вращения коленвала; (одаз—частота вращения коленвала; Awo с—обратная связь по частоте вращения
коленвала; 1 — узел сравнения; 2 — сумматор; — — коэффициент учета инерционности вращающихся
масс дизеля; 3—корректор подачи топлива по наддуву; 4—умножитель
169
Рис. 4.23. Характеристики ограничений корректора
по наддуву:
йр огр — ограничение подачи топлива; Рк — давление
наддува; 1 — ограничительная характеристика по
подаче топлива; 2—ограничительная характеристика
по мощности генератора
Момент сопротивления тягового ге-
нератора снижается до тех пор, пока в
объединённой системе регулирования не
установится равновесие по всем каналам,
т.е. со диз = соо с и А = Ар. Так же происхо-
дят процессы при уменьшении момента
сопротивления. Зона действия индуктив-
ного датчика выбирается таким образом,
чтобы соответствующим изменением
мощности тягового генератора можно
было перекрыть все величины колебаний
вспомогательных и других нагрузок.
Для понижения дымности выхлопа в ре-
гуляторе 7РС2 устанавливается корректор
подачи топлива по давлению наддувочно-
го воздуха в ресивере дизеля. На рис. 4.22
это гидроусилитель ГУ с нелинейностью на
выходе и соответствующие связи.
Воздух под давлением Рк из ресивера дизеля подаётся в регулятор дизеля на мембрану.
Затем передвижение мембраны усиливается гидроусилителем ГУ.
На рис. 4.23 показаны характеристики ограничений в зависимости от давления наддува.
При этом попадание рабочей точки на характеристику 2 вызывает принудительное снижение
мощности тягового генератора до селективной (индуктивный датчик ставится на минимум).
Попадание на характеристику 1 физически ограничивает подачу топлива величиной, соот-
ветствующей этой характеристике.
Итак, в штатной схеме объединённого регулирования дизель-генератора осуществля-
ется: поддержание заданного положения рейки топливных насосов в соответствии с опти-
мальной характеристикой нагружения дизеля; ограничение подачи топлива в зависимости
от давления наддувочного воздуха,
Недостатки такого регулирования:
1) большое количество настроек и регулировок (показаны значком ф на рис. 4.22);
2) эксплуатационная неустойчивость настроек из-за изменения геометрических разме-
ров, качества и наличия рабочей жидкости; взаимозависимости регулировок; засорения ка-
налов гидравлической системы;
3) сложность настройки в эксплуатации, требующая высокой квалификации обслужи-
вающего персонала;
4) нарушение настройки канала ограничения подачи топлива по наддуву приводит к
неработоспособности тепловоза в целом или снижению качества его работы;
5) в основу системы регулирования положен принцип полного использования свобод-
ной мощности дизеля в любых режимах, т.е. система очень быстродействующая, так как
срабатывает в темпе изменения внешних нагрузок. Иногда, например, при боксовании это
свойство наносит прямой вред, и любое боксование переходит в разносное. Поэтому для
защиты от этого явления требуется принятие дополнительных мер (жёсткие динамические
характеристики, уравнители, динамический регулятор напряжения и т.д.), но это борьба
уже со следствием, а не с причиной.
170
4.10. Микропроцессорные системы в тепловозах
В тепловозных системах автоматического регулирования применяется так называе-
мый аналоговый метод обработки информации. При этом между переменными значения-
ми величин, участвующими в обработке, осуществляется связь в виде линейных и нели-
нейных зависимостей, причём эти операции проводятся всеми элементами системы
непрерывно и параллельно.
Применение микропроцессорной техники при построении систем регулирования подра-
зумевает использование цифрового метода обработки информации, в котором все физичес-
кие величины, участвующие в процессе регулирования, преобразуются в цифровой фор-
мат, а непрерывный и параллельный процесс вычисления той или иной величины заменяется
совокупностью последовательных операций, осуществляемых прерывисто во времени.
Микропроцессорная система автоматического регулирования (МПСАР) включает в
себя три основные составные части (подсистемы): вычислительную часть, интерфейсную
часть и подсистему электропитания.
Аппаратура микропроцессорных систем автоматического регулирования осуществля-
ет ввод информации от датчиков или командных устройств, логическую обработку этой
информации в заданной последовательности и вывод полученных результатов в исполни-
тельные устройства. Задачи, решаемые каждым конкретным устройством, определяются
алгоритмом его работы, т.е. упорядоченной последовательностью действий с конечным
числом операций, что приводит к получению определённого результата. Последователь-
ность выполнения операций (программа работы) закладывается в структуру электричес-
кой схемы и в связи между программными и аппаратными средствами: электронными и
электромеханическими элементами, входящими в состав системы.
Практика создания микропроцессорных автоматических систем подтвердила целесооб-
разность их выполнения в виде специализированных модулей, проблемно и функционально
ориентированных в рамках определённых задач, алгоритмов и функций. Под модулем в дан-
ном случае понимается конструктивно законченное устройство, решающее вычислительные
или управляющие задачи заданного класса самостоятельно или в совокупности с другими
модулями. Характерной особенностью такого построения систем является то, что независи-
мо от решаемых задач электрическая схема и набор функциональных модулей могут оста-
ваться постоянными. Различие сводится к осуществлению заданных алгоритмов управления.
Рассмотрим внедряемую во всех тепловозах унифицированную систему тепловозной
автоматики (УСТА), которая является классическим примером микропроцессорных систем
автоматического регулирования. Конструктивно система выполнена в виде блока регули-
рования БР модульной конструкции датчиков, количество которых зависит от варианта
исполнения системы, и соединительных проводов. Вычислительная часть системы представ-
лена модулем процессора ПР, в котором размещён управляющий компьютер. Он предназ-
начен для обработки числовой информации о состоянии объекта регулирования и определе-
ния необходимых управляющих воздействий на объект.
В интерфейсную часть системы входят средства ввода аналоговых сигналов, дискрет-
ных прерывистых сигналов, частотных сигналов, средства вывода дискретных управляю-
щих сигналов и средства вывода аналоговых управляющих сигналов. Она представлена
пятью модулями: модулем аналого-цифрового преобразователя АЦП, модулем ввода диск-
ретных сигналов ГР, модулем выходных ключей ВЫХ, модулем управления широтно-им-
пульсным модулятором Упр.ШИМ и модулем силовых ключей ШИМ и предназначена для
обеспечения связи вычислительной части системы с объектом регулирования. К интерфейс-
171
ной части системы относятся датчики первичного преобразования аналоговых сигналов,
характеризующих режим работы дизель-генераторной установки тепловоза.
Интерфейсная часть выполняет основные функции: ввод в вычислительную часть анало-
говых (непрерывных) гальванически развязанных сигналов, характеризующих значения па-
раметров состояния объекта регулирования (таких, например, как ток, напряжение генера-
тора, выход реек топливных насосов высокого давления дизеля и т.д.), ввод в вычислительную
часть частотных сигналов, т.е. сигналов, характеризующих частоту повторения какого-
либо процесса в объекте регулирования (например, частоты вращения коленчатого вала
дизеля), ввод в вычислительную часть дискретных (релейных) гальванически развязанных
сигналов и используемых для определения факта включения или невключения какого-либо
устройства или аппарата, передача от вычислительного устройства к объекту регулирова-
ния гальванически развязанных аналоговых управляющих сигналов, используемых для плав-
ного (непрерывного) управления объектом (например, для регулирования тока возбуждения
генератора), передача от вычислительного устройства к объекту регулирования дискрет-
ных (релейных) управляющих сигналов, используемых для включения или отключения ка-
ких-либо аппаратов или механизмов (включение или отключение контакторов и реле).
Гальваническая развязка высоковольтных (объекта регулирования) и низковольтных
(микропроцессорная система автоматического регулирования МП САР) цепей предназна-
чена для исключения повреждения последних пиковыми выбросами напряжения, которые
всегда присутствуют в цепях, коммутирующих индуктивные нагрузки (катушки реле, кон-
такторов и электропневматических вентилей). Эта развязка является необходимым усло-
вием надёжной работы вычислительного устройства МП САР.
При работе с высоковольтными аналоговыми электрическими сигналами (например, на-
пряжение и ток тягового генератора тепловоза) их гальваническая развязка, а также при не-
обходимости первичное масштабирование (пропорциональное понижение уровня) сигнала
осуществляется в специальных устройствах, называемых датчиками. При измерении не-
электрических величин (например, выход реек топливных насосов высокого давления ТНВД
дизеля, давление воздуха и т.д.) датчики преобразуют физическую природу сигнала (напри-
мер, перемещение реек ТНВД преобразуется с масштабным коэффициентом в электричес-
кое напряжение на соответствующем входе интерфейсной части МП САР и т.д.).
Подсистема электропитания предназначена для формирования напряжений, необходи-
мых для работы всех составных частей МП САР. Логика работы МП САР, т.е. порядок её
взаимодействия с объектом регулирования, полностью определяется управляющей програм-
мой вычислительной части системы.
Управляющей программой называется циклически замкнутая, непрерывно выполняе-
мая вычислительной частью системы последовательность операций, обеспечивающая оп-
ределенный порядок взаимодействия микропроцессорной системы регулирования с объек-
том регулирования. Порядок взаимодействия, реализуемый управляющей программой,
называется алгоритмом работы системы. Блок регулирования обрабатывает поступающие
в него входные сигналы из схемы тепловоза и выдаёт управляющие воздействия согласно
управляющей программе. Модуль центрального процессора построен на базе однокрис-
тального микроконтроллера и предназначен для логической и арифметической обработки
информации на основе принципа программного управления.
К основным характеристикам микропроцессора (микроконтроллера) относят: длину
слова (число битов в одной кодовой комбинации), число и схему организации внутренних
регистров; число портов для ввода и вывода информации; набор команд; быстродействие
(число операций в 1 с). Чем выше численное значение указанных характеристик, тем боль-
ше возможностей у микропроцессора.
172
Синхронизация работы микропроцессорной автоматической системы — это точное вре-
менное согласование работы всех её частей для выполнения заданных операций. Наимень-
ший промежуток времени, устанавливаемый в микроконтроллере периодом системных так-
товых сигналов, соответствует времени выполнения одной микрооперации, определяя
наибольшее быстродействие машины по отношению к элементарным преобразованиям ин-
формации. Системные тактовые сигналы поступают в том или ином виде на все устрой-
ства микропроцессорной системы.
Конкретное построение системы синхронизации очень зависит от компоновки отдель-
ных устройств микропроцессорной системы автоматического регулирования с элементной
базой, на которой она реализована. В системе УСТА синхронизация осуществляется гене-
ратором прямоугольных тактовых импульсов с частотой модуляции 10 мГц.
В микропроцессорной автоматической системе необходимы средства обмена данными
с разнообразными внешними устройствами. В зависимости от условий конкретного приме-
нения и характеристик периферийного оборудования данные передаются в параллельном
или последовательном виде. Общность функций ввода-вывода стимулировала разработку
интегральных микросхем периферийных адаптеров, представляющих собой гибкие програм-
мируемые приборы, предназначенные только на ввод-вывод информации. Это вызвано тем,
что в большинстве случаев к микропроцессорной системе требуется подключить немалое
количество внешних устройств (работающих по очереди или одновременно), особенно не-
стандартных. Многоразрядный контроллер параллельного обмена с двунаправленными ли-
ниями изменением управляющего слова можно приспособить для одновременного сопряже-
ния разнообразными внешними устройствами.
В рассматриваемой автоматической системе функции ввода-вывода выполняют про-
граммируемые контроллеры параллельного обмена типа КМ1821РУ55. Каждый из них об-
разует по три восьмиразрядных порта обмена данными, которые могут работать вместе,
раздельно или побитно. Режим работы адаптера определяется кодом управляющего слова,
загружаемого микропроцессором в регистр управления контроллера.
Передача информации от блока регулирования к удалённым объектам (до 15 м без специаль-
ной обработки) и обратно осуществляется последовательным кодом, получаемым преобразова-
нием параллельных кодовых комбинаций в последовательные специальными буферными схема-
ми или внутри микроЭВМ (например, последовательный порт RS-232). Для применения интерфейса
RS-232 необходимы условия: относительная удалённость объекта обмена информацией от компь-
ютера при наличии общего контура заземления, сравнительно невысокая скорость обмена дан-
ными (максимально возможная скорость передачи данных стандартного последовательного пор-
та равна 115 200 бит/с), а применение стандартного интерфейса для подключения к
управляющему устройству упрощает процесс выбора внешних соединений и повышает опера-
тивность в работе. Далее преобразованные серии импульсов поступают в двухпроводные ли-
нии связи. В микроЭВМ осуществляется распознавание начала и конца посылки кода, синхро-
низация приёма-передачи битов, преобразование последовательных кодовых комбинаций в
параллельные, слежение за наличием ошибок и сообщение о готовности к выполнению операций.
В простейшем случае для приёма-передачи данных последовательного порта не тре-
буется никаких дополнительных устройств, кроме входных ограничителей уровня сигна-
лов. Такая схема может оказаться неработоспособной из-за потерь и затухания сигналов
по длине магистрали. Наиболее рациональным решением оказывается использование спе-
циализированных микросхем преобразователей уровня. Каждое периферийное устройство
может посылать в процессор сигнал о том, что оно готово к передаче или приёму инфор-
мации в случае, когда нежелательно организовывать программный опрос его готовности.
173
Такой сигнал называется прерыванием INT. Получив этот сигнал, процессор приоста-
навливает выполнение основной программы и переходит к выполнению подпрограммы
обработки прерывания.
Прерывание следует рассматривать как некоторый сигнал, заставляющий вычисли-
тельное устройство остановить выполнение текущей программы и переключиться на дру-
гую, более важную или срочную программу, называемую подпрограммой обслуживания
прерывания. Главным условием правильной реакции вычислительного устройства на пре-
рывание является возобновление прежней программы так, как будто прерывания не было
вообще. Прерывание может появиться в произвольный момент времени. Следовательно, ре-
агируя на него, вычислительное устройство должно временно запомнить место в програм-
ме. Когда обслуживание прерывания завершается, запомненные значения возвращаются и
программа выполняется из того состояния, в котором она была прервана.
Основным требованием к любой автоматической системе является непрерывность уп-
равления, т.е. исключение режимов, когда управляющее устройство не в состоянии контро-
лировать режимы работы объекта управления. Такое может произойти при остановке вы-
полнения программы или сбое её выполнения из-за внешних воздействий или помех.
Исходная информация, поступающая из внешних устройств, может поступать не
только в дискретном, но и в аналоговом виде в некотором диапазоне напряжений посто-
янного тока.
Процесс сбора и обработки сигналов постоянного тока включает в себя несколько
этапов, начиная с процедуры согласования сигналов и заканчивая преобразованием их в
цифровой код. Операции обработки сигналов постоянного напряжения определяются тре-
бованием обеспечения заданного качества регулирования.
Входные сигналы в виде напряжения постоянного тока поступают на входы моду-
ля. Обеспечение требуемого качества регулирования тесно связано с качеством вход-
ных сигналов, которые в условиях действия помех проходят предварительную фильтра-
цию посредством RC-фильтров, назначение которых — подавление помех на входе. При
этом предполагается, что у полезного сигнала датчика и сигнала помехи разные диапа-
зоны частот.
Диапазон частот, в котором полезный сигнал проходит через фильтр, называют полосой
пропускания, а в котором подавляется сигнал помехи,—полосой подавления. Отфильтрован-
ные входные сигналы подключаются к соответствующим входам интегральных коммутато-
ров и далее на микросхему десятиразрядного аналогоцифрового преобразователя АЦП. Вы-
ходная кодовая десятиразрядная комбинация подключается к шине данных процессора.
Для формирования временных сигналов управления работой широтно-импульсного мо-
дулятора служат два программируемых таймера.
Модуль ввода дискретных сигналов включает 16 одинаковых каналов ввода дискрет-
ных сигналов и предназначен для обеспечения передачи сигналов из электрической схемы
локомотива с относительно высоким напряжением питания и вычислительной части микро-
процессорной системы с напряжением 5 В. Для согласования сигналов необходимо предус-
мотреть устройства гальванической развязки (разделения цепей), т.е. исключения непосред-
ственного контакта между высоковольтными и низковольтными цепями.
Задачу, обратную модулю ввода дискретных сигналов, выполняет десятиканальный
модуль выходных ключей: выдачу управляющих сигналов на включение электрических
аппаратов в электрической схеме локомотива.
Катушки электрических аппаратов необходимо объединить по минусовой шине, ком-
мутация с плюсовой шиной происходит через выходные ключи блока регулирования, выве-
174
денные на разъём. Программное управление исполнительными электроаппаратами (вклю-
чение/выключение выходных ключей) происходит каждые 0,1 с.
Модуль управления ключами широтно-импульсного модулятора ШИМ служит для фор-
мирования сигналов управления силовыми транзисторами, осуществляющими регулирова-
ние тока обмоток возбуждения синхронного возбудителя и стартёр-генератора (для тепло-
возов с передачами переменно-постоянного тока) или возбудителя и вспомогательного
генератора (для тепловозов с передачами постоянного тока) и содержит две совершенно
одинаковые схемы.
Тяговая электропередача и напряжение вспомогательного генератора (стартёр-гене-
ратора) регулируется двухканальным широтно-импульсным модулятором (ШИМ), ко-
торый изменяет действующее значение тока, протекающего по цепям этих обмоток воз-
буждения возбудителя тягового генератора и вспомогательного генератора
(стартёр-генератора). Оба канала по цепям управления разделены друг от друга и внут-
ренних цепей блока регулирования. Обмотки возбуждения электрических машин нужно
объединить по минусовой шине.
Ток в обмотках возбуждения электрических машин регулируется широтно-импульс-
ной модуляцией ШИМ подводимого напряжения. Частота импульсной последовательнос-
ти составляет 100 Гц и задаётся программно. ШИМ-сигналы формируются в модуле АЦП.
С модуля АЦП эти сигналы поступают в модуль управления ШИМ и после преобразова-
ния в модуль ключей ШИМ. Микроконтроллер управляет шириной импульсов, тем са-
мым изменяя средний ток, протекающий через обмотки возбуждения.
Рассмотрим работу микропроцессорной системы управления на примере системы уп-
равления и регулирования тепловоза 2ТЭ116, которая сводится к непрерывному цикличес-
кому выполнению некоторой последовательности операций. Эта последовательность ус-
танавливается управляющей программой вычислительной части системы, записанной в её
постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) центрального процессора, которая размеще-
на на плате модуля ПР. Фрагмент схемы алгоритма работы системы представлен на рис. 4.24.
Система регулирования тягового генератора решает задачи:
1) формирование гиперболической внешней характеристики генератора, которая, кроме
собственно гиперболического участка ограничения мощности, включает также прямоли-
нейные участки ограничения напряжения и тока;
2) использование всей свободной мощности дизеля на тягу;
3) управление контакторами ослабления поля ТЭД;
4) ликвидация боксования;
5) ограничение мощности генератора при отключении ТЭД.
Поскольку режимы работы тепловозного дизель-генератора определяются режимами
движения тепловоза и позицией контроллера машиниста, которые изменяются сравнительно
медленно, корректировать величину заданного напряжения так же часто, как и ток воз-
буждения тягового генератора, не имеет смысла. В связи с этим все остальные операции
алгоритма выполняются в 10 раз реже, т.е. 10 раз в 1 с.
Системы аппаратной части системы УСТА в тепловозах 2М62,2ТЭ10, ТЭП70 и других
работают так же. Основные отличия сводятся к изменению величин настроек внешней ха-
рактеристики тягового генератора, которые указаны в руководстве по эксплуатации каж-
дой серии тепловоза.
175
От блоков 7 и 8
Рис. 4.24. Фрагмент схемы алгоритма работы микропроцессорной системы тепловоза 2ТЭ116
176
4.11. Системы диагностики в тепловозах
Одним из путей повышения эксплуатационной надёжности тепловозов является приме-
нение бортовых диагностических устройств. Диагностические бортовые системы устанав-
ливаются и при так называемом «капитальном ремонте с продлением срока службы (КРП)»
тепловозов типа 2ТЭ10, ЧМЭЗ, ТЭМ2,2ТЭ116.
Из статистических данных неисправностей в пути следования видно, что большая доля
внезапных отказов оборудования тепловозов связана с механическими повреждениями (из-
ломы, трещины, разрывы и др.). Однако постановка задачи перед системой бортовой ди-
агностики о распознавании таких внезапных отказов нецелесообразна, во-первых, в силу
их очевидности; во-вторых, даже при установлении отказа диагностированием локомо-
тивной бригадой, как правило, нет возможности устранения причины и последствия вре-
менными мерами, чтобы продолжить движение локомотива с поездом.
Неисправности тепловозов в эксплуатации вызываются следующими внезапными от-
казами локомотивного оборудования: неконтролируемые нарушения температурных режи-
мов, ухудшение качества функционирования различного оборудования, в том числе обус-
ловливающего увеличение расхода топлива дизелем на единицу производимой им тяговой
работы. Количество внезапных отказов оборудования тепловоза (в первую очередь это ка-
сается дизеля) можно уменьшить оперативным контролем бортовой системой диагностики
доступных косвенных показателей работы этого оборудования.
Причинами отказов могут быть неисправности элементов электрооборудования (на-
рушения целостности и качества электрических цепей, повреждения релейно-контактных
аппаратов и т.п.) и другого оборудования локомотива. Последствия таких отказов в той
или иной степени может устранить локомотивная бригада. Однако причины нарушения нор-
мальной работы оборудования могут быть не найдены оперативно, т.е. для их отыскания
необходимы специальные алгоритмы контроля (проверок).
Локомотивная бригада в пути следования может столкнуться с неисправностями обо-
рудования тепловоза, угрожающими безопасности движения. В таких обстоятельствах ей
важно оперативно знать о начале приближения угрозы, чтобы не дать по возможности неис-
правности быстро развиться и заблаговременно обоснованно остановить движение поезда.
Диагностирование узлов трения колёсно-моторных блоков, техническое состояние кото-
рых определяет безопасность движения, целесообразнее проводить специальными средствами
в депо, нежели при движении локомотива.
Можно определить энергетическую эффективность графикового и безопасного просле-
дования с поездом по маршруту.
Бортовая диагностика улучшает условия труда локомотивной бригады при контроле ос-
новных показателей работы локомотивного оборудования во время движения локомотива бла-
годаря оценке устройствами возможных аварийных ситуаций в тепловозе, контролю так назы-
ваемых основных «дежурных» показаний работы его оборудования, контролю значений
«расширенных» данных, обычно оцениваемых по штатным приборам вне кабины машиниста.
Бортовыми устройствами можно оценить и определить: степень загрязнённости фильт-
рующих агрегатов масляной и топливной систем дизеля; величину износа коренных, ша-
тунных подшипников и соответствующих шеек коленчатого вала дизеля; общее качество
рабочего процесса в цилиндрах дизеля; общее состояние турбокомпрессора; неисправности
в регуляторе частоты вращения коленчатого вала дизеля; общую энергетическую эффек-
тивность дизель-генераторной установки; состояние выпрямительной установки; сопротив-
ление изоляции высоковольтных и низковольтных цепей электрической схемы; остаточную
177
ёмкость аккумуляторной батареи; токораспределение по тяговым двигателям; неисправнос-
ти в цепях и системах возбуждения тягового и вспомогательного генераторов; неисправно-
сти в цепях электродвигателя и управления тормозного компрессора; состояние буксовых
подшипников; неисправности в системе автоматического регулирования температуры, воды
и масла; уровень воды в расширительном баке системы охлаждения, скорость её ухода с
прогнозированием момента полного опорожнения бака; гидравлические характеристики кон-
туров охлаждения; теплорассеивающую способность радиаторов контуров охлаждения; при-
чины срабатывания аварийно-предупредительной сигнализации.
Но расширение и углубление возможностей бортовых систем диагностики приво-
дит к увеличению количества измерительных преобразователей, линий связи, элементов
коммутации, т.е. к удорожанию систем, снижению их надёжности и увеличению затрат
по эксплуатационному сопровождению. Для этого требуется определение свыше 50 сиг-
налов и измерение более 80 электрических, теплофизических и четырёх частотных зна-
чений оборудования.
Бортовые диагностические установки решают основные задачи: оперативный поиск
места и определение возможных причин отказов контролируемого оборудования теплово-
за для быстрого устранения локомотивной бригадой последствий отказов мерами, в том
числе временными, которые бы обеспечили продвижение тепловоза с поездом по перегону
даже при снижении мощности силовой установки; укрупнённая оценка текущего техничес-
кого состояния контролируемого оборудования тепловоза; подготовка информационной
базы для принятия решения о необходимости углублённого диагностирования локомоти-
ва в условиях депо со стационарной диагностической установкой или специальными сред-
ствами технического диагностирования; накопление, хранение и передачу диагностичес-
кой информации в стационарные средства диагностики для прогнозирования остаточного
ресурса; взаимодействие со стационарными системами диагностики в качестве её измери-
тельной подстанции.
Аппаратные средства бортовых систем диагностики тепловозов включают в себя: ус-
тройство обработки информации (центральный микропроцессорный блок); энергонезависи-
мое запоминающее устройство; температурный измеритель; дисплейный модуль (один на
каждую кабину); комплект датчиков и измерительных преобразователей; комплект поме-
хозащищённых кабелей. Отдельные устройства обмениваются информацией по последова-
тельным каналам связи с питанием от бортовой сети тепловоза (с напряжением 110 или 75 В
постоянного тока).
Энергонезависимое запоминающее устройство предназначено для записи и хранения
диагностической информации. Оно включает в себя съёмный энергонезависимый накопи-
тель и бортовое приёмно-контактирующее устройство. Температурный измеритель пред-
назначен для преобразования термоэдс и термосопротивлений в цифровой код. Дисплейный
модуль предназначен для отображения диагностической информации в алфавитно-цифро-
вом и графическом виде и ввода необходимых команд с многофункциональной клавиату-
ры. Комплект измерительных преобразователей давления, тока, напряжения превращает из-
меряемые физические величины в унифицированный электрический сигнал с уровнем ±5
мА (±5 В).
Развитие методов оценки технического состояния направлено на прогнозирование ос-
таточного ресурса. Результаты прогноза дают обслуживающему персоналу более важ-
ную информационную нагрузку, чем просто диагноз. Невозможно построить эффектив-
ную систему ремонта по состоянию оборудования тепловоза без умения прогнозировать
его техническое состояние. В такой системе ремонта важно знать наряду с оценкой теку-
178
щего состояния, а «хватит» ли запаса этого состояния, если не осуществлять предписан-
ных правилами ремонтных воздействий до момента проведения следующего ремонта с
такими же ремонтными работами.
Рассмотрим в качестве примера систему диагностики тепловоза 2ТЭ10М, устанавлива-
емую при проведении так называемого «капитального ремонта с продлением срока службы
(КПФ)».
Система диагностики состоит из дисплейного модуля машиниста, устройства сбора и
обработки информации (УОИ), температурного измерителя (ИТ), набора преобразователей
измерительных напряжения и тока, комплекта датчиков давления, термопреобразователей
сопротивления, датчиков частоты вращения, датчика линейных перемещений и обеспечива-
ет выполнение функций: сбор и обработка дискретных сигналов от электрической схемы
локомотива, сбор и обработка аналоговых входных сигналов отдатчиков и первичных пре-
образователей, сбор и обработка частотных входных сигналов от датчиков, приём и обра-
ботка диагностической информации от датчиков температур, выполнение алгоритмов ди-
агностирования, выдача результатов диагностирования на дисплей пульта машиниста.
Дисплейный модуль (ДМ) пульта машиниста представляет собой цветную дисплей-
ную панель и одноплатную микроЭВМ и обеспечивает связь и диспетчеризацию устройств
системы диагностики, обработку поступающей диагностической информации, осуществ-
ление алгоритмов диагностирования и управления с заданной периодичностью, выдачу
результатов диагностирования на дисплейную панель (в цифровом, графическом и тексто-
вом виде), управление системой отображения диагностической информации, межсекцион-
ный обмен диагностической информацией.
Устройство сбора и обработки информации предназначено: для преобразования и галь-
ванической развязки дискретных входных сигналов с уровнем бортовой сети тепловоза в
стандартный ТТЛ (транзистор-транзисторная логика) уровень по шестнадцати каналам;
преобразования аналоговых унифицированных электрических сигналов (0—5 В, 0—5 мА)
от датчиков и первичных преобразователей в десятиразрядный цифровой код по пятнад-
цати каналам; преобразования частотных входных сигналов в диапазоне 10—5000 Гц с ам-
плитудой 5—30 В в цифровой код по двум каналам; бесконфликтного обмена информацией
с другими абонентами по последовательному каналу связи.
Температурный измеритель обеспечивает: приём и обработку сигналов от термосоп-
ротивлений, подключённых по четырёхпроводной схеме по двадцати четырём каналам;
приём и обработку сигналов от термопар по двадцати четырём каналам; бесконфликтный
обмен информацией с дисплейным модулем контроллера машиниста по последовательно-
му каналу связи. Комплект датчиков обеспечивает преобразование параметров давлений,
температур, перемещений, сигналов тока и напряжения в унифицированный аналоговый
сигнал и частот вращения в нормализованный частотный сигнал напряжением от 0 до 30 В.
Система диагностики связана с объектом диагностирования датчиками и первичными
преобразователями.
Ядром системы является дисплейный модуль ДМ, собирающий информацию от эле-
ментов системы по последовательным каналам связи, её анализ и выдачу результатов ди-
агностирования. Блоки системы УОИ, ИТ, в свою очередь, собирают и первично обраба-
тывают информацию от измерительных преобразователей и контрольных точек
электрической схемы тепловоза, а также передачу диагностической информации в ДМ.
УОИ питается от бортовой сети тепловоза. Блок УОИ вырабатывает напряжение пита-
ния датчиков, тока, напряжения, датчика положения реек топливных насосов. Для определе-
ния состояния схемы тепловоза в блок УОИ вводятся дискретные сигналы от органов управ-
179
ления (электрические автоматы, сигналы от пульта машиниста) и электроаппаратов (кон-
такты реле, электропневматические клапаны) по пятнадцати каналам. Опрос дискретных ка-
налов происходит программно каждые 0,1 с. Для устранения эффекта дребезга контактов
предусмотрена программная фильтрация информации. Внешние дискретные сигналы гальва-
нически развязаны от внутренних цепей блока регулирования. УОИ измеряет период входно-
го частотного сигнала методом заполнения опорной частотой. Опрос аналоговых каналов
происходит программно каждые 0,01 с. После включения питания на дисплейной панели пуль-
та машиниста появится «основной» кадр с виртуальными приборами (см. рис. 1.6), а в левом
верхнем углу отобразится номер позиции контроллера машиниста, чуть ниже — положение
вас
Рукоятка реверсора
в нейтральном положении
Положение рукоятки
реверсора «Вперёд»
Положение рукоятки
реверсора «Назад»
Дизельное оборудование
Электрическое оборудование
Выход из диалога
Общие параметры дизеля
Масляная система дизеля
Топливная система дизеля
Воздушная система дизеля
Бортовая сеть
Система возбуждения
Тяговые электродвигатели
Регулятор мощности
Рис. 4.25. Мнемонические знаки
системы диагностики
реверсора. Верхняя половина экрана предназначена для
отображения информации комплексного локомотивного
устройства безопасности (КЛУБ).
В нижней половине экрана расположены виртуаль-
ные амперметр и вольтметр главного генератора, тер-
мометры воды и масла на выходе из дизеля обеих сек-
ций. Мнемонические знаки (рис. 4.25) с изображением
локомотивов в нижней части экрана предназначены
для выбора соответствующей секции, контролируе-
мые параметры которой можно просмотреть сенсор-
ными клавишами.
Секция локомотива выбирается указанием на со-
ответствующий мнемознак. Дисплейный модуль ДМ
оборудован сенсорной клавиатурой, для срабатывания
которой необходимо поднести на расстояние 0,5—1 см к
соответствующей области дисплейной панели палец или
любой другой предмет (ручку, карандаш). Прикоснове-
ния к экрану не требуется. После выбора секции тепло-
воза соответствующий ей мнемонический знак будет об-
веден рамкой и в правой нижней части экрана появятся
мнемознаки системы меню.
У системы меню есть два уровня. На первом уров-
не пользователь может выбрать тип интересующего его
тепловозного оборудования (например, дизельное или
электрическое). Выход на желаемый второй уровень
меню осуществляется указанием на соответствующий
мнемонический знак.
При указании на мнемонический знак из меню вто-
рого уровня на дисплей выводятся соответствующие
диагностические кадры, которые представляют собой
упрощённые схемы соответствующих систем с вклю-
чёнными в них виртуальными измерительными прибо-
рами. Значения контролируемых параметров отобража-
ются в цифровом виде и по шкале виртуального прибора.
При выборе дизельного оборудования доступными
становятся диагностические кадры, отражающие показа-
тели работы дизеля, состояние масляной системы дизеля,
топливной системы дизеля, системы воздухоснабжения.
180
Диагностический кадр «Общие параметры дизеля» отображает: частоту вращения ко-
ленчатого вала дизеля (F), условный обобщенный коэффициент эффективности дизель-ге-
нераторной установки (КДГУ), температуры отработавших газов по цилиндрам и на входе
в турбокомпрессор. Буква «Т» на месте значения обобщенного коэффициента означает, что
идёт тестирование. Численное значение КДГУ получается после работы тепловоза в тяго-
вом режиме поочередно на всех позициях контроллера в течение не менее 10 с на каждой
позиции.
На диагностическом кадре одновременно отображаются только две из контролируе-
мых температур отработавших газов. Для просмотра остальных температур необходимо
указать на другие интересующие пары цилиндров или на турбокомпрессор. При этом бу-
дут изменяться линии, связывающие цилиндры дизеля с виртуальным термометром, и со-
ответствующие им значения температур.
Диагностический кадр «Масляная система» упрощённо отображает гидравлическую
схему масляной системы дизеля для контроля величин: частоты вращения коленчатого вала
дизеля (численное значение на фоне дизеля); температуры масла на входе и выходе из дизе-
ля; давления масла перед фильтром грубой очистки масла (ФГОМ) и на входе в дизель;
перепада давления на ФГОМ; износа подшипников коленчатого вала дизеля.
Износ подшипников оценивается в процессе эксплуатации. Для получения численно-
го значения износа тепловозу надо проработать на всех позициях контроллера не менее 5 с.
До тех пор, пока износ не оценён, вместо численного значения выводится буква «Т», что
означает тестирование.
На диагностическом кадре «Топливная система» показаны упрощённая гидравличес-
кая схема топливной системы дизеля и контролируемые в ней параметры: температура топ-
лива на входе в дизель; давление топлива до фильтра тонкой очистки (ФТО) и после него;
перепад давления на фильтре; степень загрязнения ФТО; частота вращения коленвала.
Загрязнение ФТО определяется в процессе эксплуатации. Для получения процентного
значения загрязнения тепловозу надо проработать на всех позициях не менее 5 с. До тех пор,
пока загрязнение не определено, вместо численного значения выводится буква «Т», что оз-
начает тестирование.
На диагностическом кадре «Система воздухоснабжения» схематично изображена
структура воздушной системы дизеля и контролируемые в ней параметры: температура
выпускных газов на входе в турбину (правая и левая сторона); частота вращения ротора
турбокомпрессора; давление наддувочного воздуха; разрежение на всасывании компрессо-
ра; температура воды на входе в охладитель наддувочного воздуха.
Для выхода из любого меню дизельного оборудования необходимо указать на правую
нижнюю кнопку «Выход». Для просмотра параметров электрооборудования необходимо
заново выбрать интересующую секцию тепловоза, затем указать на мнемознак «Электри-
ческое оборудование».
В появившемся меню электрооборудования второго уровня доступными становятся
диагностические кадры: бортовая сеть; система возбуждения; тяговые электродвигатели;
регулятор мощности.
На диагностическом кадре «Бортовая сеть» упрощённо изображён фрагмент электри-
ческой схемы тепловоза с аккумуляторной батареей, вспомогательным генератором, регу-
лятором напряжения. На фрагменте схемы отображены контролируемые параметры: на-
пряжение на батарее, сопротивление изоляции плюсовой и минусовой цепей управления,
исправность регулятора напряжения бортовой сети.
На диагностическом кадре «Система возбуждения» изображена упрощённая струк-
турная схема системы регулирования возбуждения тягового генератора и контролируемые
181
параметры: код угла управления ШИМ-ключа; ток возбуждения генератора; напряжение
генератора; ток генератора; состояние контактора возбуждения; исправность дискретных
выходных и ШИМ-ключей системы УОИ.
Диагностический кадр «Тяговые электродвигатели» схематично отображает напряже-
ние блока диодов сравнения, общий ток ТЭД, состояние отключателей моторов (ОМ), кон-
такторов ослабления возбуждения ТЭД (КШ1, КШ2). При отключении хотя бы одного из
тумблеров ОМ1—ОМ6 на кадре отобразится отключатель ОМ в разомкнутом состоянии.
При включении контакторов КШ1 или КШ2 на диагностическом кадре замкнется соот-
ветствующий ему знак.
Диагностический кадр «Регулятормощности» представляет возможность увидеть: мо-
торесурс и моточасы дизеля, уровень мощности (полный или селективный). На шкале ото-
бражается заданное и измеренное положение реек топливных насосов в условных едини-
цах. Шкала предназначена для визуального контроля работы регулятора мощности по
положению реек топливных насосов. На фоне дизеля отображаются: частота вращения
вала дизеля (J), мощность на клеммах тягового генератора (Р), давление наддувочного воз-
ЛУХа (Ннадд)-
Для выхода из любого меню необходимо указать на правую нижнюю кнопку «Выход».
При определении подсистемной диагностики неисправности в какой-либо контролиру-
емой системе на дисплей машиниста выводится соответствующее тревожное сообщение.
Для определения сообщения необходимо указать на его поле. Мнемознак, соответствую-
щий системе, в которой обнаружена неисправность, окрашивается в красный цвет. Мне-
мознак, соответствующий секции тепловоза, тоже частично окрашивается в красный цвет.
Для отображения на основном кадре дисплея информации о токе и напряжении тяго-
вого генератора в цифровом виде необходимо указать на поле, расположенное в нижней
части виртуального прибора. Повторное действие приводит к исчезновению цифровой
информации.
Составные части системы диагностики (ДМ, блок УОИ) размещаются в кабине маши-
ниста. Преобразователи тока и напряжения устанавливаются в правой высоковольтной ка-
мере тепловоза; ИТ, датчики давления, температуры находятся в дизельном помещении.
Датчики частоты вращения и линейных перемещений размещаются на дизеле.
4.12. Электрические схемы тепловозов
Изображение на чертеже электрических соединений всего электрооборудования локо-
мотива называют электрической схемой тепловоза.
По назначению для использования электрические схемы бывают трёх видов:
1. Монтажные схемы представляют действительное взаимное расположение частей элек-
трических машин, аппаратов, клеммных коробок, кабелей, проводов, приборов. Кроме мар-
кировки у кабелей и проводов указывается их тип, количество жил и проводов и поперечное
сечение. Такие схемы предназначены для сборочных работ.
2. На принципиальных схемах условно изображены электрические машины, аппараты,
приборы, соединённые между собой кабелями и проводами. Переходные клеммы, клеммные
сборки, маркировка (нумерация) проводов и кабелей не указываются. Такие схемы наибо-
лее просто и наглядно поясняют принципы их действия.
3. Для изучения принципа действия, практических проверок и испытаний электрообо-
рудования применяется принципиальная (или проще полумонтажная) схема, её называют и
исполнительной. В отличие от принципиальной на ней изображены переходные клеммы,
182
клеммные сборки, указана маркировка (нумерация) кабелей, проводов и клемм. Но схема
не показывает действительного взаимного расположения частей электрооборудования и их
механических связей.
В полумонтажных схемах электрические машины и аппараты показаны в обесточен-
ном состоянии. При этом части одних и тех же аппаратов (обмотки, рабочие и блокиро-
вочные контакты и др.) не группируются, а изображаются непосредственно в соответству-
ющих цепях. Все части каждого аппарата обозначаются одинаковой цифрой или буквой, а
кабели и провода нумеруются.
Электрические цепи тепловозов можно разделить на четыре группы: силовая цепь;
возбуждения тягового генератора и возбудителя; вспомогательные (управления, защи-
ты); освещения.
Силовые цепи представляют собой собственно тяговую электрическую передачу мощ-
ности от дизеля к движущим колёсам тепловоза: тяговый генератор, тяговые электричес-
кие двигатели, силовые коммутационные аппараты, кабели и провода, соединяющие их.
Кроме того, в тепловозах с передачей постоянного тока к силовой цепи относятся элементы
и аппараты для запуска дизеля. Силовые цепи связаны с аппаратами электропередачи, ко-
торые обеспечивают автоматическое управление работой.
Цепи возбуждения тягового генератора и возбудителя соединяют якори возбудителя с
обмоткой возбуждения тягового генератора, цепи аккумуляторной батареи с обмоткой
возбуждения возбудителя и формируют внешнюю характеристику тягового генератора.
Вспомогательные цепи и цепи управления предназначены для включения и выключе-
ния аппаратов и приборов управления и контроля, которые питаются от аккумуляторной
батареи либо от вспомогательного генератора (стартёр-генератора). Схема цепей управле-
ния и освещения едина, но для удобства чтения иногда цепи освещения на полумонтажной
схеме изображаются отдельно. Цепями освещения подключаются приборы внутреннего и
наружного освещения тепловоза.
Электрические соединения электрооборудования выполняются с учётом: простоты опе-
раций управления; обеспечения заданной последовательности переключения аппаратов под
воздействием органов управления; исключения неправильного режима при отказе аппара-
туры; работы системы многих единиц; доступности для осмотра и ремонта.
Из-за сложности полумонтажных схем тепловозов легче изучать их по электрическим
цепям в соответствии с последовательностью включения их в работу. Рассмотрим примеры.
Для пуска дизеля тепловоза типа 2ТЭ10 необходимо последовательно: включить разъ-
единитель ВБ аккумуляторной батареи; установить реверсивную рукоятку в положение,
соответствующее направлению движения; поставить переключатель режимов в зависи-
мости от одной или двухсекционной работы; на пульте машиниста ведущей секции повер-
нуть рукоятку блокировки тормоза; включить автоматы «Управление дизелем», «Работа
дизеля», тумблер «Топливный насос». После этого нажать кнопку «Пуск дизеля». После
нажатия кнопку можно отпустить. При неудавшемся пуске повторную попытку осуще-
ствлять через 1—2 мин, но не более трёх раз. Вначале рекомендуется запустить дизель
ведомой секции.
Контактор Д1 (рис. 4.26) подключает пусковую обмотку П1П2 тягового генератора Г
(по проводу 494) к минусу аккумуляторной батареи (провод 492). Включение контакто-
ров ДЗ соединяет параллельно аккумуляторные батареи АБ двух секций. Минусовые клем-
мы АБ двух секций постоянно соединены проводами 393 и 293 через розетку РПБ. Контак-
тор Д2 своими главными контактами между проводами 493 и 531 соединяет «плюс» батареи
АБ через зажим +Я1 с якорем тягового генератора. Включение контакторов Д1, Д2, ДЗ
183
подводит ток от АБ двух секций к тяговому генератору. Ток проходит по обмотке якоря
дополнительных полюсов и пусковой, в результате чего режим двигателя последовательно-
го возбуждения раскручивает вал дизеля для пуска.
После запуска дизеля главный генератор переходит в режим генератора, электричес-
кий ток от которого направляется к тяговым электродвигателям по силовой цепи высокого
напряжения. Цепь тяговых электрических двигателей включает в себя последовательно со-
единённые обмотку якоря, обмотку дополнительных полюсов и обмотку возбуждения. Кон-
такты реверсора в цепях обмоток возбуждения позволяют переключать направление тока в
этих обмотках и тем самым изменять направление движения тепловоза.
Главные контакты КВ подключают независимую обмотку возбуждения главного гене-
ратора к якорю возбудителя через вспомогательный шунт 117 (рис. 4.27), который исполь-
зуется для подключения измерительных приборов при реостатных испытаниях тепловоза.
Минусовая клемма возбудителя Я2 постоянно подключена к обмотке возбуждения генера-
тора. Тяговые двигатели подключаются к тяговому генератору Г (для упрощения показаны
цепи одного тягового двигателя ЭД1) через поездной контактор ГН. Минусовая цепь тяго-
Рис. 4.26. Упрощённая схема силовых цепей пуска дизеля:
АБ—аккумуляторная батарея; РПБ—розетка параллельности батарей; Д1, Д2, ДЗ—пусковые контакторы;
П1, П2 — выводы пусковой обмотки генератора; Я1, Я2 — выводы якорной обмотки тягового генератора;
Я2, П — выводы обмотки дополнительных полюсов тягового генератора; 292,293,390,393,396,397,492,
493,494, 531 — силовые кабели; Г — тяговый генератор; ВБ — разъединитель аккумуляторной батареи
184
вого электродвигателя ЭД 1, образованная дополнительными полюсами Я2, обмоткой воз-
буждения Cl, С2, контактами реверсора ПР, подключается к минусу тягового генератора
через главный шунт 104. На измерительный зажим этого шунта (провод 503) подключён
амперметр А1, установленный на пульте машиниста. К одному из зажимов шунта (провод
505) подключается на пульте вольтметр VI. Плюсовой зажим вольтметра VI подключается
к плюсу тягового генератора через добавочное сопротивление 102. С помощью этих прибо-
ров локомотивная бригада может визуально контролировать работу электропередачи. Для
обеспечения защиты от боксования предусмотрены специальные выводы от дополнитель-
ных полюсов тяговых двигателей (провод 1101), которые подключаются к блоку диодов
сравнения БДС. На выходе блока БДС образуется напряжение, пропорциональное наиболь-
шей разности токов тяговых электродвигателей. Сопротивлением СРБ1 настраивают по-
рог срабатывания реле боксования РБ1. При отключении тягового электродвигателя в слу-
чае повреждения его цепь отключается от БДС соответствующим блок-контактом поездного
контактора (Ш—П6).
Рис. 4.27. Упрощённая силовая схема тепловоза в режиме тяги:
Г — тяговый генератор; ЭД1 — тяговый двигатель; В — возбудитель; БДС — блок диодов сравнения;
РБ1 — реле боксования; СРБ1 — сопротивление; ПР — силовые контакты реверсора; СШ2 —
сопротивление ослабления возбуждения; ВШ1, ВШ2 — контакторы ослабления возбуждения; Cl, С2 —
обмотка возбуждения тягового двигателя; Я1, Я2 — выводы обмотки якоря возбудителя и тягового
двигателя; П1, П2 — выводы пусковой обмотки тягового генератора; А1 — амперметр; V1 — вольтметр;
102—добавочное сопротивление; 104—главный шунт; 117 — вспомогательный шунт; Hl, Н2 — выводы
обмотки возбуждения тягового генератора; П — вывод обмотки дополнительных полюсов тягового
генератора; КВ—главные контакты контактора возбуждения; П1 — поездной контактор; П1—П6—блок-
контакты поездных контакторов; 482, 531,534,538,544,557,604 — силовые провода и кабели; 1101,1107,
1112, 1117, 1122, 1127, 5074, 5075 — вспомогательные провода; 503, 505, 507 — измерительные провода
185
Контакторы ослабления поля ВШ1 и ВШ2 осуществляют шунтировку обмотки возбуж-
дения тяговых электродвигателей сопротивлениями СШ1, что даёт возможность расширить
диапазон скоростей, при которых используется полная мощность дизель-генератора.
Более подробно с рассмотренными схемами, а также схемами других цепей тепловозов
(например, освещения, заряда аккумуляторной батареи, цепей радиостанции, устройств
безопасности и др.), можно ознакомиться в руководствах по эксплуатации. Электрические
схемы могут отличаться друг от друга даже в пределах одной серии тепловозов, однако
основные принципы построения электрических схем, изложенные в настоящей главе, можно
распространить на все серии тепловозов с электрической передачей, эксплуатируемых на
железных дорогах России.
4.13. Электрический тормоз
В тепловозах с электрической передачей применяется электрический реостатный тор-
моз с независимым возбуждением тяговых электрических двигателей. При этом тяговые
электродвигатели переводятся в генераторный режим, а кинетическая энергия поезда пре-
вращается в тепловую, рассеиваемую тормозными сопротивлениями. Часть выработан-
ной электроэнергии можно использовать для привода электродвигателей вентиляторов
охлаждения тормозных сопротивлений. Благодаря двум системам торможения повышается
безопасность движения поездов. Применение электрического тормоза уменьшает износ тор-
мозных колодок и бандажей колёсных пар, снижает эксплуатационные расходы на содер-
жание тормозного оборудования, уменьшает загрязнение изолирующих стыков рельсовых
путей СЦБ и узлов подвижного состава металлической пылью, образующейся в результате
истирания тормозных колодок и бандажей.
Системы управления и регулирования позволяют получить любую тормозную харак-
теристику в пределах допустимых режимов работы электрического реостатного тормоза.
Длительность электрического торможения ограничена временем, что особенно важно знать
при следовании по затяжным спускам. Электрическое торможение по сравнению с воздуш-
ным более плавное, не зависит от воздействия внешней окружающей среды, допускает ре-
гулирование тормозного усилия; ему присуще быстродействие.
Использование в тепловозах электрического реостатного тормоза усложняет конст-
рукцию размещением дополнительного электрооборудования и изменениями в силовой и
вспомогательных схемах локомотива. Чтобы обеспечить большую мощность электричес-
кого тормоза в условиях жёстких ограничений по габаритам, приходится принудительно
вентилировать блок тормозных сопротивлений. Для этого устанавливаются мотор-венти-
ляторы охлаждения. Обычно используются двигатели последовательного возбуждения,
подключённые на часть тормозных сопротивлений. При этом производительность мотор-
вентиляторов зависит от выделяемого в тормозных сопротивлениях тепла.
При подключении к общему тормозному сопротивлению нескольких тяговых двигате-
лей с независимым возбуждением нагрузки на них распределяются неравномерно. Поэтому
в тепловозах каждый тяговый электрический двигатель включается на своё тормозное со-
противление, а параллельно соединены только те участки тормозных сопротивлений, падение
напряжения на которых используется для питания мотор-вентиляторов охлаждения.
Например, в пассажирском тепловозе ТЭП70 электрическая схема управления элект-
рическим реостатным тормозом (рис. 4.28) обеспечивает: предварительное торможение в
течение первых 6 с для сжатия состава; служебное торможение с автоматическим поддер-
186
жанием тормозной силы для соблюдения установленной скорости движения; экстренное тор-
можение с максимальной тормозной силой; аварийное торможение.
Электрический реостатный тормоз включается установленным на пульте управления
машиниста автоматическим выключателем или тумблером, контроллером машиниста, ко-
торый переводится в тормозное положение, или краном машиниста при установке его в
тормозное положение. Требуемая тормозная сила устанавливается контроллером маши-
ниста плавно либо ступенчато (не менее семи ступеней) с контролем по прибору, установ-
ленному на пульте управления машиниста или по отмеченным на контроллере ступеням.
При служебном воздушном торможении поезда величина тормозного нажатия опре-
деляется контроллером машиниста и поддерживается во всем диапазоне скоростей до заме-
щения электрического тормоза воздушным. При этом в течение 6 с действует ступень пред-
варительного торможения с наименьшей величиной тормозного усилия, достаточной
для сжатия состава, а наибольшая величина тормозного усилия устанавливается ограниче-
ниями тока возбуждения, тока якорей тяговых электродвигателей, а также условиями ком-
мутации тяговых электродвигателей.
В случае снижения эффективности электрического тормоза (если скорость движения по-
езда ниже 15 км/ч) или его неисправности схема электрического реостатного тормоза автома-
тически разбирается, и происходит замещение электрического тормоза воздушным.
Во время служебного торможения поезда с поддержанием тормозной силы электричес-
ким реостатным тормозом включение воздушного тормоза тепловоза блокируется элект-
ропневматическим вентилем, и воздух не заполняет тормозных цилиндров тепловоза.
При экстренном и аварийном торможениях электрический реостатный тормоз тепло-
воза включается на наибольшую силу с торможением по предельной ограничительной ха-
рактеристике, а воздушный тормоз тепловоза отключается при экстренном торможении и
включается при аварийном торможении.
Если электрический тормоз отключён (нулевая или тяговая позиции контроллера), но
включён автоматический выключатель электрического реостатного тормоза, то при перево-
де поездного крана машиниста в тормозное положение и появлении в трубопроводе от возду-
хораспределителя к реле давления воздуха величиной 0,3—0,4 кгс/см2 режим тяги прекраща-
ется, электрическая схема тягового режима разбирается, а затем автоматически собирается
схема электрического реостатного тормоза с тормозным усилием, равным 50—70 % от номи-
OBl ОВ2 ОВЗ ОВ4 ОВ5 ОВб
Рис. 4.28. Упрощённая схема электрического тормоза:
МВ—моторвентиляторы охлаждения тормозных сопротивлений; ВУ—выпрямительная установка; СГ—
синхронный генератор; RT—тормозные сопротивления (резисторы); OB 1 — ОВ6 — обмотки возбуждения
тяговых электродвигателей 1—6
187
нального. При переводе рукоятки контроллера с нулевой на тормозные позиции устанавли-
вается тормозное усилие, соответствующее тормозной позиции контроллера.
При экстренной разрядке тормозной магистрали электрический реостатный тормоз вклю-
чается на наибольшую тормозную силу независимо от положения контроллера машиниста.
В режиме аварийной остановки поезда электрическая схема автоматически выполняет
операции: прекращение режима тяги; включение электрического тормоза на наибольшую
тормозную силу; экстренное торможение состава пневматическим тормозом; подачу зву-
кового сигнала; подачу песка под передние оси обеих тележек; при снижении скорости до
15 км/ч отключается электрический тормоз и включается пневматический тормоз. Эта схе-
ма при снижении скорости движения менее 10 км/ч останавливает дизель, включает пневма-
тический тормоз тепловоза, отключает подачу песка и звуковой сигнал.
Для уменьшения продольных динамических усилий в поезде темп нарастания тормоз-
ной силы в любом режиме электрического торможения предусматривается не более 4 тс/С.
Перед поездкой необходимо проверить работоспособность электрического тормоза:
сборку электрической схемы тормоза; действие блокировки пневматического тормоза теп-
ловоза; ограничение наибольшего тока возбуждения тяговых электродвигателей; замеще-
ние электрического тормоза пневматическим при отсутствии тока якоря (тормозного тока)
и отключении электрического тормоза; совместное действие электрического и воздушного
тормозов тепловоза при управлении поездным тормозным краном. Применение электроди-
намического (реостатного) тормоза позволило снизить заболеваемость работников локо-
мотивных бригад маневровых тепловозов, так как была ликвидирована необходимость час-
той смены тормозных колодок в неблагоприятных условиях на станционных путях.
Глава 5. РАМА, КУЗОВ, КАБИНА МАШИНИСТА
МАГИСТРАЛЬНЫХ ТЕПЛОВОЗОВ
5.1. Грузовые тепловозы 2ТЭ10М, 2ТЭ10У,
2ТЭ10МК, 2ТЭ116, 2ТЭ116К
Рама и кузов тепловоза предназначены для размещения силового и вспомогательного
оборудования, а также рабочих мест для локомотивной бригады. В эксплуатации на раму
и кузов действуют статические и динамические нагрузки от веса оборудования, запаса топ-
лива и экипировочных материалов, установленных агрегатов, воздействий пути и состава.
Конструкцией кузова обеспечиваются: нормальные условия работы локомотивной брига-
ды для удобства управления локомотивом и контроля за работой агрегатов, безопасность
работы и соблюдение санитарно-гигиенических норм; размещение силового и вспомога-
тельного оборудования; установка тележек и ударно-тяговых приборов; прочность, жёст-
кость и долговечность конструкции при её минимальном весе; технологичность конструк-
ции в изготовлении и ремонте; соблюдение современных требований производственной
эстетики и аэродинамики.
Конструкция кузова определяется также мощностью, родом службы и условиями экс-
плуатации локомотива. В зависимости от конструкции и компоновки несущих элементов
и от их участия в восприятии внешних нагрузок различают два типа кузовов: с главной
несущей рамой и цельнонесущие.
В кузовах с главной несущей рамой все внешние нагрузки воспринимаются этой ра-
мой. Боковые стенки, крыша и кабины служат для ограждения машинного отделения и бри-
гады от окружающей среды. Этот тип кузова имеет два конструктивных варианта: закры-
тый и капотный. У тепловозов с закрытыми кузовами боковые стенки размещены с учётом
максимального использования ширины габарита подвижного состава. Это позволяет об-
служивать силовые агрегаты, не выходя из тепловоза, предохраняет оборудование от
воздействий окружающей среды, улучшает аэродинамику поезда. Кузова такого типа при-
менены у всех магистральных грузовых тепловозов.
Главная рама (рис. 5.1) предназначена для установки дизель-генератора, вспомогатель-
ного оборудования, кузова и топливного бака, а также для передачи на автосцепку от шквор-
ней рамы тягового усилия, развиваемого электродвигателями, восприятия ударных нагру-
зок и усилий при торможении. Рама тепловоза сварной конструкции. Её каркас состоит из
двух хребтовых балок 15 из двутавра 45Б2, усиленных приваренными к нижней и верхней
полкам двутавра обносного швеллера 16 и ряда поперечных креплений. По торцам хребто-
вые балки связаны стяжными ящиками 8. Задний и передний стяжные ящики одинаковы по
конструкции и представляют собой фасонные отливки, приспособленные не только для свя-
зи хребтовых балок, но и для размещения в их внутренних полостях ударно-тяговых прибо-
ров 1. В отличие от заднего стяжного ящика на переднем снизу приварены два кронштейна 20
для крепления путеочистителя. Для опорных поверхностей поддизельной рамы дизель-гене-
ратора на верхних поясах хребтовых балок приварены платики, обрабатываемые в одной
плоскости, а снизу установлены рёбра жёсткости, соединяющие верхнюю и нижнюю полки
двутавра. В промежутках между балками вварены вертикальные поперечные листы-пере-
городки с вырезами для прокладки кондуитов 9 и для нагнетательных каналов 10 охлажде-
189
Вид В (повернуто)
Рис. 5.1. Главная несущая рама магистрального тепловоза типа ТЭ10М:
1 — ударно-тяговые приборы; 2,3—балласты; 4—кронштейн для подъёма на домкратах; 5—кронштейн
для крепления топливного бака; 6—ящик для аккумуляторов; 7—жёлоб; 8—стяжной ящик; 9—кондуиты;
10—нагнетательные каналы; 11 — заглушка; 12 — кольцо шкворня; 13 — шкворень; 14—усиливающая
полоса; 75—хребтовая балка; 16—обносной швеллер; 17—обечайка; 18—стакан; 19—опорное кольцо;
20—кронштейн для крепления путеочистителя; 21 — дополнительный балласт; 22—передняя часть рамы
средней секции тепловоза
ния электродвигателей. Обносной швеллер 16 соединён с хребтовыми балками приварными
поперечными кронштейнами. К наружным вертикальным поверхностям хребтовых балок в
средней части рамы с правой и левой стороны приварены по два кронштейна 5, к которым
подвешен топливный бак. В районах расположения крайних (передних и задних) опор прива-
рены четыре кронштейна 4 для подъёма на домкратах надтележечной части секции тепло-
воза. Под каждый кронштейн установлен наклонный лист толщиной 10 мм, соединяющий
обносной швеллер 16 с нижним поясом хребтовой балки, усиленным сверху рёбрами короб-
чатого типа. Внутри рамы между хребтовыми балками 75 вварены кондуиты 9, представ-
ляющие собой стальные трубы, внутри которых прокладывают силовые кабели и провода
цепей управления тепловозом для предохранения их от механических повреждений и попа-
дания на них масла. Между хребтовыми балками 75 также установлены нагнетательные
каналы 10 отдельно для передней и задней тележек для подачи охлаждающего воздуха от
вентилятора к тяговым электродвигателям. Сверху и снизу к раме приварены стальные
настильные листы. Верхний настил установлен по всей поверхности рамы, кроме средней
части между хребтовыми балками 75, где выполнен поддон для установки дизель-генерато-
ра. Снизу рама закрыта настильными листами между хребтовыми балками 75. Для стока
воды и масла, попавших на настил рамы из систем дизеля, в поддоне дизеля предусмотрено
два жёлоба 7 с патрубками для подсоединения сливных труб. В местах установки редукто-
ров и компрессора настильные листы снизу усилены приваренными швеллерами и угольни-
ками. В верхней части рамы приварены ящики 6 для установки аккумуляторов. Конструк-
ция рамы и качество её изготовления исключают попадание в тяговые двигатели топлива и
масла, просочившихся из систем дизеля.
190
Масса главной рамы со всем размещённым на ней оборудованием передаётся на две
тележки через восемь резинометаллических опор (по четыре на каждую тележку). Места
под опоры на раме тепловоза расположены симметрично относительно продольной оси
рамы на расстоянии от нее 1067 мм.
К нижним листам сварных кронштейнов коробчатого типа приварены стальные опор-
ные кольца 79, у которых поверхности для каждой группы из четырёх опор обрабатывают
с одной установки, что обеспечивает расположение опор в одной плоскости. К поверхнос-
ти колец 19 приварены стаканы 18, у которых дно служит опорой для резинометалличес-
ких элементов. В нижней части рамы приварены два шкворня 13, которые вертикальных
нагрузок не воспринимают и служат только для передачи горизонтальных сил (силы тяги,
торможения, боковых давлений). Для уменьшения износа на шкворни 13 установлены и
приварены прерывистым швом сменные стальные кольца с наружным диаметром 230 мм.
Шкворень литой, внутри полый, снизу закрыт приварной заглушкой.
Ударно-тяговые приборы (рис. 5.2). Ударно-тяговыми приборами у тепловоза являют-
ся автосцепки 8 с поглощающими аппаратами 3, которые установлены на переднем и зад-
нем стяжных ящиках рамы по продольной оси тепловоза. Они предназначены для соедине-
ния локомотивных секций между собой и с вагонами, для передачи и смягчения продольных
тяговых и ударных нагрузок, действующих во время движения и торможения поезда. Ав-
тосцепки соединяются автоматически, а для их рассоединения без захода сцепщика между
секциями установлены расцепные рычаги. Ударно-тяговые приборы состоят из следую-
Рис. 5.2. Ударно-тяговые приборы тепловоза ЗТЭ10М:
1 — планка; 2—тяговый хомут; 3—поглощающий аппарат; 4—упорная плита; 5—кронштейн; 6—клин
тягового хомута; 7—цепь; 8—автосцепка СА-3; 9—центрирующая балочка; 10—маятниковые подвески
191
щих основных узлов: автосцепки СА-3; упряжного и центрирующего устройства; привода
расцепного устройства.
В корпусе автосцепки 8 размещены детали механизма сцепления. Хвостовик корпуса
пустотелый, на его конце сделано отверстие для клина 6. Упряжное устройство предназна-
чено для передачи от автосцепки 8 на раму тепловоза ударно-тяговых усилий и смягчения
их действия. В его состав входят: упорная плита 4, поглощающий аппарат 3, тяговый хо-
мут 2, клин б тягового хомута. Плита 4 передаёт усилия от корпуса автосцепки поглощаю-
щему аппарату 3 при сжатии автосцепки 8 или переднему упору стяжного ящика рамы при
тяге за автосцепку 8. Поглощающий аппарат 3 предназначен для смягчения продольных
сил, действующих на автосцепку 8 в процессе эксплуатации. Тяговый хомут 2 передаёт
тяговое усилие от корпуса автосцепки 8 поглощающему аппарату 3. Клин тягового хому-
та 6 соединяет хвостовик автосцепки 8 с тяговым хомутом 2, передаёт тяговые усилия от
автосцепки 8 тяговому хомуту 2. Передним упором для упорной плиты 4 и задним упором
для поглощающего аппарата 3, а также боковыми направляющими служат поверхности
стяжного ящика рамы тепловоза. Планка 1 является опорой для тягового хомута 2 с погло-
щающим аппаратом 3 и упорной плитой 4. Планка 1 прикреплена к стяжному ящику болто-
вым соединением.
Локомотивы оборудуются поглощающими аппаратами энергоёмкостью 55 000—65 000 Н м.
В связи с увеличением скоростей при маневровой и сортировочной работах, а также повы-
шением требований к безопасности работы локомотивной бригады и сохранности обору-
дования при аварийных соударениях разработаны более энергоёмкие поглощающие аппа-
раты: фрикционные — Ш-2-В энергоёмкостью 65 000—78 000 Н-м, Ш-4-Г энергоёмкостью
104 000 Н-м при полном ходе 160 мм; гидрогазовые поглощающие аппараты ГА-100м энер-
гоёмкостью 100 000 Н-м.
Центрирующее устройство ограничивает отклонения сцепленных автосцепок 8 в го-
ризонтальной плоскости, а также обеспечивает установку их в центральное положение.
Оно состоит из центрирующей балочки 9, служащей опорой для корпуса автосцепки 8, и
двух маятниковых подвесок 10, укреплённых на кронштейне 5.
Расцепной привод предназначен для расцепки и постановки механизма автосцепки в
положение «на буфер» (выключение механизма сцепления). Он состоит из расцепного ры-
чага, цепи 7, фиксирующего и поддерживающего кронштейнов. Короткое плечо расцеп-
ного двуплечего рычага цепью 7 соединено с валиком подъёмника сцепного механизма
автосцепки, а второе плечо служит рукояткой для сцепщика. В кронштейне поворачива-
ется и фиксируется расцепной рычаг в исходном положении и при постановке «на буфер».
Для расцепления автосцепок 8 рукоятку рычага поднимают вверх, выводя его плоскую
часть из паза фиксирующего кронштейна, и затем поворачивают против часовой стрелки
до отказа, пока механизм автосцепки не установится в расцепленное положение, после
чего рукоятку ставят в первоначальное положение, чтобы плоская часть рычага вошла в
паз. В результате механизм будет находиться в расцепленном состоянии до разведения
автосцепок 8. Расцепленное положение сомкнутых автосцепок 8 определяется по выходу
сигнального отростка замка механизма сцепления из корпуса автосцепки 8. Для поста-
новки механизма автосцепки 8 «на буфер» рычаг поворачивают так же, как и для расцеп-
ления, и затем перемещают его от себя по направлению стержня рычага, пока рукоятка
своей плоской частью не ляжет на полочку фиксирующего кронштейна. В этом случае
расцепной привод будет удерживать замок в утопленном положении и, следовательно,
при смыкании автосцепок 8 поглощающий аппарат 3 будет работать как буфер, а сцепле-
ния не будет. При полностью собранном автосцепном устройстве головка автосцепки 8,
192
соединённая с тяговым хомутом, усилием руки человека должна отклоняться на маятни-
ковых подвесках из центрального положения в крайнее и под действием собственной мас-
сы возвращаться в центральное положение.
Установка балластов (см. рис. 5.1). Для достижения заданной массы тепловоза и улуч-
шенного распределения массы надтележечного строения секции тепловоза по тележкам, а также
по левой и правой стороне секции на раме тепловоза установлены балласты 2,3, расположе-
ние и масса которых определяются расчётом развески тепловоза с учётом конструктивного
их размещения. В качестве балластов используются отливки из серого чугуна с залитыми в
них стальными уголками, предназначенными для приварки к ним крепёжных планок.
Для выравнивания массы по сторонам основная масса балластов располагается по ле-
вой стороне рамы. В обносном швеллере 16 установлены 28 балластов массой по 12 кг.
Балласт вкладывают в швеллер до устойчивого положения, после чего планку приварива-
ют к полкам швеллера и уголку. Более тяжёлые и громоздкие балласты массой по 252 кг
крепят с наружной стороны хребтовых балок 75. Двумя болтовыми соединениями балласт
прижат к вертикальной полке двутавровой балки и дополнительно приварен к усиливаю-
щим полосам хребтовых балок 75. На правой стороне укреплены два аналогичных балласта,
по условиям размещения они тоньше на 25 мм, их масса по 208 кг.
Кузов тепловоза (рис. 5.3). Он состоит из соединённых между собой частей: кабины
машиниста 7, проставки 2 (часть кузова над аппаратными камерами), кузова 5 над дизель-
генератором, холодильной камеры 6.
Рис. 5.3. Кузов магистрального тепловоза ЗТЭ10М:
7 — кабина машиниста; 2 — проставка; 3, 8, 9, 10 — крышки люков; 4 — дверь; 5 — кузов над дизель-
генератором; 6 — холодильная камера; 7—переходной тамбур; 77 — угольник; 12, 15 — облицовочные
листы; 13 — обносной швеллер рамы; 14 — болт; 16 — прокладка; 77 — лента; 18 — лист внутренней
обшивы; 19 — самонарезающий шуруп; 20, 24 — болтовые соединения; 27 — продольный зиг; 22 —
регулировочная шайба; 23 — парусиновая прокладка; 25 — лист наружной обшивы; 26 — планка; 27—
облицовочная планка; 28—угольник; 29—облицовка
193
Перед установкой на раму тепловоза кабину 1 соединяют сварными швами с простав-
кой 2, образуя блок кабины с проставкой. Блок кабины с проставкой приварен по наружно-
му контуру к обносному швеллеру 13 рамы тепловоза, аналогично приварена холодильная
камера 6.
Кузов 5 над дизель-генератором установлен на специальных прокладках 16 (сечение Б—Б),
набором которых обеспечивается высота кузова по верхнему очертанию крыши, одинако-
вая с высотой проставки 2 и холодильной камеры 6. Прокладки 16 приварены к раме теп-
ловоза и кузову 5. Для компенсации разницы длин (с учётом допусков) рамы и частей кузо-
ва, устанавливаемых на ней, в местах стыковки кузова 5 с холодильной камерой 6 предусмотрена
установка регулировочных шайб 22 по разъёму съёмной части кузова 5, в нижней части зазор
устраняют приваркой угольника 28 внутри и планки 26 снаружи. Внутри кузова эти стыки
закрыты облицовками 29, а снаружи — планками 27. В верхней съёмной части кузова 5 под
планки 27 установлены парусиновые прокладки 23 для герметизации кузова. Для устране-
ния зазоров между нижней частью кузова 5 и обносным швеллером 13 рамы приварена
стальная лента 17. При окончательной сборке тепловоза места стыков закрывают облицо-
вочными листами.
Кузов представляет собой каркас, сваренный из стальных гнутых и катаных профилей
(уголков, швеллеров и др.), он обшит снаружи приварными стальными листами 25 толщи-
ной 1,5—2,5 мм, а внутри — съёмными стальными листами 18 толщиной 1 мм, которые
прикреплены к каркасу кузова самонарезающими шурупами 19. Для установки и снятия
дизель-генератора верхняя часть кузова, включая крышу и часть боковых стенок, выпол-
нена съёмной. Горизонтальный разъём боковых стенок расположен на высоте 1010 мм от
рамы тепловоза. Съёмная часть кузова прикреплена болтовыми соединениями 20. В кры-
ше кузова предусмотрены люки, закрытые снаружи крышками. В крышках 8 и 10 есть че-
тыре люка с крышками 9, открывающимися из дизельного помещения, для выемки акку-
муляторных батарей. Люки снизу оборудованы съёмными решётками, не допускающими
выхода обслуживающего персонала на крышу. Решётки снимаются при ремонтах для мон-
тажных и демонтажных работ. В крыше сделан люк для снятия компрессора. К ней подве-
шен резервуар противопожарной установки. Под крышей установлен вентилятор для ку-
зова. В крыше перед холодильной камерой оборудован люк для смены теплообменника и
другого оборудования, расположенного в этом районе кузова. Крышки люков ставятся на
резиновые уплотнения, которые после затяжки болтов обеспечивают плотность. Герме-
тичность крышки и плотность по люкам проверяются дождеванием (поливом воды), про-
текание воды не допускается.
Для освещения установленного внутри тепловоза оборудования в стенках кузова и в
дверях предусмотрены окна, застеклённые плоским закалённым стеклом толщиной 5 мм,
уплотнённым по контуру резиновой окантовкой. По два окна в правой и левой стенках
кузова выполнены откидными на шарнирах. Открытие окон предусматривается для венти-
ляции кузова. Во время снежных или пылевых бурь при открытых откидных окнах для
фильтрации поступающего в кузов воздуха на проёмы устанавливаются кассеты из набора
сеток. В остальное время кассеты уложены в специально отведённом месте на настиле рамы
под щитками пола шахты холодильной камеры. На рамках окон предусмотрены проволоч-
ные скобы для установки светомаскировочных щитков из каркасного картона. Щитки уло-
жены в специальный карман, закреплённый на левой стенке в холодильной камере. В боковых
стенках кузова сделаны проёмы для всасывающих каналов воздухоочистителя дизеля, вен-
тиляторов охлаждения тягового генератора и тяговых электродвигателей, а также для све-
товых номеров и вентиляции аккумуляторных отсеков. Двери 4 для входа в тепловоз предус-
194
мотрены в левой и правой стенках проставок 2. Двери такой же конструкции предназначе-
ны для входа в кабину (или тамбур).
Локомотивная бригада может перейти в любую секцию без выхода из тепловоза через
двери в задней стенке холодильной камеры и передней стенке тамбура (средней секции) и
межсекционные переходные площадки с тамбурами. Все двери внутри шумоизолированы.
В верхней части двери есть окно с двойным остеклением. Для шумоизоляции кузова внут-
ренние поверхности наружных листов обшивы покрыты противошумной битумной масти-
кой слоем толщиной не менее 3 мм.
В дизельном помещении и шахте холодильной камеры предусмотрены полы. Щитки
пола съёмные, из рифлёного стального листа с установленными на них снизу опорными
резиновыми амортизаторами. Каркас пола, на который устанавливают щитки, образован
из съёмных стоек, крепящихся к платикам, приваренным к настилу рамы, а также уголков
и планок, привариваемых к боковым поверхностям кузова, шахты холодильника и других
узлов тепловоза.
Вентиляция кузова. Во время движения тепловоза обеспечивается хорошая естествен-
ная вентиляция при открытых откидных окнах и люках. На стоянках и в депо необходима
дополнительная вентиляция, для чего на основание в крышке люка над компрессором ус-
тановлен вентилятор, который согласно требованиям норм обеспечивает не менее чем пят-
надцатикратный обмен воздуха в дизельном помещении.
Кабина машиниста (рис. 5.4). Предназначена для размещения бригады, а также прибо-
ров и оборудования, необходимых для управления тепловозом и поездом. Кабина выпол-
нена с учётом требований аэродинамики удобной для обслуживающего персонала и соот-
ветствующей требованиям безопасной работы. На лобовой части по вертикальной оси
симметрии расположен прожектор, прикреплены стальные полосы, покрытые дневной
флюоресцирующей эмалью, предусмотрены поручни, ступеньки, а также ниши для ног,
Рис. 5.4. Расположение оборудования в кабине машиниста тепловоза ЗТЭ10М:
1 — бытовой холодильник; 2—панель приборов; 3—держатель; 4—пульт радиостанции и переговорного
устройства; 5 — зеркало обзора состава; 6 — шторка; 7 — дверка корпуса прожектора; 8 —
графикодержатель; 9—пульт управления; 10—лампа подсветки шкалы скоростемера; 11—скоростемер;
12 — кран машиниста; 13 — панель сигнальных ламп; 14 — пепельница; 75 — откидное сиденье; 16 —
кресло машиниста
195
позволяющие обслуживающему персоналу заправлять песком передние бункера через гор-
ловины. На лобовой части установлены жалюзи для всасывающего канала отопительно-
вентиляционного агрегата и эмалированный накладной номер тепловоза. Внутренние раз-
меры кабины и размещённое оборудование рассчитаны на одновременное присутствие
машиниста, помощника машиниста и машиниста-инструктора. Для машиниста и его по-
мощника предусмотрены два удобных кресла и ниши для ног. На задней стенке закреплено
откидное сиденье для машиниста-инструктора. Окна кабины обеспечивают видимость пути
следования, путевых сигналов, соседних путей и состава. В лобовых окнах вставлены безоско-
лочные многослойные повышенной прочности стёкла толщиной 15 мм. На лобовых стёклах
снаружи установлены стеклоочистители и устройства для обмыва стёкол. Изнутри по всей
ширине окна установлены шторки 6, регулируемые по высоте, защищающие лицо от сол-
нечных лучей. При необходимости лобовые стёкла могут обогреваться теплым воздухом
от отопительно-вентиляционного агрегата.
Боковые окна в кабине как со стороны машиниста, так и со стороны помощника вы-
полнены таким образом, что их можно открыть, перемещая вперёд подвижную секцию окна
за рукоятку и, кроме того, на подвижной секции окна может быть открыта примерно на 90°
наружу тепловоза поворотная часть окна, которая защищает машиниста (или его помощни-
ка) от встречного ветра. В закрытом положении поворотная часть удерживается двумя фик-
саторами сверху и снизу, а открытое положение фиксируется откидным подлокотником,
который крепится на планках. По контуру стёкла герметизируются специальным резино-
вым уплотняющим профилем, а также в отдельных местах резиновой П-образной оконной
лентой. В боковых окнах вставлены плоские закалённые стёкла толщиной 5 мм. Изнутри по
нижнему краю открывающегося окна устанавливаются мягкие подлокотники, откидываю-
щиеся внутрь кабины.
Каркас кабины изготовлен из стальных катаных и гнутых профилей, сваренных между
собой электросваркой. Снаружи кабина обшита приваренными к каркасу стальными лис-
тами толщиной 2,5 мм, а внутри — алюминиевыми перфорированными листами толщиной
2 мм, прикреплёнными к каркасу самонарезающими шурупами. Для хорошей шумоизоля-
ции и теплоизоляции кабины машиниста внутренние поверхности листов наружной обшивы
и каркаса покрыты противошумной мастикой слоем толщиной не менее 3 мм, а между лис-
тами наружной и внутренней обшивы в каркас устанавливаются пакеты из стеклоплиты,
обтянутой полиамидной плёнкой, а также тканевые маты из стекловолокна с помещённой
внутри синтетической ватой. Эти материалы негорючи, небольшой объёмной массы и удов-
летворяют требованиям по шумо- и теплоизоляционным свойствам при заданных для теп-
ловоза температурах от +40 до -50 °C. К перфорированным листам со стороны шумоизоля-
ционных наполнителей приклеена стеклоткань, а на каркас под эти листы на мастику
уложены полосы термошумоизоляционного картона. Для обслуживания трубопроводов и
оборудования, расположенных под полом кабины машиниста, не закрытая пультом и сто-
ликом помощника машиниста часть пола выполнена съёмной, отдельными щитками. Щит-
ки толщиной 100 мм с шумоизоляцией внутри, причём верхний лист щитка изготовлен из
фанеры толщиной 20 мм. Полы под пультом и столиком несъёмные.
Установка оборудования в кабине машиниста. В кабине размещено оборудование, не-
обходимое для управления тепловозом и поездом, а также для создания комфортных усло-
вий локомотивной бригаде (см. рис. 5.4); пульт 9 с органами управления тепловозом и кон-
трольными приборами, скоростемер 77, кран машиниста 72 и другое тормозное
оборудование, пульт радиостанции и переговорного устройства, отопительно-вентиляци-
онный агрегат, бытовой холодильник, шторки 6 для защиты от солнечных лучей, розетка с
196
табличкой «75 В» для включения электробытовых приборов (электробритвы, электроплит-
ки) и другое оборудование.
По требованиям охраны труда среднюю температуру воздуха в кабине машиниста при
закрытых окнах и двери в осенний, зимний и весенний периоды нужно поддерживать не ниже
20 °C, при этом разница температуры воздуха на высоте 150 и 1500 мм от пола не более 5 °C.
При вентиляции нужно ограничить содержание вредных веществ в воздухе кабины и обес-
печить подачу не менее 100 м3/ч наружного воздуха. Это требование выполняется специ-
альной системой отопления и вентиляции, состоящей из отопительно-вентиляционного аг-
регата (ОВА), всасывающего канала, нагнетательных каналов для подвода подогретого
воздуха к лобовым окнам и к расположенным в пульте управления нишам для обогрева ног
машиниста и его помощника. Заданную температуру можно поддерживать вручную (перио-
дическими включениями ОВА тумблером) и автоматически.
Лобовые стёкла обмываются водой, которую в зону стеклоочистителей подаёт устрой-
ство, состоящее из бака для воды вместимостью 6 л и трубы подвода воздуха с разобщитель-
ным краном для подачи воздуха из питательной магистрали тормозной системы в бак.
На пульте управления 9 размещены приборы, аппараты и лампы, необходимые для уп-
равления тепловозом. Он расположен в кабине справа на рабочем месте машиниста. Часть
сигнальных ламп вынесена на отдельную панель, расположенную на правой стенке кабины
машиниста над боковым окном. Кабины машинистов крайних секций оборудованы одина-
ковыми пультами управления, а тамбур средней секции — упрощённым пультом, позволя-
ющим проводить реостатные испытания и управлять при перемещении по деповским путям
средней секции. Панели управления и тумблеров наклонены к машинисту под углом 10° от
горизонтальной плоскости для удобства пользования рукоятками тумблеров, а панель при-
боров и аппаратов (панели информации) — под углом 30—45° к вертикальной плоскости
для удобства наблюдения за приборами. Под всеми приборами, лампами, тумблерами при-
креплены таблички с указанием их назначения. На панели управления размещены штурвал
контроллера и рукоятка реверсора, они находятся в зоне лёгкой досягаемости с рабочего
места машиниста. Ранее панель с электротермометрами находилась слева, а панель с ампер-
метрами, электроманометрами — посередине пульта, на тепловозах более позднего выпуска
их поменяли местами для улучшения условий наблюдения за показаниями приборов. На пуль-
тах крайних секций расположены приборы, необходимые для контроля основных параметров
на каждой из трёх секций. Но есть приборы и лампы, которые являются общими для двух или
трёх секций. Получение показания с необходимой секции достигается переключением соот-
ветствующих тумблеров. Так, для контроля по электроманометру давления масла на средней
секции или на крайней ведомой необходимо тумблером включить интересующую секцию.
Переключениями тумблера определяются повреждение и секция, в которой сработала пожар-
ная сигнализация. Лампы пожарной сигнализации горят постоянно при работе дизелей сред-
ней и крайней ведомой секций, а остальные лампы загораются при появлении нарушений в
работе тепловоза.
Скоростемер и его привод. На передних тележках крайних секций тепловоза установ-
лены скоростемеры, предназначенные для контроля режима движения локомотива. Ско-
ростемер приводится механически от передней колёсной пары локомотива. Для этого в
центровое отверстие колёсной пары запрессована втулка, в которую вставляется валик с
хвостовиком квадратного сечения, а вторым хвостовиком он соединяется с валом червяч-
ного редуктора. Для правильности показаний скоростемера частоту вращения его привод-
ного вала нужно строго согласовать с частотой вращения колёсной пары локомотива, от
которой скоростемер приводится в действие. Например, для показания на шкале скоросте-
197
мера 100 км/ч его вал должен делать 50 об/мин, а колесо тепловоза с диаметром 1010 мм
(этот диаметр принят при среднем износе нового бандажа диаметром 1050 мм для уменьше-
ния погрешности показания скорости по мере его износа) при такой скорости делает 525 об/мин.
Следовательно, приводом скоростемера нужно обеспечивать понижение частоты вращения
в 10,5 раза, поэтому червячный редуктор принят с передаточным числом 10,5. На привод-
ном валу скоростемера установлено реверсивное устройство для одностороннего враще-
ния основной его оси независимо от направления вращения привода (при движении локомо-
тива вперёд или назад).
Расчёт рам и кузовов. Методика расчёта рам и кузовов включает несколько последо-
вательно выполняемых этапов. На каждом из них учитывают часть свойств несущей систе-
мы. При этом последовательно уточняют данные о напряжениях и деформациях отдельных
элементов. Необходимость в таком комбинированном расчёте обусловлена большой слож-
ностью пространственной конструкции кузова локомотива. Эта сложность повышается при
наличии больших и малых вырезов разнообразной формы, расположенных в различных ме-
стах несущей системы. Наряду со стержневой основой (каркасом, фермой) в работе уча-
ствуют пластины внешней обшивки кузова. Характерной особенностью таких конструк-
ций является возможность потери устойчивости стержней и пластин. Это обстоятельство
учитывают в расчётах, вводя редукционные коэффициенты при определении геометричес-
ких характеристик поперечных сечений.
В процессе проектирования выполняют две группы расчётов. Во-первых, проводят
расчёты общей прочности с оценкой устойчивости отдельных элементов и узлов конструк-
ции. Во-вторых, ведут проверочный расчёт кузова на разрушающую нагрузку. Расчёт пер-
вой группы выполняют с использованием геометрических форм сечений без учета редук-
ционных коэффициентов. Полученные данные о напряжённом состоянии сравнивают с
допускаемыми и критическими и делают вывод о прочности и устойчивости отдельных
панелей, узлов и несущей системы в целом. Расчёты второй группы выполняют с использо-
ванием геометрических характеристик сечений, полученных с учётом редукционных коэф-
фициентов. На кузов и раму в течение их срока службы действуют вертикальные нагрузки
от веса оборудования и металлоконструкций, а также горизонтальные поперечные и про-
дольные нагрузки. Все вместе они представляют сложную систему переменных по величи-
не сил различной продолжительности действия. Поэтому при проектировании учитывают
лишь наиболее важные для обеспечения прочности расчётные нагрузки, которые оговари-
вают специально в технических требованиях к проектированию и изготовлению кузовов.
К таким нагрузкам относятся:
1) вес (брутто) с учётом веса топлива, воды и т.д. При этом рассматривают опирание
кузова: а) на тележки; б) на домкраты; в) при аварийном подъёме локомотива за автосцепку.
Для случая опирания кузова на тележки проводят расчёт на кососимметричную нагрузку,
вызванную неравномерным распределением реакций по опорам кузова с разницей в 30 %;
2) тяговые усилия (наибольшие) в режиме двойной тяги: а) при трогании с места;
б) при конструкционной скорости движения. Если есть данные о наличии явно выражен-
ных резонансных колебаний при некоторой скорости, то расчёт сил тяги ведут именно
для этой скорости;
3) продольные усилия при растяжении и сжатии вдоль оси автосцепок. Эти усилия обычно
принимают равными 2,45 МН для грузовых и 1,96 МН для пассажирских тепловозов;
4) динамические вертикальные нагрузки, возникающие при движении локомотива с
конструкционной или резонансной скоростью. Схема приложения этих нагрузок соответ-
ствует схеме действия веса. Эти нагрузки определяют умножением статической нагрузки
198
на коэффициент динамики. Для его определения обычно используют приближенную эмпи-
рическую формулу
кд = 0,1 + 0,2(ук/Дст2), (5.1)
где vK — конструкционная скорость, км/ч;
Лст2— общий статический прогиб рессорного подвешивания, мм.
Действительное значение кд определяют в процессе динамических испытаний локомотива;
5) нагрузки на кузов при соударении локомотивов со скоростями 5—7 км/ч. Они скла-
дываются из продольных сил, направленных по оси автосцепок и равных 2,45 МН для гру-
зовых и 1,96 МН для пассажирских локомотивов, и инерционных сил, пропорциональных
массам и ускорениям тележек и агрегатов, закреплённых в кузове. Расчётные ускорения
предусматривают в технических требованиях на проектирование и изготовление кузовов.
Обычно их принимают равными 3 g при расчёте узлов (шкворневые балки, шкворни, тяги,
крепления агрегатов к раме и т.п.) конструкции кузова, непосредственно воспринимающих
продольные инерционные нагрузки, где g — ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с2.
Расчётные режимы нагружения обусловлены перечисленными выше нагрузками, дей-
ствующими в эксплуатации одновременно. Статическую прочность рассчитывают при сле-
дующих режимах: трогание с места; движение в тяговом режиме; продольное растяжение и
сжатие; ремонтно-аварийный.
Прочность и устойчивость элементов несущей системы кузова и главной рамы оценивают,
сравнивая соответствующие показатели, полученные в расчёте с допустимыми. Так, при расчё-
те статической прочности принимают следующие допустимые напряжения в зависимости от ре-
жима нагружения: трогание с места и движение в тяговом режиме [а] = 0,65от; продольное растя-
жение (сжатие) и ремонтно-аварийный [о] = 0,9от, где от—предел текучести материала.
Усталостную прочность оценивают по коэффициенту запаса
Ко + ша
V т т
(5.2)
где — предел выносливости образца при симметричном цикле;
К— коэффициент, характеризующий понижение предела выносливости детали;
ц/ — коэффициент, характеризующий чувствительность материала к асимметрии цикла;
av и от — соответственно амплитуда и среднее значение напряжений в цикле нагружения.
Рекомендуют принимать \|/ = 0,25—0,3 для проката, листов, а также для сварных соеди-
нений. Для волокон, работающих на сжатие (от< 0), коэффициент у = 0—0,1. Среднее значе-
ние напряжений от цикла вычисляют как сумму статических напряжений при действии на-
грузок по пунктам 1, а и 2, 6. Амплитуду определяют приближённо при помощи
коэффициента динамики ov ~ кд от.
Коэффициент запаса прочности для шкворневых узлов, буферных брусьев, тяг, пере-
дающих тяговые усилия, вычисляют при движении в тяговом режиме (цикл нагружения
при этом нулевой):
Gj. (К + \у) - 1’ (5.3)
в режиме соударения:
199
где <7Т — напряжения от тяговых усилий;
ост— напряжения от вертикальной статической нагрузки;
оу— напряжение при соударении.
Тонкая несущая обшивка вместе с подкрепляющими стержнями образует единую сис-
тему, находящуюся под воздействием внешних нагрузок. Сжимающие напряжения могут
вызвать потерю устойчивости обшивки и подкрепляющих стержней. Касательные напря-
жения, действующие в срединной плоскости пластины, также могут стать причиной поте-
ри устойчивости. Это явление сопровождается выпучиванием соответствующих участков
поверхности кузова. При этом происходит перераспределение внутренних усилий, и кон-
струкция в целом не теряет работоспособности. Однако несущая способность кузова, как
правило, ухудшается в эксплуатации.
Критические напряжения окр и ткр, соответствующие потере устойчивости, для обшив-
ки зависят от характера нагружения, формы поперечного сечения листа.
5.2. Пассажирский тепловоз ТЭП70
При проектировании магистральных тепловозов получили развитие два основных на-
правления в выборе силовой схемы кузова. В приведённой выше схеме грузового тепловоза
по типу 2ТЭ10М рама несёт нагрузку от веса оборудования, установленного на ней, переда-
ёт силу тяги составу и воспринимает динамические нагрузки во время движения тепловоза.
В этом случае боковые стенки, крыша и кабина воспринимают нагрузки в основном от соб-
ственной массы и являются «кожухом», защищающим оборудование от атмосферных воздей-
ствий. При сборке тепловоза агрегаты устанавливают на открытую раму, а боковые стенки
кузова—после сборки узлов локомотива, чем облегчаются монтажные работы. В этом случае
представляется возможным делать полностью съёмной кабину машиниста. Рама тепловоза
получается более тяжёлой, но технологически простой и менее трудоёмкой в изготовлении,
чем при выборе иных силовых схем кузова. Такие конструкции технологически и экономи-
чески целесообразны для грузовых и маневровых локомотивов.
Другое направление развивается в неразрывном соединении элементов металлоконст-
рукций кузова, т.е. в создании цельносварной конструкции, включающей в единое целое раму,
топливный бак и боковые стенки кузова с элементами крыши. Такая схема получила назва-
ние несущего кузова, т.е. статические и динамические нагрузки несут все элементы конст-
рукции. Такой кузов более трудоёмок при изготовлении, но получается конструкция с мень-
шей удельной массой. В связи с этим такие кузова применяются для пассажирских тепловозов.
Кузов тепловоза ТЭП70 несущий, ферменно-раскосного типа со съёмной крышей блоч-
ного исполнения. Каждый блок крыши выполнен с учётом крепления к нему узлов вспомо-
гательного оборудования (рис. 5.5). При расстановке агрегатов, узлов и вспомогательных
механизмов тепловоза было выявлено, что длина кузова по осям автосцепки 20 470 мм
определяется компоновкой «по низу» и на 1220 мм больше, чем у тепловоза ТЭП60, из-за
увеличения мощности.
Жёсткие весовые ограничения требовали снижения массы нового кузова. Поэтому рама
и боковые стенки его изготовлены из низколегированной стали 09Г2, а силовые узлы кар-
каса крыши и обшивка — из алюминиевого проката, что значительно снизило металлоём-
кость единицы длины кузова.
Конструктивно кузов можно разделить на пять основных частей: рама, бак для топли-
ва, боковые стенки с обшивными листами, блоки крыши и кабины машиниста.
200
Рис. 5.5. Каркас кузова пассажирского тепловоза ТЭП70 с рамой:
1,5—передняя и задняя концевые секции рамы; 2,4—передняя и задняя промежуточная секции; 3—средняя
секция с баком для топлива; 6—съёмные арки; 7—приварные арки; 8,9—продольные балки серпообразного
профиля; 10 — швеллер 30 х 100 х 6; 77 — опоры установки дизель-генератора; 12 — воздуховод; 13 —
шкворневая балка
Рама кузова образована двумя главными продольными балками коробчатого сечения,
расположенными по наружному контуру; двумя лобовыми поперечными балками, образу-
ющими короба для установки сцепных приборов; четырьмя поперечными шкворневыми
балками 13 для крепления стаканов, воспринимающих продольные тяговые и тормозные
силы от тележек и передающих им вертикальную нагрузку массы кузова с оборудованием.
В силовую схему рамы включены топливный бак и каналы централизованной системы
воздухоснабжения, расположенные вдоль оси рамы. Около опор 11 установки дизель-гене-
ратора каналы воздуховода 12 проходят с двух сторон топливного бака. Продольные си-
ловые балки и стенки каналов системы воздухоснабжения соединены между собой попе-
речными элементами рамы. Силовые продольные элементы рамы образованы из балок
серпообразного профиля 9 толщиной 7 мм и швеллера 10.
Технологически рама тепловоза разбита на отдельные секции: две концевые 7 и 5, сред-
нюю 3 и две промежуточные 2 и 4, расположенные между концевыми и средней секциями.
Концевые секции рамы воспринимают продольные силы, для чего в них устанавлива-
ют автосцепку СА-3 с поглощающим аппаратом пассажирского типа ЦНИИ-Н6. Примене-
ние у тепловоза тележки с диаметром колёс 1220 мм привело к консольному креплению
стяжного ящика относительно главных продольных поясов рамы, что значительно ослож-
нило конструктивное решение этого узла концевой секции. Для раздачи силы, восприни-
маемой автосцепкой, двум боковым продольным элементам рамы и боковым стенкам ку-
зова применена система горизонтальных и вертикальных раскосов. К концевым секциям
на болтах устанавливают путеочиститель.
Средняя секция 3 рамы включает вварной топливный бак с нишами для аккумулятор-
ных батарей, два канала воздуховода 12 системы охлаждения электрических машин и пред-
ставляет собой основание 11 для установки дизель-генератора. Каналы воздуховода 12
201
между средней 3 и промежуточными секциями 2, 4 соединены вварными патрубками. Для
осмотра внутренних полостей устроены люки. Бак для топлива сотовой конструкции обес-
печивает высокую жёсткость секции 3 при малой её массе. Дно бака выполнено с двойным
уклоном, направленным вдоль тепловоза к середине. В средней нижней точке бака уста-
новлены сливные пробки.
Промежуточные секции 2, 4 рамы устанавливают между концевыми 7,5 и средней 3.
В каждой промежуточной 2,4 секции две поперечные шкворневые балки 13 непосредственно
воспринимают силу тяги от тележек и одновременно передают массу кузова с оборудова-
нием раме тележек через резиновые корпусы четырёх маятниковых опор (по две на каж-
дой тележке), расположенных на продольной оси тепловоза, и восемь дополнительных бо-
ковых опор кузова.
Масса, приходящаяся на центральные опоры, равна массе, передаваемой боковыми
опорами кузова. Усилия от кузова на боковые опоры передаются через опорные плиты,
приваренные к продольным балкам 8,9 рамы. Боковые опоры по условиям развески смеще-
ны относительно главных опор по оси кузова на 104 мм к середине тепловоза.
В раму кузова вварены каналы централизованной системы воздухоснабжения. Для очи-
стки каналов предусмотрены люки, расположенные между средней 3 и промежуточными 2,
4 секциями рамы. Сверху рамы приварен настильный лист, на котором укреплены угольни-
ки для укладки пола из алюминиевого проката.
Раму собирают на специальном стенде, где базовыми являются опорные поверхности
промежуточных секций 2,4. Первоначально шкворневые 13 и остальные поперечные бал-
ки отдельных секций сваривают только с продольным швеллером. Раму устанавливают
на приспособление таким образом, что создают обратный прогиб средней части относи-
тельно её концов. В таком состоянии к продольному швеллеру приваривают серпообраз-
ный профиль боковых стенок кузова, каркас кабин и арки 7 кузова, соединяющие боко-
вые стенки.
Боковые стенки кузова первоначально сваривают в виде отдельных блоков, собран-
ных из продольных верхней и нижней балок серпообразного профиля 8 и 9, к прямоугольной
части которого приваривают стойки и раскосы, сделанные из корытообразного профиля.
Боковые стенки около концевых секций 7,5 рамы соединяют нижний продольный силовой
пояс рамы с верхним поясом боковых стенок раскосами из того же серпообразного профиля.
Такое решение позволило лучше распределить поток сил по элементам кузова и создать
более жёсткую и прочную конструкцию лобовой части кабины машиниста.
У каркаса боковых стенок кузова, кроме силовых элементов и деталей, создающих
жёсткость для обшивочных листов, есть второстепенные звенья, образующие оконные про-
ёмы и проёмы для установки жалюзи. К каркасу лобовых и боковых стенок после приварки
их к раме кузова приклёпаны к полкам стоек и раскосов обшивочные алюминиевые листы
толщиной 3 мм. Поверхности стального каркаса, сопрягаемые с алюминиевой обшивкой
кузова, грунтуют свинцовым суриком.
Крышу кузова используют для размещения узлов вспомогательного оборудования. Кон-
структивно крыша с встроенными узлами состоит из пяти отдельных съёмных секций, уста-
навливаемых над машинным помещением, и двух секций, расположенных над кабинами ма-
шиниста. Таким исполнением крыши осуществляется блочный принцип сборки и ремонта
агрегатов вспомогательного оборудования тепловоза. Крышевые блоки устанавливают на
шесть арок со специальным профилем для уплотнения стыка резиновыми прокладками. Для
ремонта, снятия и установки дизель-генератора две арки сделаны съёмными, а остальные —
приварными 3 (рис. 5.6).
202
Установка съёмных частей крыши на резиновые прокладки и крепление их при помощи
поворотных зажимов 5 значительно упрощают монтаж и демонтаж соединений. Качество
соединений крышевых блоков проверяют на водонепроницаемость.
В крыше тепловоза устроены два люка, расположенные над тамбурами в крыше-
вых блоках кабины машиниста. Крышки люков можно открыть на определённый угол
системой рычагов. Полное их открытие для выхода на крышу возможно лишь при разъе-
динении шарниров рычажной передачи (что разрешается делать только при экипировке
и при ремонте).
Кабина машиниста от машинного помещения отделена задней стенкой, сваренной из
алюминиевых листов. Кабина просторная, с большими окнами из органического стекла
толщиной 10—12 мм, обеспечивающими хороший обзор. Лобовое окно—сплошное. Форма
лобового стекла повторяет профиль торцевой поверхности кузова, выполненной в плане оп-
ределённым радиусом. Стекла к металлическому каркасу прикреплены профильной резиной,
Б-Б
Рис. 5.6. Крепление секции крыш к каркасу кузова пассажирского тепловоза ТЭП70:
1 — каркас блока крыши фильтров; 2 — резиновое уплотнение крыши на арке; 3—приварная арка; 4—
каркас блока крыши над высоковольтной камерой; 5—поворотный зажим; 6—жалюзи; 7—кассета для
фильтрации воздуха; 8 — дверка; 9 — винт; 10, 13 — резиновые уплотнения; 11 — шайба; 12 — защёлка;
14—верхняя продольная балка каркаса кузова серпообразного профиля
203
исключающей необходимость устанавливать металлические скобы, что улучшает внешний
вид тепловоза и упрощает обтирку.
Для снижения уровня шума внутренние поверхности каркасных и обшивочных листов
кузова, а также нижняя часть боковых и задние стенки кабины и настил рамы покрыты
слоем вибродемпфирующей мастики. Зазор между перфорированными алюминиевыми
листами обшивки и каркасными листами стенок кабины заполнен звукопоглощающим
капроновым волокном. Внутри кабина оклеена повинолом светлого цвета. На полах каби-
ны лежат съёмные щиты из фанерных плит толщиной 20 мм, оклеенных линолеумом. Меж-
ду настилом рамы и полом кабины положены теплозвукоизоляционные маты из капроново-
го волокна.
Трубопровод подвода воздуха от каналов централизованного воздухоснабжения к ка-
лориферам и на обдув окон выполнен со вставками из резиновых труб для снижения пере-
дачи в кабину корпусного шума.
При создании тепловоза ТЭП70, наряду с решением ряда сложных технических про-
блем, ставилась цель обеспечения безопасных условий труда для локомотивных бригад.
Предварительные стендовые испытания шестнадцатицилиндрового дизеля 5Д49 мощнос-
тью 4000 л.с. и высокопроизводительного осевого вентилятора системы централизованно-
го воздухоснабжения (ЦВС) показали, что они создают весьма большой шум. К источникам
шума на тепловозе ТЭП70 относятся системы дизеля (выпуск 117 дБ и 108,5 дБ впуск),
взаимодействие ходовой части и пути при движении —108 дБ, вентилятор системы ЦВС —
109,5 дБ и вентиляторы охлаждающего устройства — 107,5 дБ.
Разнообразный характер источников шума и путей проникновения звуковой энергии
в кабину машиниста и в окружающую среду вызвал необходимость применения различ-
ных методов защиты.
Компоновка оборудования в кузове выполнена с учётом защиты от шума. Наиболее
шумное оборудование — дизель и вентилятор системы ЦВС — находятся на максимально
возможном удалении от кабины. Со стороны машинного отделения перед стенками кабин
созданы тамбуры, образованные в одном случае высоковольтной камерой, а в другом —
инструментальным ящиком и вещевым шкафом.
Для снижения шума от самого интенсивного источника — системы выпуска дизеля —
используется глушитель реактивного типа с поворотом газового потока. Он состоит из вход-
ной и выходной расширительных камер и расположенной между ними резонансной камеры.
Объём глушителя около 1,0 м3 при массе 350 кг. Применение глушителя снижает уровень
шума на выпуске дизеля на 14—16 дБ. Сетчатый фильтр и фильтр с набивкой из полиурета-
нового поропласта для очистки воздуха во всасывающем тракте дизеля также способству-
ет некоторому снижению шума на выпуске.
В конструкцию и технологию изготовления дизеля 5Д49 заложены решения, уменьша-
ющие неуравновешенность и крутильные колебания. Так были несколько снижены вибра-
ции и уровни структурного шума, создаваемые силовой установкой.
Внутренние полости тракта забора воздуха вентилятора ЦВС покрыты звукопогло-
щающей облицовкой из полиуретанового поропласта толщиной 50 мм. Благодаря этому
уровень шума, излучаемого вентилятором ЦВС в окружающую среду через жалюзийные
решетки всасывания, снижен на 5—8 дБ.
Уменьшение необрессоренных масс за счет опорно-рамного подвешивания тяговых
электродвигателей, мягкое рессорное подвешивание со статическим прогибом около 100 мм
и применение резиновых амортизирующих элементов в конструкции тележек способству-
204
ют снижению передачи на кузов динамических возмущений и структурного шума от взаи-
модействия ходовых частей тепловоза и пути.
Внутренняя поверхность обшивки каркаса кузова, стен и потолка кабин, а также на-
стил рамы под кабинами покрыты слоем негорючей вибродемпфирующей мастики.
Особое внимание уделялось защите от шума кабин машиниста. Для этой цели крыши
кабин сделаны съёмными и не включены в силовую схему кузова. Крыши кабин и верхняя
часть задних стенок не связаны жёстко с кузовом: между ними установлены резиновые про-
кладки и уплотняющиеся воротники. Звукоизолирующая система стен и потолков состоит
из слоя вибродемпфирующей мастики на каркасных листах обшивки, матов из капроново-
го волокна ВТ-4С, оклеенных павинолом. Пол кабины многослойный. В него входит на-
стильный лист, покрытый демпфирующей мастикой.
Коломенским тепловозостроительным заводом, ВНИКТИ и ВНИИЖТом проведены
всесторонние акустические испытания тепловоза ТЭП70. В результате установлены зави-
симости шума отдельных источников от режима их работы, проанализированы структуры
шума в кабинах машиниста, определена эффективность средств защиты, проведена норма-
тивная оценка шума в кабинах машиниста и снаружи тепловоза. Шум на рабочих местах в
кабинах отвечает требованиям ОСТ 24.040.01-75 и санитарных норм. Уровень внешнего
шума, создаваемого движущимся тепловозом ТЭП70 на расстоянии 25 м от оси пути, не
превышает 86 дБА, что соответствует требованиям ОСТ 24.040.034.
Глава 6. ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВЫХ
И ПАССАЖИРСКИХ ТЕПЛОВОЗОВ
6.1. Конструктивные особенности тележек
Конструкция тележек в значительной степени определяет передачу и реализацию силы
тяги, плавность хода и взаимодействие экипажной части и пути, безопасность движения и
динамические характеристики тепловоза.
Количество осей в тележке определяет мощность, массу и размеры тепловоза. Двухос-
ные тележки предназначены для маневровых тепловозов малой мощности (до 1000 кВт),
трёхосные являются основным типом тележек, применяемых для магистральных теплово-
зов. Важная задача развития транспорта — значительное повышение производительности
локомотивов, требующее соответствующего увеличения их силы тяги. Уровень статичес-
ких осевых нагрузок зависит от состояния и типа верхнего строения пути (за последние
десятилетия осевые нагрузки повысились на 9,5 %). С 1986 г. начато освоение серийного
производства шестиосных локомотивов с повышенными (до 245 кН) осевыми нагрузками.
Большие перспективы открываются при использовании для тепловозов четырёхосных те-
лежек, поскольку это позволит увеличить сцепную массу тележки примерно на 33 % при
той же осевой нагрузке.
Связи тележек с кузовом предназначены для: передачи нагрузки от кузова на тележки
(непосредственно на боковины рам тележек, через центральный шкворень и боковые опо-
ры, через подвески люлечного типа и др.); передачи горизонтальных сил между кузовом и
тележками; обеспечения упругих характеристик поперечного соединения кузова и теле-
жек, демпфирующего и восстанавливающего моментов при повороте тележек относительно
кузова. Характеристики связи кузова с тележками определяют важнейшие и ещё недоста-
точно изученные динамические процессы экипажа: устойчивость возмущённого движения
в прямых участках пути; воздействие на путь в кривых; склонность к развитию автоколе-
баний.
Система рессорного подвешивания определяет степень виброзащищенности экипажа
от воздействий неровностей пути (табл. 6.1). Применяются сбалансированное (Б) или ин-
дивидуальное (И) подвешивание; одно- или двухступенчатое; пружинное или пневматичес-
кое, а также подвешивание на резиновых рессорах или комбинированное. Эффективность
виброзащиты зависит от гибкости рессорного подвешивания, характера и степени демпфи-
рования. Демпфирующие свойства характеризуются конструкцией демпферов: фрикцион-
ные, гидравлические, пневматические и др.
Буксовый узел является связывающим звеном между необрессоренной колёсной па-
рой и обрессоренной рамой тележки с различными упругофрикционными хактеристиками.
Во всех тепловозных буксах устанавливают роликовые подшипники. Наиболее существен-
ное влияние на конструкцию тележки и её эксплуатационные показатели оказывают про-
дольная и поперечная связи буксы с рамой. В настоящее время применяют бесчелюстные
буксы поводковой конструкции, позволяющие обеспечить высокую эксплуатационную на-
дёжность и необходимые характеристики жёсткости связи буксы с рамой в продольном и
поперечном направлениях по сравнению с челюстными буксами.
206
Таблица 6.1
Основные характеристики тележек магистральных тепловозов
Параметры Серия тепловоза
2ТЭ10Л 2ТЭ116 2ТЭ121 ТЭМ7 ТЭП70
Секционная мощность Ne, кВт 2205 2250 2940 1470 2940
Конструкционная скорость тк, км/ч 100 100 100 100 160
Скорость при д лительном режиме движения vn, км/ч 24 24,7 27 10,3 50
Длительная сила тяги Fa, кН 254,8 248 294 343 167
Длина секции по осям автосцепок Lr, м 16,97 18,15 21 21,5 21,7
Колёсная база L, м 12,8 13,7 18,6 173 16,85
Расстояние между шкворнями Ьш, м 8,6 9,63 13,82 10,9 13,79
Ширина по раме Ьк, м 3,25 3,08 33 331 3,086
Служебная масса тс, т 130,3 138 150 180 135
Нагрузка от колесной пары на рельсы Рс, кН 212,7 225,4 245 220 220,7
Коэффициент использования сцепной массы т) 0,77 0,89 0,92 0,945 0,83
Число колёсных пар в тележке ик 3 3 3 4 3
Диаметр колеса d, м 1,05 1,05 135 1,05 132
База тележки 1, м к’ 4,2 3,7 4,4 6,3 4,3
Расстояние между первой и второй колесными парами/|2,м 2,2 1,85 23 2,1 2,3
Длина тележки /т, м 5,52 5,7 6,94 7,77 6,72
Расстояние между серединами букс/6, м 2,134 2,134 2,2 2,134 2,28
Масса тележки т , т т’ 23,59 23,44 32,68 40,05 26,54
Колёсно-моторный блок
Масса колёсной пары, т: необрессоренная тк обрессоренная та 4,44 18,56 4,25 18,75 4,2 20,8 4,25 18,25 2,74 19,78
Тип ТЭД ЭД-107А ЭД-118 А, I ЭД-126 ЭД-120А ЭД-121А
Тип подвешивания ТЭД ООП ООП ОРП ООП ОРП
Мощность ТЭД N, кВт 305 305 409 135 413
Максимальная частота вращения п, об/мин 2060 2290 1840 1890 2320
Длительный крутящий момент Мя, Нм 5017 4976 7289 5260 6092
Межцентровое расстояние /п, мм 468,8 468,8 595 468,8 520
Расстояние от оси до подвески ТЭД 1п, м 910 910 930 960 —
Масса, т: КМБт, О ТЭДта 5,86 3,1 5,8 3,1 8,1 3,52 5,86 3,04 638 2,95
Передаточное число редуктора 1 4,41 4,41 4,318 3,65 3,12
Число зубьев z/z2 75/17 75/17 95/22 75/17 78/25
Челюстная или поводковая букса Ч П П П П
Диаметры буксового подшипника d^d2 (внутренний х наружный), мм 160x290 160x290 180x320 160x290 160x290
Сбалансированное или индивидуальное рессорное подвешивание Б И Б И И
Статический прогиб, мм: первой ступени /j общий fe 75 75 126 146 129 149 56 176 60 180
Тип демпфера Ф Ф Ф Г Г
Опорно-восстанавливающее устройство
Число опор кузова на тележке 4 4 4 4 8
Поперечное перемещение тележки относительно кузова в шкворневом узле (относе) Аш, мм 0 40 40 40 60
207
Окончание табл. 6.1
Параметры Серия тепловоза
2ТЭ10Л 2ТЭ116 2ТЭ121 ТЭМ7 ТЭП70
Начальная сила в шкворневом узле Fo, кН 0 0 0 0 0
Жёсткость поперечного перемещения в шкворневом узле с, кН/мм: Дш < 20 мм Д > 20 мм ш — 0,8 4,8 0,8 4,8 0,8 5,4 0,67 2,37
Момент тележки, кН-м: восстанавливающий Мъ, демпфирующий Мд 17,95 13,8 22,4 0 21,3 0 724а 32,5 603а 0
Примечание. Ч — челюстной буксовый узел;
П — поводковый буксовый узел;
Б — сбалансированное рессорное подвешивание;
И — индивидуальное рессорное подвешивание;
Ф — фрикционный гаситель колебаний;
Г — гидравлический гаситель колебаний;
Угол а — угол поворота тележки относительно кузова в радианах.
Тяговые электродвигатели соединяются с тележкой опорно-осевым подвешиванием
(ООП), т.е. ТЭД опирается непосредственно на ось колёсной пары. По сравнению с другими
способами получается наименьшее межцентровое расстояние, т.е. расстояние между осями
якоря и колёсной пары. С увеличением скоростей движения и жёсткости пути повысился
уровень высокочастотных виброускорений магнитных систем ТЭД. В связи с этим прове-
дён большой объём работ по повышению надёжности элементов опорно-осевого тягового
привода, созданию опорно-центрового (ОЦП) и опорно-рамного (ОРП) подвешивания ТЭД.
Способ передачи силы тяги от колёсных пар к автосцепке определяет коэффициент т)
использования сцепной массы тепловоза, от которого зависит сила тяги по сцеплению.
Под действием силы тяги происходит перераспределение нагрузок от сцепной массы и наи-
более разгруженные оси определяют склонность тепловоза к боксованию. У грузовых теп-
ловозов коэффициент т] « 0,7—0,92 в зависимости от способа передачи силы тяги и конст-
рукции рессорного подвешивания. Для повышения коэффициента Г] применяют
низкоопущенный шкворень, специальные догружатели (при двухступенчатом рессорном под-
вешивании), наклонные тяги и др.
Тележки тепловозов можно разделить на группы по конструктивным признакам, которые
определяют динамические, тяговые и другие качества экипажной части тепловоза (см. табл. 6.1).
Тележка первой группы—трёхосная, челюстная со сбалансированным рессорным под-
вешиванием, опорно-осевым тяговым приводом. Такую тележку применяют для грузовых
ТЭ10 и 2ТЭ10Л; пассажирских ТЭШО, ТЭШОЛ; маневровых ТЭМ2 и других тепловозов.
На рис. 6.1 показана тележка тепловоза 2ТЭ10Л. Она состоит из основных узлов: рамы 7,
опорно-возвращающих устройств 77, шкворневого узла 9, рессоры 3, трех ТЭД 10, буксо-
вых узлов 5, тормозных цилиндров 6, тормозной рычажной передачи 7. Челюстная сварно-
литая рама 7 состоит из боковин коробчатого сечения, концевых балок, междурамных креп-
лений и шкворневой балки. Рама является сложной пространственной конструкцией. Из-за
высокой концентрации напряжений технологии изготовления её считают одним из наиболее
нагруженных узлов экипажной части.
Нагрузка от кузова с оборудованием передаётся непосредственно на рамы через опор-
но-возвращающие устройства 77, расположенные на боковинах рам тележек в продольно-
208
Рис. 6.1. Тележка магистрального тепловоза 2ТЭ10Л:
1 — рама тележки; 2 — балансир рессорного подвешивания; 3 — листовая рессора; 4, 8 — пружинные
комплекты; 5—букса; 6—тормозной цилиндр; 7— рычажная передача тормоза; 9—шкворневой узел; 10—
тяговый электродвигатель; 11 — опорно-возврашаюшее устройство; 12—тяговый редуктор; 13—моторно-
осевой подшипник; 14—колёсная пара
вертикальной плоскости рессорного подвешивания, что снижает изгибающие моменты.
Опоры, находящиеся на расстоянии 1365 мм от центра поворота тележки, создают восста-
навливающий момент Мв благодаря перекатыванию роликов по наклонным плитам и дем-
пфирующему моменту Мд за счёт трения скольжения промежуточной шаровой опоры.
Горизонтальные силы (от тележек к кузову) передаются через шкворневой узел 9, явля-
ющийся центром поворота тележки. В конструкции отсутствует виброизоляция колебаний
относа кузова относительно тележек в горизонтальной плоскости.
Рессорное подвешивание сбалансировано с одной точкой подвешивания на каждой
стороне тележки. Точка подвешивания создаётся двумя восьмилистовыми рессорами 3, ше-
стью комплектами пружин 4 и балансирами 2.
Колёсно-моторный блок (КМБ) состоит из ТЭД 10, колёсной пары 14, тягового редук-
тора 12, моторно-осевых подшипников 13. Применено опорно-осевое подвешивание: одним
концом ТЭД через моторно-осевые подшипники 13 опирается на ось колёсной пары 14, дру-
гим через упругую траверсу подвешен к раме 1 тележки. Таким образом, половина массы
двигателя является необрессоренной. Крутящий момент от ТЭД передаётся через односто-
ронний прямозубый тяговый редуктор 12, состоящий из шестерни, закреплённой на валу
якоря ТЭД 10, и зубчатого колеса, посаженного с натягом на ось колёсной пары 14. Тяговый
редуктор 12 защищён кожухом, который прикреплён к остову ТЭД 10.
209
По обеим сторонам тележки расположены два тормозных цилиндра 6 рычажной пере-
дачи 7 тормоза. Колодки трёх колёс одной стороны приводятся от одного тормозного ци-
линдра диаметром 254 мм. В разных модификациях тепловозов осуществляется одно- или
двустороннее торможение.
В рассматриваемой конструкции применено встречное расположение ТЭД: для крайних
осей тележек носиками к шкворню, для средних — к среднему сечению тепловоза. При такой
компоновке уменьшаются длина базы и момент инерции тележки, но в то же время снижается
коэффициент использования сцепной массы и ухудшаются тяговые качества тепловоза.
Результаты эксплуатации и испытаний показывают, что конструкция тележки первой
группы магистральных тепловозов мощностью 1470 кВт (2000 л.с.) и маневровых тепловозов
ТЭМ2 по такому показателю эксплуатационной надёжности, как число неплановых ремон-
тов, приходящихся на 1 млн км пробега, является одной из лучших. При создании тепловозов
большей мощности с повышенными осевыми нагрузками и увеличенными в 1,5—2 раза меж-
ремонтными пробегами потребовалось совершенствование конструкции экипажа.
Тележка второй группы — унифицированная бесчелюстная тележка. Она применена у
магистральных грузовых тепловозов ТЭ10М, 2ТЭ116,2ТЭ10В, 2М62, маневровых ТЭМЗ и
экспортных грузо-пассажирских ТЭ109 (модификаций 130, 131, 132, 142), ТЭ114, М62 с
конструкционной скоростью 100—140 км/ч (рис. 6.2).
Рис. 6.2. Унифицированная бесчелюстная тележка тепловоза 2ТЭ116:
1 — рама тележки; 2 — колёсно-моторный блок; 3—пружинный комплект рессорного подвешивания; 4 —
опорно-возвращающее устройство; 5—рычажная передача тормоза; 6—тормозной воздухопровод; 7—
песочный трубопровод тележки
210
Для удовлетворения требований тепловозов всех модификаций в конструкции уни-
фицированной бесчелюстной тележки предусмотрены: возможность изменения передаточ-
ного числа тягового редуктора с 4,41 (75/17) до 3,04 (70/23) при одном и том же тяговом
электродвигателе (ТЭД), т.е. обеспечивается постоянство межцентрового расстояния тя-
гового редуктора; изменение ширины колеи с 1520 до 1435 мм с вписыванием в габа-
рит 0-2Т ГОСТ 9238—83 сменой дисков колёсных центров или их смещением на колёсной
паре; установка оборудования тормоза Матросова для грузовых тепловозов, а для экспорт-
ных тепловозов с конструкционной скоростью 120 км/ч и выше — со ступенчатым нажати-
ем типа Кнорр и др. Тягово-прочностные качества тележки допускают наибольшую на-
грузку от колёсной пары на рельсы 226 кН (23 тс).
Трёхосная тележка второй группы оборудована индивидуальным приводом каждой
колёсной пары через односторонний и одноступенчатый тяговый редуктор от тягового элек-
тродвигателя постоянного тока ЭД-118А с польстерным смазыванием или электродвигате-
ля ЭД-118Б с циркуляционным принудительным смазыванием моторно-осевых подшипни-
ков. Установка ТЭД в тележке выполнена опорно-осевой с рядным их расположением для
улучшения использования сцепной массы локомотива (на 10—12 %) за счет однозначного
распределения нагрузок по осям от тяги при движении тепловоза.
Рама 1 тележки связана с колёсными парами через поводковые бесчелюстные буксы с
жёсткими осевыми упорами качения одностороннего действия. Такая связь предназначена
для передачи сил тяги, торможения и поперечных сил от колёсных пар на раму тележки
упруго без трения скольжения и зазоров, а также для обеспечения симметричности и парал-
лельности осей колёсных пар в раме тележки и относительных вертикальных её колебаний.
Жёсткость поводков буксы в поперечном направлении равна 35-105 Н/м, в продольном —
240 • 105—280 • 105 Н/м. Кроме этого, для уменьшения воздействия тепловоза на путь увели-
чена поперечная подвижность средней колёсной пары установкой её в буксах со свободным
осевым разбегом ±14 мм.
Рессорное подвешивание тележки индивидуальное с пружинными комплектами на каж-
дый буксовый узел. Оно без учета поводков обеспечивает статический прогиб 126 мм и под
статической нагрузкой зазор 40—50 мм между корпусом буксы и боковиной рамы тележки,
необходимый для избежания ударов при колебаниях надрессорного строения, возникающих
при движении тепловоза и зависящих от состояния пути. Каждый пружинный комплект ус-
тановлен с прокладками, которые служат для регулирования распределения нагрузок по
осям тепловоза.
Параллельно индивидуальному буксовому рессорному подвешиванию включены
фрикционные гасители колебаний сухого трения, которые способны одновременно умень-
шать все три вида колебаний: подпрыгивание, галопирование и поперечную качку. Демп-
фирование колебаний обеспечивается 5—6 % к подрессоренной массе регулированием
изменения силы трения.
В конструкции тележки (для каждого колеса) применён пневматический колодочный
тормоз с двусторонним нажатием гребневых тормозных колодок. Каждое колесо обслужи-
вается одним тормозным цилиндром через рычажную передачу с общим передаточным чис-
лом 7,8; поперечные триангели рычажной передачи между тормозными колодками надёжно
удерживают колодки от сползания с бандажей и допускают применение безгребневых сек-
ционных тормозных колодок (экспортные тепловозы типа ТЭ109). Установочный выход
штока тормозного цилиндра 55 мм при зазоре 7 мм между колодкой и бандажом. Эксплуа-
тационный размер выхода штока 55—120 мм. Для его регулировки на продольных тягах
рычажной передачи установлены регуляторы выхода штока тормозного цилиндра типа
211
«винт—гайка». Проводятся опытно-конструкторские работы для применения тормозных
цилиндров «ТЦР-10» со встроенными регуляторами выхода штока, чтобы без ручных регу-
лировок поддерживать постоянный зазор между бандажом и колодкой до предельного изно-
са тормозных колодок.
Нагрузка от надтележечного строения тепловоза передаётся на четыре комбиниро-
ванные роликовые опоры с резинометаллическими элементами, которые размещены на
боковинах рам тележек. Каждая опора по отношению к центру поворота тележки установ-
лена так, что роликовой частью обеспечивается поворот тележки и возвращающий мо-
мент, а поперечное перемещение кузова (относ) достигается поперечной свободно-упру-
гой подвижностью шкворня и сдвигом каждого комплекта из семи резинометаллических
элементов, установленных на верхней плите роликовой опоры. Как возвращающий мо-
мент, так и момент упругих сил опор гасят относительные колебания кузова и тележек в
горизонтальной плоскости (без установки дополнительных демпферов) при движении теп-
ловоза со скоростью до 120 км/ч. При таком опорно-возвращающем устройстве возможен
устойчивый максимальный поворот тележки (с учётом относа) относительно кузова до 5°,
а упругое опирание кузова создаёт дополнительный прогиб до 20 мм в рессорном подвеши-
вании тепловоза.
Сила тяги от рамы тележки на кузов передаётся шкворневым узлом, допускающим
поперечную свободно-упругую подвижность шкворня кузова ±40 мм. Шкворень явля-
ется осью поворота тележки в горизонтальной плоскости. Вследствие минимального оди-
накового значения колёсной базы тележки (1850 х 2 мм) и рядного расположения ТЭД
шкворневой узел размещён на продольной балке со смещением на 185 мм от оси средней
колёсной пары.
Конструкция бесчелюстной тележки, тяговый привод, способ связи её с кузовом на-
правлены на достижение наибольшего коэффициента сцепления, а также расчётного коэф-
фициента использования сцепной массы (принятого равным 0,9).
Коэффициент запаса прочности корпусов букс и рамы тележки не менее 2. Надеж-
ность и долговечность тягового редуктора доведены до 1,2—1,8 млн км пробега заменой
жёсткой зубчатой передачи с модулем 11 мм передачей с модулем 10 мм и упругим зубча-
тым колесом (УЗК). После замены жёстких опор кузова комбинированными с резинометал-
лическими элементами вертикальная и горизонтальная динамика ходовой части экипажа не
ограничивает прохождение тепловозом прямых, крутых кривых участков пути и стрелоч-
ных переводов.
Обе тележки (передняя и задняя) тепловоза по своей конструкции одинаковы, за ис-
ключением установки на передней тележке рычажной передачи ручного тормоза, подно-
жек для входа в тепловоз и привода скоростемера.
Тележка третьей группы — трёхосная, бесчелюстная, со сбалансированным рессорным
подвешиванием, опорно-рамным тяговым приводом. Эта тележка применена для грузового
тепловоза 2ТЭ121 мощностью 2 х 2940 кВт (2 х 4000 л.с.) с повышением осевых нагрузок до
245 кН. Отличительными особенностями тепловоза 2ТЭ121, оказавшими влияние на конст-
рукцию экипажной части, являются опорно-рамный тяговый привод и увеличенный диа-
метр колёс (1250 мм) по сравнению с применяемым у всех магистральных и маневровых
тепловозов (до 1050 мм). Это обусловило увеличение массы тележки почти на 40 % по срав-
нению с тележкой тепловоза 2ТЭ116.
Общий вид тележки тепловоза 2ТЭ121 показан на рис. 6.3. Способ опорно-возвращаю-
щего устройства? принят таким же, как у тепловоза 2ТЭ116 (резинометаллические опоры).
212
Рессорное подвешивание — сбалансированное, оно включает пружины 3 и листовые рессо-
ры 7. Букса 4 поводковая, размеры подшипников больше, чем у тепловозов мощностью
2205 кВт (3000 л.с.): 180 х 320 мм. У опорно-рамного привода есть полый вал якоря, обрес-
соренный ТЭД 5 и редуктор 6.
Четвёртую группу представляет восьмиосный маневрово-вывозной тепловоз ТЭМ7,
описание которого дано в главе 7.
Пятую группу представляет тележка грузового восьмиосного тепловоза ТЭ136
(рис. 6.4). По элементам экипажной части она унифицирована с тележкой тепловоза
2ТЭ121. Тележка состоит из двух двухосных тележек 7, сочленённых между собой низ-
корасположенной балкой-балансиром 6, в центре которой находится гнездо 7 шквор-
невого узла 5 кузова.
По концам балки-балансира 6 сделаны проушины, которыми через шаровые шарниры
она соединена со шкворнями тележек. Балка-балансир 6 обеспечивает прохождение тепло-
возом кривых участков пути и, следовательно, выполняет то же назначение, что и промежу-
точная рама тепловоза ТЭМ7. Балка-балансир 6 передаёт силу тяги от тележек к кузову
через шкворневые узлы 5.
Рис. 6.3. Бесчелюстная тележка тепловоза 2ТЭ121:
1 — листовая рессора; 2 — опорно-возвращающее устройство; 3 — пружины; 4 — букса; 5 — тяговый
электродвигатель; 6—тяговый редуктор
213
2 3 4 5
7 6
Рис. 6.4. Четырёхосная тележка восьмиосного тепловоза ТЭ136:
1 — двухосная тележка; 2 — роликовая опора; 3 — пружины второй ступени поосного подвешивания;
4 — буксовая пружина; 5 — шкворневой узел; 6—балка-балансир; 7 — гнездо шкворневого узла
Нагрузка от кузова воспринимается рамой тележек через пружины 3 второй ступени
рессорного подвешивания и роликовые опорно-восстанавливающие устройства с наклон-
ными плитами. На ролики через опорные плиты опирается корпус с гнездом под вторую
пару роликов, которые расположены между опорными плитами с наклонными поверхностя-
ми. Оси пары роликов верхнего яруса перпендикулярны осям пары роликов нижнего яруса.
Таким образом создаются восстанавливающие моменты и сила при повороте и поперечном
смещении тележек.
Рессорное подвешивание двухступенчатое, причём на первую буксовую ступень 4, яв-
ляющуюся виброзащитой экипажной части от воздействия неровностей пути, приходится
меньшая часть общего прогиба (32 %).
Тележка шестой группы показана на рис. 6.5. Она предназначена для пассажирских
тепловозов ТЭП70 и ТЭП75 мощностью соответственно 2940 и 4410 кВт (3000 и 4000 л.с.).
В бесчелюстной тележке применено двухступенчатое рессорное подвешивание с пружина-
ми, причём пружины 7 второй ступени одновременно создают упругую связь кузова с те-
лежкой в горизонтальном направлении, вследствие чего получилась простая и компактная
конструкция опорно-восстанавливающего устройства. Демпфирование горизонтальных по-
перечных перемещений тележек относительно кузова осуществляется гидравлическими га-
сителями колебаний 4, установленными в поперечном сечении тележек у шкворней. Гидро-
гасители 2 вертикальных колебаний также расположены во второй ступени параллельно
пружинам 7. Для повышения коэффициента т| использования сцепной массы сила тяги пере-
даётся низкоопущенным шкворнем 5.
Статический прогиб двухступенчатого рессорного подвешивания 180 мм. Упругую связь
тележек и кузова с Аэкв = 650 мм. Угловой поворот тележек осуществляется благодаря по-
перечной деформации пружин второй ступени рессорного подвешивания. Возвращающий
момент зависит от угла поворота тележки фт и определяется по формуле Мв = 560 • 103 фт,
где фт — в радианах. Эта зависимость получена по результатам натурных стендовых испы-
таний тепловоза. Поперечный зазор был равен 40 мм на сторону. Вторая ступень рессорно-
214
Рис. 6.5. Унифицированная тележка пассажирских тепловозов ТЭП70 и ТЭП75:
1 — пружины второй ступени рессорного подвешивания; 2,4—гидравлические гасители колебаний;
3 — буксовая пружина; 5—шкворень
го подвешивания тепловоза ТЭП70 состоит из восьми пружин, размещённых в нише кузова
и опирающихся непосредственно на боковины рам тележек. Верхняя опорная плоскость пру-
жин находится в одной плоскости с центром тяжести кузова для обеспечения его поперечной
устойчивости.
Для гашения колебаний галопирования тележек у крайних колёсных пар установлены
четыре гидравлических гасителя. Коэффициент относительного гашения вертикальных
колебаний подпрыгивания и галопирования кузова D = 0,36, колебаний подпрыгивания и
галопирования тележек в среднем равен 0,28 при коэффициенте сопротивления каждого
гасителя 700 Нс-см-1.
Первая ступень рессорного подвешивания состоит из пружин, установленных на крыль-
ях поводковых букс. Вертикальная жёсткость пары поводков одной буксы 176 Н/мм, попе-
речная горизонтальная 2,94 кН/мм, суммарная жёсткость поводков и пружин 4,32 кН/мм.
Гашение вертикальных колебаний в первой ступени не предусмотрено.
При скоростях 140 км/ч рамные силы тепловоза ТЭП75 не превышали 30 кН. Рамные
силы в кривых у тепловоза ТЭП75 ниже, чем у тепловоза ТЭП60, например: в кривой ради-
уса 350 м на 13 кН при максимальной скорости, соответствующей допускаемому уровню
непогашенного ускорения. Рамные силы при движении на боковое направление стрелоч-
ного перевода марки Р50 1/11 у обоих тепловозов близки и составляют около 60 кН при
скорости 40 км/ч. Уровень рамных сил в кривых, в том числе стрелочных, для локомотива
с нагрузкой от колёсных пар на рельсы 225 кН можно считать вполне приемлемым. Для
улучшения динамики унифицированной экипажной части тепловозов ТЭП75 и ТЭП70
поперечный зазор в шкворне тележек был увеличен до 60 мм на сторону. В тепловозе при-
менена конструкция опорно-рамного тягового привода карданного типа с шарнирно-по-
водковыми муфтами на подшипниках качения.
Далее будут рассмотрены конструктивные решения основных узлов применительно к
наиболее распространённой бесчелюстной тележке тепловоза 2ТЭ116 (вторая группа) и пас-
сажирского тепловоза ТЭП70.
215
6.2. Рамы тележек
Прочность рам тележек определяется несколькими конструктивными и технологичес-
кими особенностями. Это прежде всего выбранная принципиальная схема тележки, опреде-
ляющая систему сил, действующих на её раму; конструктивное исполнение основных несу-
щих элементов рамы и узлов соединения этих элементов друг с другом, что в значительной
степени определяет уровень концентрации напряжений. К определяющим причинам можно
отнести также уровень технологической культуры завода-изготовителя, стабильность тех-
нологии, применение передовых методов изготовления, особенно в сварочных работах.
Рама тележки предназначена для размещения колёсно-моторных блоков (КМБ) с
рессорным подвешиванием, тормозного исполнительного оборудования, опорных уст-
ройств надтележечного строения и механизма передачи силы тяги на кузов тепловоза.
При эксплуатации рама тележки, кроме статических нагрузок от массы кузова с обору-
дованием, силы тяги (торможения) и реакций от ТЭД, подвергается большим динамичес-
ким вертикальным и горизонтальным нагрузкам. Поэтому в конструкцию рамы тележ-
ки по основным элементам закладывается коэффициент запаса прочности не менее 2,0 и
по пределу текучести материала — 1,2 при проверке её на возможное соударение с про-
дольным ускорением до 3 g.
Рама тележки тепловозов второй группы (рис. 6.6) сварной конструкции. Основу рамы
образуют две боковины 12 и 75, жёстко связанные поперечными балками 7,8 и 10, переднее
концевое крепление 14 и шкворневая балка 9. Боковина представляет собой замкнутый про-
филь коробчатого сечения, сварена из стальных листов толщиной: боковых 10 мм, верхнего
14 мм, нижнего 22 мм. Сверху на боковины установлены платики 13 опор, снизу приварены
подкладки под пружины, литые кронштейны 3 и 1 с трапециевидными пазами для крепления
буксовых поводков и установки опор пружин. Для повышения усталостной прочности (сни-
Рис. 6.6. Рама бесчелюстной тележки грузовых тепловозов:
1, 3, 4,5—кронштейны;?—корпус гасителя; 6—полые вставки боковин; 7, 8,10—поперечные балки; 9—
шкворневая балка; 11—проставочные листы; 12,15—боковины; 13—платики опор; 14—концевое крепление
216
жения коэффициентов концентрации) к нижнему несущему листу боковины приварены крон-
штейны 7,3, 4,5 внахлёстку фланцами с параболической формой поперечных граней. Пос-
ле приварки кронштейнов зоны основания сварных швов упрочняются наклёпом. Внутри
боковин установлены диафрагмы, приваренные к боковым листам для увеличения жёстко-
сти сечения в местах примыкания поперечных балок междурамного крепления. Снаружи на
вертикальные листы боковин через подкладки приварены корпусы 2 фрикционных гасите-
лей колебаний, кронштейны 4 тормозных цилиндров. В боковинах по нейтральной оси сде-
ланы сквозные овальные отверстия, усиленные полыми вставками 6 для прохода горизон-
тальных рычагов рычажной передачи тормоза.
Поперечные балки 7,8 и 10 междурамного крепления сварной конструкции также зам-
кнутой коробчатой формы выполнены из стальных листов толщиной 14 мм и жёстко свя-
зывают между собой боковины. Своими вертикальными рёбрами поперечные балки при-
варены к внутренним боковым листам и специальным выступам нижних листов боковин.
Сверху приварены проставочные листы 77, которые связывают поперечные балки с верх-
ними листами боковин, образуя замкнутое сварное междурамное крепление. К нижним
листам поперечных балок приварены литые кронштейны 5 для опор ТЭД.
На средние балки междурамного крепления сверху строго на продольной оси рамы
установлена и закреплена электросваркой продольная шкворневая балка 9, литая из стали
20ЛП ГОСТ 977—75. В средней части шкворневой балки устроено массивное шкворневое
гнездо, а по концам находятся горизонтальные полки для повышения жёсткости крепле-
ния, так как через балку и шкворень передаётся сила тяги на раму тепловоза. В шкворне-
вом гнезде устанавливается подвижной в поперечном направлении шкворневой узел те-
лежки, а в боковых стенках гнезда выполнены отверстия для установки пружинных
комплектов упругих упоров шкворневого узла.
Передняя концевая балка 14 выполнена сварной, коробчатого сечения, неотъёмной, но
изогнутой в средней части для удобства снятия фрикционного аппарата автосцепки. Балка
своими торцами электросваркой соединена с боковинами, связывая их для придания жёст-
кости, и несёт на себе кронштейны тормозной рычажной передачи тележки.
Основные составные сборочные единицы рамы тележки (боковины, междурамные
крепления, концевые балки) изготовлены из стали Вст. 3 сп. 5 ГОСТ 380—71 и отожжены
для снятия напряжений от сварки. На собранную и сваренную раму устанавливаются и
привариваются шкворневая балка 9, корпусы 2 фрикционных гасителей колебаний, крон-
штейны 4 тормозных цилиндров и подвесок рычажной передачи тормоза, платики 13 под
установку опор кузова. Затем раму механически обрабатывают по кронштейнам 7 и 3 креп-
ления буксовых поводков и опор пружин с протяжкой трапециевидных пазов и по плати-
кам 13 под установку опор кузова.
На каждую окончательно готовую раму тележки составляют паспорт, где отраже-
но качество металла, сварных швов и их структура, выполнение монтажно-установоч-
ных размеров. Качество изготовления контролируют по ГОСТ 15467—79 и техничес-
ким условиям ТУ 24-4-419-70 на изготовление сварных конструкций тепловозов.
Основные сварные соединения проверяются дефектоскопией (ультразвуковой, рентге-
новской). Сварочные дефекты — трещины, непровары, кратеры, неполный шов — не
допускаются как весьма опасные для эксплуатации рамы тележки, предназначенной
надёжно обеспечивать безопасность движения в течение всего срока службы в условиях
высокой динамической нагруженности.
Одной из лучших для распределения сил, действующих на раму тележки, является кон-
струкция трёхосной тележки тепловозов первой группы (2ТЭ10Л и др.), в которой верти-
217
кальные усилия от кузова передаются через четыре опоры, расположенные на боковинах
рамы. Силы, действующие на раму тележки сверху и снизу, уравновешиваются в зоне их
приложения, что приводит к уменьшению изгибающих моментов, действующих на раму.
Поперечные балки при этом не нагружены вертикальным изгибающим моментом, а бокови-
ны — крутящим моментом. У бесчелюстных тележек тепловозов второй группы применена
примерно такая же схема передачи вертикальных сил от кузова на раму тележки, но рес-
сорное подвешивание выполнено несбалансированным. Боковина рамы тележки нагруже-
на несколько увеличенным изгибающим моментом.
В тепловозе ТЭМ7 вертикальные усилия на раму двухосной тележки со стороны про-
межуточной рамы передаются через кронштейны на плече 373 мм относительно продоль-
ной оси боковины. В результате этого боковины, кроме изгиба, нагружены крутящим мо-
ментом, а поперечные балки рамы тележки — дополнительным изгибающим моментом.
При выбранной схеме тележки решающее влияние на её габариты и массу оказывает вы-
бор конструкции основных несущих узлов. Наиболее распространены у современных ло-
комотивов сварные и сварно-литые рамы тележек. Применение современной технологии
сварки наряду с такими прогрессивными методами обработки швов, как аргонно-дуговое
оплавление, значительно снижает массы рам тележек новых локомотивов.
Несущие элементы рам тележек обычно изготовляют в виде сварных тонкостенных
балок прямоугольного сечения. В большинстве случаев поперечное сечение балок образу-
ется из двух вертикальных и двух горизонтальных листов, сваренных между собой про-
дольными швами (тепловозы ТЭЗ, 2ТЭ10Л, 2ТЭ10В, 2ТЭ116, ТЭМ7, ТЭП75 и др.). У теп-
ловоза ТЭП60 несущие балки рамы тележки сварены из двух корытообразных профилей,
соединённых продольными швами по верхнему и нижнему поясам. Такие конструкции пред-
почтительны с точки зрения прочности, однако не получили широкого распространения из-
за большей сложности изготовления.
Основной размер, определяющий массу боковины рамы, — соотношение между её
высотой и шириной. У большинства конструкций высота боковин равна 350—450 мм,
а отношение высоты поперечного сечения боковины к его ширине лежит в пределах
1,5—2,0, что соответствует соотношению изгибающих моментов, воспринимаемых
рамой тележки в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Ширина поперечных ба-
лок, наоборот, как правило, больше их высоты, поскольку эти балки нагружены в ос-
новном горизонтальными усилиями.
Обычно в нижнем поясе боковины рамы тележки действуют растягивающие напряже-
ния, в верхнем — сжимающие. Поэтому нижний лист боковины тележек тепловозов 2ТЭ10Л,
2ТЭ10В, ТЭМ7 сделан более толстым, чем верхний, что смещает вниз центр тяжести попе-
речного сечения и увеличивает момент сопротивления сечения по нижнему поясу.
Зоны сопряжения поперечных балок с боковинами — это один из ответственных узлов
рамы тележки. Напряжённое состояние этих узлов определяется совместным действием
вертикальных и горизонтальных сил. Уровень напряжений здесь всегда высок. Поэтому
соединение поперечных балок с боковинами выполняется так, чтобы обеспечить минимум
концентрации напряжений. Для этого предназначена концевая балка, которая в 2 раза сни-
жает напряжения в зоне сопряжения продольных и поперечных балок от действия попе-
речной горизонтальной силы.
Рассмотрим три варианта сопряжения нижних листов продольной и поперечной балок:
внахлестку, встык с расположением сварного шва вдоль кромки боковины, а также встык, но
с выносом сварного шва на поперечную балку и при наличии в этой зоне радиуса перехода не
менее 150 мм. Наименее прочно соединение по первому варианту. Теоретический коэффици-
218
ент концентрации напряжений достигает здесь значений 2,05—2,8. У второго варианта
соединения коэффициент концентрации также достаточно высок: сст = 2,2—2,5. В третьем
варианте он не превышает 1,4—1,7. Рекомендуется наименьший радиус сопряжения нижних
листов не менее 0,25 ширины боковины, т.е. 70—80 мм. Стыковой сварной шов, также явля-
ющийся концентратором напряжений, отнесён в третьем варианте на поперечную балку в
зону минимальных напряжений от вертикальных нагрузок.
Рама тележки, подвергающаяся в эксплуатации переменным напряжениям, рассчиты-
вается на усталостную прочность. Для такой оценки необходимо располагать значения-
ми действующих статических и динамических напряжений и пределами выносливости из-
делия. Для такого узла, как рама тележки, главная форма расчёта — поверочный расчёт,
связанный с определением коэффициента запаса прочности. Статические напряжения оп-
ределяют от всех основных режимов нагружения: массы кузова с установленным обору-
дованием, тяговых и тормозных усилий и усилий при вписывании в кривые. Находят так-
же напряжения в раме тележки при соударениях тепловоза, при движении с вывешенными
колёсными парами и т.д. Рама тележки при таком расчёте обычно представляется в виде
стержневой системы.
ВНИКТИ и ВНИИЖТом применяется расчётно-экспериментальный метод оценки проч-
ности. Значения действующих статических и динамических напряжений определяются экспе-
риментально при испытании тепловоза в эксплуатационных условиях. Предел выносливости
изделия находится при пересчёте предела выносливости материала с помощью коэффициен-
тов понижения выносливости, принимаемых по общемашиностроительным справочным дан-
ным и частично определяемых экспериментально (коэффициент концентрации формы).
6.3. Опорно-возвращающие устройства и передача силы тяги
Опорные связи кузова с тележками предназначены для: передачи вертикальной нагруз-
ки от массы кузова на тележки; обеспечения устойчивого движения тепловоза при движении
в прямых участках, центрирования тележки в колее, т.е. постоянного возвращения её в среднее
положение относительно кузова; гашения колебаний и снижения бокового воздействия те-
лежки на кузов при колебаниях виляния и относа. У всех грузовых тепловозов масса кузова
передаётся на трёхосную тележку через четыре роликовые опоры, установленные на боко-
вины рамы тележки по окружности, центр которой является центром поворота тележки.
Внутри корпуса 1 (рис. 6.7) помещён подвижный механизм опоры, состоящий из сферичес-
кого гнезда 4, верхней опорной плиты 3 и цилиндрических роликов 2. Хвостовики роликов с
обеих сторон входят в отверстия обойм 5, что обеспечивает их параллельное перемещение
при перекатывании. Рабочие поверхности верхней 3 и нижней 6 опорных плит представляют
собой наклонные плоскости. Внутренняя полость корпуса заполнена осевым маслом.
При прохождении тепловозом кривых участков пути тележка поворачивается, и в ре-
зультате наклона поверхностей опорных плит возникает горизонтальное усилие, стремяще-
еся вернуть тележку в первоначальное положение. Тележка поворачивается по окружности
вокруг центра шкворня, а ролики катятся по наклонным поверхностям, перемещаясь по
прямой. В результате сферическое гнездо 4 проскальзывает по верхней опорной плите. Если
оси опор повернуть относительно радиуса окружности, на которой они расположены, то
перемещение сферического гнезда по опорной плите увеличится и работа трения возрастёт.
Для получения возвращающих сил и моментов трения, необходимых для устойчивого поло-
жения тележки под тепловозом и плавного вписывания экипажа в кривую, установлен угол
219
Рис. 6.7. Опорно-возвращающее устройство тележек
тепловозов ТЭЗ, ТЭ7, ТЭ10 и 2ТЭ10Л:
1—корпус опоры; 2—ролик; 3—верхняя опорная плита;
4—сферическое гнездо опоры; 5—обойма ролика; 6—
нижняя опорная плита; 7 — брезентовый чехол
наклона опорных плит 2°, угол поворота
опор в плане 5°. Опоры тепловозов
2ТЭ1ОЛ и ТЭЗ допускают только поворот
тележек в плане относительно кузова и не
допускают поперечного перемещения.
Продольные и поперечные горизонталь-
ные силы от тележки на раму кузова пе-
редаются через шкворень.
Движение тележечных локомотивов
по прямым участкам пути с большими
скоростями сопровождается вилянием
экипажей. Для устранения виляния под-
вешивание масс кузова и тележек разде-
ляется применением упругих подвижных
элементов (пружин, резинометалличес-
ких опор, подвесок и др.), обеспечиваю-
щих относительное поперечное переме-
щение. Это необходимо для уменьшения
боковых сил, действующих при движении
в кривых участках пути, а также в пря-
мых при наличии неровностей пути в плане и из-за синусоидального движения колёсных
пар, вызываемого конусностью бандажей и наличием зазоров между гребнями колёс и внут-
ренними гранями рельсов. Система подвешивания подбирается так, чтобы добиться плав-
ности хода с малыми значениями амплитуды и частоты колебаний кузова, а также без зна-
чительных отклонений его от оси пути.
Опорно-возвращающее устройство унифицированной тележки второй группы воспри-
нимает массу всего надтележечного строения, создаёт устойчивое положение тележки под
тепловозом при его движении. Оно способствует плавному вписыванию в кривые и создаёт
Рис. 6.8. Расположение опор
на раме тележки тепловоза 2ТЭ116:
1 — комбинированная опора; 2 — шкворневой
узел; А — положение средней колёсной пары
относительно шкворня
усилия для возвращения тележек в первона-
чальное положение при движении в прямых.
Взаимное расположение опор главной
рамы и опор тележки показано на рис. 6.8. Для
равенства нагрузок от колёсных пар тележек
на рельсы передние опоры расположены вок-
руг шкворня по радиусу 1632 мм, задние —
1232 мм. Надтележечное строение тепловоза
опирается на раму тележки через четыре ком-
бинированные опоры (рис. 6.9), состоящие
каждая из двух ступеней: нижняя жёсткая сту-
пень — роликовая опора качения, верхняя
упругая — блок из семи резинометалличес-
ких элементов (РМЭ).
Литой корпус 1 роликовой опоры уста-
новлен на боковине рамы тележки по каса-
тельной к радиусу поворота тележки на
опорах качения нижней опорной плиты 2. Ро-
лики 3 связаны между собой обоймами и вра-
220
Рис. 6.9. Комбинированная опора кузова
тепловоза 2ТЭ116:
1 — корпус роликовой опоры; 2, б — нижняя и верхняя
опорные плиты; 3 — ролик; 4 — втулка; 5—износостойкая
накладка; 7— крышка; 8—болт; 9,12 — опорные кольца;
10 — кольцевой зацеп стальной пластины; 11 — упругий
элемент; 13—регулировочные прокладки; 14—конический
стакан; 75, 16 — хомуты; 17 — чехол; 18 — пробка; 19 —
обойма; 20—сливная пробка; 27 — рама тележки
щаются в неметаллических втул-
ках 4, которые являются подшип-
никами для роликов. Вся подвиж-
ная система опоры (ролики с
обоймами и верхняя опорная пли-
та) при перемещениях направляет-
ся приваренными к боковым стен-
кам корпуса износостойкими
накладками 5. На поверхности
качения роликов и опорных плит
возникают высокие контактные
напряжения, поэтому ролики изго-
товлены из стали 40Х и закалены
на глубину 1,5—3 мм до твердости
HRC 54—60. Опорные плиты пред-
варительно цементируют, затем их
поверхность закаливают до твер-
дости не менее HRC 56.
Поверхности качения опорных
плит выполнены наклонными, угол
наклона равен 2°. На прямом учас-
тке пути ролики занимают среднее
положение между наклонными плоскостями. При повороте тележки относительно кузова
ролики накатываются на наклонные поверхности опор. При этом возникают горизонталь-
ные силы, создающие на радиусе опор возвращающий момент. Кроме возвращающих сил,
при повороте тележек в опоре возникают силы трения и момент сил трения, который спо-
собствует уменьшению колебаний виляния тележек.
Упругая ступень комбинированной опоры содержит семь упругих элементов 11, рас-
положенных между опорным кольцом 9 роликового устройства на тележке и опорным
кольцом 12 на кузове тепловоза. Упругий комплект ограничен коническим стаканом 14 с
устранением зазора, превышающего максимальный размер относа кузова, который про-
исходит при прохождении тепловозом кривой радиусом 125 мм. Упругий элемент 11 пред-
ставляет собой резиновую шайбу, привулканизированную к стальным пластинам. В этих
пластинах выштампованы кольцевые зацепы 10 для исключения поперечного сдвига эле-
ментов в комплекте и в соединениях с опорными плитами. Материал упругих элементов —
резина 7-ИРП-1347, твёрдость 47—57 условных единиц. У каждого комплекта РМЭ ком-
бинированной опоры на стенде определяется его высота (размер К) под нагрузкой с учё-
том динамической нагрузки, равной 140 кН. На одной тележке допускается отклонение
высоты комплектов не более 1 мм, что регулируется установкой прокладок 13 под опор-
ную часть кузова.
Каждая комбинированная опора по отношению к центру поворота тележки уста-
новлена так, что роликовой частью обеспечивается поворот тележки и возвращающий
момент, а поперечное перемещение кузова (относ) достигается поперечным сдвигом каж-
дого комплекта РМЭ. Упругое опирание кузова создаёт дополнительный прогиб рессор-
ного подвешивания, что улучшает динамико-прочностные показатели ходовых частей
экипажа тепловоза.
221
Сила тяги от тележки на кузов передаётся шкворневым устройством с поперечной сво-
бодно-упругой подвижностью ±40 мм. Это улучшает вписывание и горизонтальную дина-
мику при движении тепловоза, а также уменьшает рамные силы на путь и обратного воз-
действия массы тележки на кузов. Шкворень также является осью поворота тележки в
горизонтальной плоскости.
Шкворень 8 (рис. 6.10) приварен к главной раме тепловоза 3. При установке надтеле-
жечного строения тепловоза на тележки нижняя часть шкворня с приваренной стальной втул-
кой 9 входит по легкоходовой посадке во втулку 7 ползуна 6. На пяти поверхностях ползу-
на (на нижнем основании, поверхностях, перпендикулярных и параллельных оси тележки)
приварены планки 5,72,76, изготовленные из стали 60Г и термообработанные. Ползун вмон-
тирован в гнездо литой шкворневой балки 13 рамы тележки. На внутренних поверхностях
гнезда шкворневой балки перпендикулярно к продольной оси тележки и днищу приварены
планки 14 и 75, также изготовленные из стали 60Г и термообработанные, между которыми
установлен ползун (с зазором 0,14—1,42 мм), перемещающийся в гнезде в поперечном на-
правлении на 40 мм в каждую сторону.
При поперечном перемещении шкворня ползун упирается в упор 4, который передви-
гается во втулке 7 7, запрессованной в гнездо, и через свой бурт сжимает пружину 2. Пружина 2
установлена в боковом цилиндрическом стакане 7, закреплённом снаружи гнезда шкворне-
вой балки. На противоположной стороне гнезда шкворневой балки тоже расположено упор-
но-возвращающее шкворневое устройство.
Для проведения поперечной расцентровки кузова относительно тележек, необходи-
мой при взвешивании и определении нагрузки по осям тепловоза, на торцах стаканов 7
предусмотрены отверстия с резьбой М36, через которые технологическими болтами уста-
навливают ползун 6 вместе с кузовом в центральное положение. После взвешивания техно-
логические болты снимают, а отверстия в стаканах закрывают пробками 18.
При вписывании тележки тепловоза в кривой участок пути шкворень перемещается в
одну и другую сторону в поперечном направлении на 40 мм, из которых при перемещениях
до 20 мм возвращающий эффект создаётся только за счёт поперечного сдвига комплектов
резинометаллических элементов комбинированных опор, а дальше он увеличивается пру-
Рис. 6.10. Шкворневой узел бесчелюстной тележки тепловоза 2ТЭ116:
а — поперечный разрез; б — продольный разрез по оси тележки; 7 — стакан; 2 — пружина; 3 — рама
тепловоза; 4—упор; 5,72,14,15,16—планки; 6—ползун; 7 — втулка ползуна; 8—шкворень; 9—втулка
шкворня; 10 — подвижная крышка; 77 — неподвижная крышка; 13 — шкворневая балка; 17 — втулка
упора; 18—пробка; А — ось шкворня
16 15
222
жинами шкворневого узла. При перемещении шкворня на 40 мм (сжатие пружин на 20 мм)
возвращающее усилие пружин равно 80 кН. Общая возвращающая сила шкворневых пру-
жин и РМЭ при относе 40 мм равна: 80 + 32 = 112 кН.
При такой поперечной шкворневой связи кузова с тележками в сочетании с комбиниро-
ванными опорами, а также упругой связью колёсных пар с тележками достигается умень-
шение боковых давлений на рельс и воздействия масс тележек на кузов по сравнению с
тепловозами 2ТЭ10Л с жёсткими опорами и не имеющими свободно-упругого разделения
масс кузова и тележек. В результате проведённых динамических испытаний и испытаний по
воздействию на путь были получены: максимальный коэффициент горизонтальной динами-
ки 0,26, который по условиям устойчивости поперечному сдвигу рельсошпальной решётки
на щебёночном балласте допускается не более 0,4; наибольший коэффициент вертикальной
динамики 0,3, что меньше допустимого значения (0,35) для новых локомотивов.
6.4. Рессорное подвешивание
При взаимодействии необрессоренных частей тепловоза и верхнего строения пути воз-
никают значительные ускорения, более 10—15 g, и соответствующие им силы инерции. У боль-
шинства тепловозов величины ускорений обрессоренных частей не превышают 0,3—0,4 g. Выше
отмечались отличительные признаки различных систем подвешивания.
В отечественных тепловозах как магистральных, так и маневровых (ТЭ10Л, ТЭМ2,
ТГМЗ, ТГМ6 и др.) применяют одноступенчатое сбалансированное рессорное подвешива-
ние, состоящее из листовых рессор и спиральных пружин (см. рис. 6.1). Нагрузка от рамы
тележки на сбалансированную группу подвешивания передается на две концевые пружи-
ны 8, два комплекта пружин 4 с рессорами 5, расположенными между колёсными парами.
Листовые рессоры подвесками и балансирами 2 соединены с концевыми пружинами. Балан-
сиры через шарниры передают нагрузку на буксовые узлы 5.
Сбалансированное рессорное подвешивание выравнивает нагрузки между колёсны-
ми парами при прохождении неровностей пути лишь при малой скорости движения. С рос-
том скорости увеличиваются силы инерции поворота балансиров и трения в шарнирах,
вследствие чего не происходит полного перераспределения нагрузок между сбалансиро-
ванными колёсными парами. Эксплуатация такой системы требует обслуживания и ре-
монта большого числа шарнирных соединений (48 комплектов валиков и втулок на сек-
цию). Листовые рессоры отличаются неопределенностью и нестабильностью действия сил
трения между листами.
В связи с этим широкое применение находит индивидуальное рессорное подвешива-
ние, состоящее из одних винтовых пружин для каждого колеса (многократно статически
неопределимая упругая система). Такое подвешивание применено в унифицированной те-
лежке (см. рис. 6.2). Рессорное подвешивание тележки тепловоза состоит из шести групп,
каждая из которых образована двумя одинаковыми пружинными комплектами, установ-
ленными между приливами корпуса буксы и кронштейнами рамы тележки.
Пружинный комплект состоит из трёх пружин разного диаметра (наружная, внутренняя
и средняя). Материал пружин — сталь 60С2А, твёрдость после термообработки не ниже HRC3
42—48, для повышения долговечности их упрочняют наклёпом дробью. Статическая нагрузка
распределяется на три пружины комплекта в соотношении: 65,23 и 12 %. Наибольшая допус-
каемая нагрузка на комплект (до полного смыкания витка) равна 63 кН, при этом напряже-
ния не превышают предела текучести материала пружин на кручение (750 МПа). От стати-
ческой нагрузки допускаемые напряжения принимаются не более 500 МПа.
223
Для гашения колебаний обрессоренной массы параллельно каждому комплекту пружин
между корпусом буксы и рамой тележки установлены фрикционные демпферы. К раме те-
лежки прикреплён корпус фрикционного демпфера; шток одним концом через резинометал-
лический шарнир соединён с кронштейном буксы, другим концом через такой же шарнир—
с поршнем, зажатым пружиной между вкладышами с накладками из фрикционного матери-
ала. Затяжкой пружины регулируется сила трения, выбранная равной 4,6—5,2 кН, т.е. 5—
5,5 % подрессоренной нагрузки, приходящейся на буксу.
У описанной системы индивидуального рессорного подвешивания масса в 3 раза мень-
ше, отсутствуют подверженные износу периодически смазываемые шарнирные соединения.
Вместе с тем при этой системе требуется большая точность изготовления сопрягаемых уз-
лов и деталей для выравнивания статических нагрузок между колёсами. Повышаются тре-
бования к жёсткости пружин и их высоте в нагруженном состоянии. С этой целью пружины
делят на три группы по жёсткости и высоте. Номер группы пружинного комплекта указан в
паспорте тепловоза.
В рессорном подвешивании все более широкое распространение находят резиноме-
таллические элементы — виброизоляторы, предназначенные для защиты обрессоренных
частей от высокочастотных вибраций. В индивидуальном рессорном подвешивании теп-
ловоза ТЭ10М под пружинами установлены виброизоляторы в виде круговых (кольцевых)
резиновых пластин высотой 20 мм. В тепловозе ТЭП60 применены полые резиновые кону-
сы, которые передают вертикальную нагрузку от кузова на тележки, а также являются
шкворневыми опорами и элементами восстанавливающих устройств.
Сила реакции рессорного подвешивания увеличивается из-за сил трения и жёсткости
буксовых поводков. При вертикальных относительных перемещениях букс и рамы тележ-
ки резинометаллические элементы поводков скручиваются, создавая дополнительное со-
противление. При движении по неровностям пути сопротивление возрастает из-за состав-
ляющей силы трения FT при установке в буксовой ступени гидравлических демпферов.
Поэтому, как правило, в буксовой ступени гидродемпферы не применяются, а в случае их
установки предусматриваются специальные меры виброзащиты или разгрузочные клапа-
ны, ограничивающие силу трения. Величина FT является важной характеристикой рессор-
ного подвешивания: уже отмечалось, что нежелательно излишнее трение, а недостаток дем-
пфирования приводит к развитию резонансных колебаний.
Другая важная характеристика рессорного подвешивания — величина статического
прогиба^: чем она выше, тем меньше воздействие тепловоза на путь. При одноступенча-
том подвешивании принимается^- 120—130 мм. По габаритам подвижного состава увели-
чение^ невозможно. Поэтому в практике тепловозостроения, в первую очередь в пасса-
жирских тепловозах, применяется двухступенчатое подвешивание.
В показанной на рис. 6.5 унифицированной тележке пассажирского тепловоза ТЭП70
применено индивидуальное рессорное подвешивание с пружинами в первой и во второй
ступенях. Общий статический прогиб увеличен %ofc =180 мм, причём большая часть про-
гиба (120 мм) приходится на вторую ступень. При таком распределении прогиба по ступе-
ням можно эффективно гасить колебания при установке демпферов только во второй сту-
пени. Этим создаются необходимые условия для надёжной работы демпферов, так как в
первой ступени осуществляется эффективная виброзащита от колебаний необрессоренных
частей. При двухступенчатой системе рессорного подвешивания в тепловозе ТЭП70 осу-
ществлена упругая связь тележек с кузовом в поперечном направлении (относ) деформаци-
ей пружин второй ступени и в шкворневом узле.
224
6.5. Колёсные пары и буксы
Колёсная пара воспринимает удары, возникающие от неровностей пути как в верти-
кальном, так и горизонтальном направлении, и сама жёстко воздействует на путь. От со-
стояния колёсной пары зависит безопасность движения поездов, поэтому к выбору мате-
риала, изготовлению отдельных элементов и формированию колёсной пары предъявляются
особые требования. В условиях эксплуатации за состоянием колёсных пар необходим тща-
тельный уход, своевременные осмотры и ремонт. К колёсным парам при их освидетель-
ствовании, ремонте и формировании предъявляют требования инструкции по освидетель-
ствованию, ремонту и формированию колёсных пар.
Колёсные пары различают по способу подвешивания тягового двигателя. При опор-
но-рамном подвешивании тягового электродвигателя крутящий момент к колёсной паре
передается упругими муфтами, допускающими относительное перемещение колёсной пары
и тягового двигателя. В таких конструкциях ведомая шестерня с осью колёсной пары не
связана. При опорно-осевом подвешивании большое зубчатое колесо непосредственно
напрессовано на ось колёсной пары или на удлинённую ступицу колёсного центра.
В тепловозах с электрической передачей применяют колёсные пары с односторон-
ней прямозубой зубчатой передачей, с модулем 10 мм. Колёсные пары тепловоза второй
группы воспринимают и передают на рельсы вес кузова и тележек со всем оборудовани-
ем, а также собственный неподрессоренный вес с деталями, установленными непосред-
ственно на колёсных парах. При движении тепловоза каждая колёсная пара, взаимодей-
ствуя с рельсовой колеёй, воспринимает удары от неровностей пути и, в свою очередь,
сама жёстко воздействует на путь. Кроме этого, колёсной парой передается вращаю-
щий момент тягового электродвигателя, а в месте контакта колёс с рельсами реализу-
ются силы тяги и торможения. Значение и характер воздействия статических и динами-
ческих сил зависят от условий движения и состояния рельсового пути, конструкции и
качеств ходовой части тепловоза.
Унифицированная колёсная пара тепловозов (2ТЭ10М, 2ТЭ116,2ТЭ10В, 2М62 с бесче-
люстными тележками) представлена на рис. 6.11. Ось 1 колёсной пары изготовлена из осе-
вой стали. На поверхности оси различают: буксовые шейки для установки подшипников
букс; предподступичные части, служащие для установки лабиринтных колец уплотнения
букс, подступичные части, на которые напрессовывают колёсные центры 2 и зубчатое ко-
лесо 3; шейки моторно-осевых подшипников и среднюю часть. Все переходы с одного диа-
метра оси на другой выполняются плавными галтелями радиусом 20—60 мм с шероховато-
стью Rd < 0,63 во избежание концентрации напряжений. Все наружные поверхности оси
упрочняют накаткой стальными роликами, для создания в поверхностном слое высоких
остаточных напряжений сжатия, которые в 1,5—2 раза повышают предел выносливости
оси в зонах неподвижных посадок и делают ось менее чувствительной к концентрации на-
пряжений. Глубина упрочнённого слоя после накатки достигает 6—7 мм, поверхностная
твёрдость металла повышается на 25— 30 %. Шейки осей накатывают сферическими роли-
ками, затем шлифуют или подвергают обработке цилиндрическим роликом для сглажива-
ния поверхности. На концах оси выполнены: кольцевая канавка для установки стопорного
кольца, предохраняющего внутреннее кольцо роликового буксового подшипника от спол-
зания с шейки; проточка, на которую напрессовывают кольцо подшипника типа 8320 осе-
вого упора буксы. В торцах оси выполнены центровые отверстия для установки в станке
при обточке колёс при восстановлении профиля бандажей колёсных пар и установки вкла-
дышей-втулок привода скоростемера (сечение С — С). На пояске торца оси между проточ-
225
17 8
кой и фаской центрового отвер-
стия наносят знаки маркировки и
клейма приёмки колёсных пар со-
гласно ГОСТ 11018—76.
Зубчатое колесо 3 тягового
привода насажено на ось в нагре-
том состоянии до температуры сту-
пицы не более 170 °C с натягом
0,16— 0,22 мм. Для предупреждения
коррозии посадочных поверхностей
их покрывают лаком марки ВД 4-3
или эластомером ГЭН150.
В средней части осей колёс-
ных пар под тяговые электродви-
гатели ЭД-118Б, ЭД-125Б сделано
утолщение для крепления венца
зубчатого колеса привода насоса
циркуляционной смазки МОП.
Шейки под моторно-осевые под-
шипники выполнены диаметром
210 мм, вместо 215 мм у колёс-
ных пар под тяговые электродви-
гатели ЭД-118А. На выходах
шеек напрессованы лабиринтные
кольца 8 уплотнения системы смаз-
Рис. 6.11. Колёсные пары в зависимости от применяемых тяговых
электродвигателей:
а — ЭД-118А; б — ЭД-118Б, ЭД-125Б: 1 — ось; 2 — колёсный
центр; 3—зубчатое колесо; 4—бандажное кольцо; 5—бандаж;
6 — втулка; 7 — разъёмный венец колеса привода насоса; 8 —
лабиринтное кольцо
ки моторно-осевых подшипников.
Колёсные центры унифицированной колёсной пары изготовлены из отливки 20Л-1П
или 25Л-Ш по ГОСТ 977—75 и состоят из ступицы, обода и диска. Материал и технические
данные центров отвечают ГОСТ 4491—75. Отлитые центры для получения однородной и
мелкозернистой структуры металла и снятия внутренних напряжений отжигаются.
Колёсные центры на ось напрессовывают усилием 1100—1500 кН при насаженных и
950—1400 кН при ненасаженных бандажах. Натяг между посадочными поверхностями ра-
вен 0,18—0,30 мм. Действительный натяг и качество прессового соединения определяют по
диаграмме усилий, снимаемой при запрессовке. Катаные колёсные центры изготавливают-
ся из специальной стали. Изготовленные раскаткой колёсные центры подвергаются терми-
ческой обработке. Применение катаных колёсных центров снижает неподрессоренный вес
до 45 кг на каждом центре и, в свою очередь, уменьшает динамическое воздействие на рель-
совый путь.
Бандажи являются той частью колёс, которая непосредственно взаимодействует с рель-
сами. На контактную площадку бандажа передаются вертикальные силы до 150 кН, продоль-
ные силы сцепления до 45 кН и поперечные до 30 кН на поверхности катания и до 60—80 кН на
гребень. Материал бандажа подвергается в эксплуатации растяжению, сжатию, сдвигу и
смятию, термическому воздействию, а при скольжении колёс — повышенному изнашива-
нию. В связи с этим материалу бандажа нужна высокая прочность, чтобы сопротивляться
износу и смятию, и быть достаточно вязким, чтобы сопротивляться ударным нагрузкам.
Технические данные и материал бандажей определяет ГОСТ 398—81. Для унифицирован-
ной колёсной пары применяются бандажи толщиной 75 мм, которые изготавляют из рас-
226
кисленной мартеновской стали 60 марки 2. Химический состав этой стали: углерод 0,57—0,65 %;
кремний 0,20—0,42 %; марганец 0,60—0,90 %; сера и фосфор не более 0,04 и 0,035 % соот-
ветственно; никель и хром не более 0,25 и 0,20 % каждый; ванадий не более 0,10 %; медь не
более 0,30 %.
Бандажи подвергают термической обработке закалкой с отдельного нагрева и после-
дующего отпуска. Механические свойства термически обработанных бандажей: временное
сопротивление разрыву 950—ИЗО МПа; относительное удлинение 10,0 %; относительное
сужение 14 %; твердость НВ 269; ударная вязкость при 20 °C—0,25 МДж/м2. Для бандажей
из стали 60 марки 2 оговаривается твердость на гребне НВ <317, чтобы исключить трещи-
нообразование при взаимодействии с гребневыми колодками при пользовании вспомога-
тельным (локомотивным) тормозом, которым нужно повышать давление в тормозном ци-
линдре за один приём не более чем до 147 кПа.
На наружные диаметры колёсных центров насаживают бандажи с натягом 1,1—
1,45 мм тепловым способом. Температура нагрева бандажа 250—320 °C. Разность тем-
ператур различных участков бандажа при нагреве допускается не более 50 °C. От воз-
можных сползаний с центров бандажи закрепляют бандажными кольцами. Бандажные
кольца заводят в специальную выточку, когда температура бандажа не ниже 200 °C, и
внутреннюю кромку бандажа закатывают роликом на специальном станке до плотного
крепления кольца. На собранной колёсной паре разность твёрдостей бандажей допуска-
ется не более 20 единиц по Бринелю.
После остывания бандажа проверяют по звуку плотность его посадки на колёсный
центр. Для контроля отсутствия проворачивания бандажей колёсной пары относительно
колёсных центров при эксплуатации тепловоза на бандажах и колёсных центрах наносят
контрольные риски и кернение.
Бандажи по профилю окончательно обтачиваются после их насадки. Профиль и техни-
ческие требования на колёсные пары тепловоза выполняются в соответствии с ГОСТом.
Для одной колёсной пары разность диаметров колёс по кругу катания допускается не более
0,5 мм. Овальность круга катания и эксцентриситет относительно шейки оси допускается
не более 0,5 мм.
Для обеспечения безопасности движения и стабильных качеств ходовой части теплово-
за предельный прокат поверхности катания допускается не более 7 мм, износ гребня — 8 мм
(толщина 25 мм) и наименьшая толщина бандажей колёсных пар по кругу катания — 36 мм.
Интенсивность образования проката характеризуется износом (в мм) на 104 км пробега теп-
ловоза и зависит от степени использования мощности, профиля пути, нагрузки от колёсной
пары на рельсы и других факторов.
Опыт эксплуатации показал, что интенсивность проката колёс тепловозов для сред-
несетевых условий равна 0,38 мм на 104 км пробега. Интенсивность износа гребня при
протяжённости кривых на участке эксплуатации около 50 % равна 0,8 мм на 104 км пробе-
га. Это вызывает необходимость преждевременной обточки колёс для восстановления
профиля бандажей по износу гребней. Толщина слоя снимаемого металла, определяемая
по износу гребня, значительно больше, чем это требуется для восстановления профиля
поверхности катания.
Для уменьшения износа гребней бандажей и увеличения срока их службы ВНИИЖТом
предложен новый профиль одноточечного касания между колесом и рельсом при любом рас-
положении колёсной пары в рельсовой колее. Профиль с одноточечным контактом отлича-
ется от стандартного прямолинейным участком 20 мм с конусностью Г. 50, который соеди-
227
няется с выкружкой гребня переходной кривой радиусом 70 мм, так происходит одноточеч-
ный контакт и относительно свободное поперечное перемещение колёсной пары в колее. Вык-
ружка гребня выполнена радиусом 15 мм, согласованным с радиусом скругления рельсовой
головки для среднесетевых условий, чтобы обеспечить меньшее контактное давление на вык-
ружке гребня. Угол наклона гребня принят 65°, что соответствует профилю головки средне-
сетевого рельса и обеспечивает с ним облегающий контакт на участках пути с крутыми кри-
выми. У бандажей с одноточечным контактом меньше износ гребней, уменьшается на 15—20 %
количество колёсных пар с односторонним износом и смещённым прокатом. Этот профиль
снижает возможность образования ступенчатого проката. Интенсивность проката при этом
профиле бандажей сохраняется на прежнем уровне.
Буксы передают вертикальные и горизонтальные силы (тяги и торможения, попереч-
ные от набегания на рельс) между рамой тележки и колёсными парами, ограничивают про-
дольные и поперечные перемещения колёсной пары относительно рамы тележки. Верти-
кальные статические нагрузки на буксы достигают 94—100 кН, а при движении тепловоза
они возрастают в 1,3—1,5 раза. На буксовые узлы действуют продольные тяговые и тор-
мозные усилия 20—25 кН, удары колёс на стыках, вызывающие ускорения букс (7—25 g), и
рамные усилия до 50—75 кН. Совокупностью этих действующих сил определяется конст-
рукция буксового узла для обеспечения прежде всего безопасности движения, эксплуата-
ционной долговечности подшипников не менее 2,5 млн км пробега.
Корпус буксы 7 (рис. 6.12) двумя поводками 23 соединён с рамой тележки. Валики по-
водков с корпусом буксы и рамой тележки скрепляются клиновыми соединениями. Для ус-
тановки пружин рессорного подвешивания тележки и восприятия вертикальной нагруз-
ки на литом корпусе 7буксы предусмотрены два боковых опорных кронштейна 77. В корпусе
буксы 7 в пространстве между задней крышкой 4 и передней 75 размещён блок из двух
роликовых подшипников 30—32532 Л1М (160 х 290 х 80 мм) с дистанционными кольцами 8
и 9 между ними. Для повышения срока службы подшипники устанавливают в одном буксо-
вом узле с разностью радиальных зазоров не более 0,03 мм. Потолок корпуса буксы выпол-
нен в виде свода переменного сечения увеличенной толщины в верхней части, что даёт не
только более равномерное распределение нагрузки между роликами, но и увеличение числа
роликов, находящихся в рабочей зоне.
На предподступичную часть оси до упора в галтель надевают с натягом лабиринтное
кольцо 7. Температура нагрева кольца 120—150 °C. Лабиринтное кольцо образует с задней
крышкой 4 четырёхкамерное лабиринтное уплотнение буксы. Внутренние кольца подшип-
ников с натягом 0,035—0,065 мм насаживаются на шейку оси вместе с дистанционным коль-
цом 9, нагретым в индустриальном масле до температуры 100—120 °C. Для предотвраще-
ния сползания с шейки оси внутренних колец роликоподшипников в случае ослабления их
посадки на оси установлено стопорное кольцо 10.
В передней крышке 75 устанавливается осевой упор качения одностороннего действия
через упорный шарикоподшипник 8320 (100 х 170 х 55 мм), одно кольцо которого установ-
лено на торцевой проточке оси, а другое — на упоре 77 с натягом 0,003—0,016 мм. Для
предотвращения раскрытия упорного подшипника он постоянно через упор 7 7 пружиной 16
прижимается усилием около 2 кН к торцу оси колёсной пары. Осевой упор удерживается в
крышке 75 (при её снятии) стопорным кольцом 72. Между упором и крышкой установлен
амортизатор 14, представляющий собой две металлические пластины толщиной 2 мм с при-
вулканизированным к ним резиновым элементом. В буксах средних колёсных пар аморти-
затор не ставится, чем обеспечивается свободный осевой разбег ±14 мм (равный толщине
228
Рис. 6.12. Буксовый узел тепловоза 2ТЭ116:
а—осевой упор крайней колёсной пары; б — осевой упор средней колёсной пары; 1—лабиринтное кольцо;
2—стопорный болт; 3 — шайба; 4 — задняя крышка; 5,20—шёлковые шнуры; 6—роликоподшипник;
7—корпус буксы; 8,9—дистанционные кольца; 10,12—стопорные кольца; 11 — кронштейн; 13—упорный
подшипник; 14 — амортизатор; 15 — передняя крышка; 16 — пружина; 17 — упор; 18 — контровочная
проволока; 19, 22 — болты; 21 — коническая пробка; 23 — поводок
амортизатора) этих колёсных пар в буксах. На передней крышке приварен кронштейн 11
для присоединения гасителя колебаний.
Для того чтобы различать буксы крайних и средних колёсных пар, на крышках букс
наносятся знаки «КР» для крайних и «СР» для средних. На задней крышке установлен сто-
порный болт 2, предотвращающий сползание буксы с шейки оси выкаченной колёсной пары.
Для смазки буксового узла применяется единая консистентная смазка. При сборке в
буксы закладывают 2,5 кг смазки ЖРО ТУ 32ЦТ-520-83 в лабиринтное уплотнение задней
крышки, подшипники и осевой упор передней крышки. Дозаправка смазки в буксовый
узел в эксплуатации осуществляется запрессовкой через отверстие с конической пробкой 27,
расположенное в нижней части корпуса буксы.
Поводок буксы (рис. 6.13) состоит из корпуса 7 с двумя головками цилиндрической
расточки, в которые запрессовывают с натягом 0,06—0,16 мм амортизаторы, сформиро-
ванные один на коротком, другой на длинном валике. У короткого буксового валика 8
один резинометаллический амортизатор из втулок 72 и 13. У длинного рамного валика 5
два резинометаллических амортизатора из втулок 3 и 2, между которыми помещены разде-
ляющие их полукольца 7.
Амортизаторы формируют на валики напрессовкой. Перед напрессовкой резиновые
втулки и все соприкасающиеся с ними поверхности смазывают смесью, состоящей из 30 %
касторового масла и 70 % этилового спирта. Сформированные поводки выдерживают
229
Рис. 6.13. Поводок буксы бесчелюстной тележки:
1—полукольцо; 2,13—металлические втулки; 3,12—резиновые втулки; 4 — штифт; 5—рамный валик; 6—
полукольцо; 7 — корпус; 8 — буксовый валик; 9 — шайба; 10 — резиновый элемент; 11 — кольцо
в течение 10-ти суток при температуре 15—30 °C без доступа света и приложения нагрузки
для завершения релаксационного процесса сцепления резины с металлом и снятия напряже-
ний от напрессовки.
У валиков сделаны трапециевидные (клиновидные) хвостовики для установки их в со-
ответствующие пазы рамы тележки и корпуса буксы. Крепят хвостовики болтами М20 х 80,
момент затяжки не менее 150 Н-м. На хвостовики валиков установлены с натягом торцевые
амортизаторы, состоящие из кольца 77, шайбы 9 и привулканизированного к ним резиново-
го элемента 10. Амортизаторы закреплены разрезными полукольцами 6, вставленными в
выточки валиков. С поводками они соединены штифтами 4, поэтому при повороте поводка
в вертикальной плоскости резиновые элементы торцевых амортизаторов работают на сдвиг.
Клиновидные хвостовики длинного и короткого валиков у верхних поводков направлены
встречно, у нижних — попутно.
Коэффициент жёсткости поводков одной буксы в поперечном направлении равен
35-105 Н-м, а в продольном — 235-105—275-105 Н-м. Такая упругая поперечная связь между
колёсными парами и рамой тележки да ещё в сочетании с буксовым осевым упором одно-
стороннего действия значительно улучшает горизонтальную динамику тепловоза.
Основными достоинствами букс с подшипниками качения являются увеличенный срок
службы, повышенная надёжность, уменьшение сопротивления движению тепловоза, со-
кращение расходов на ремонт и обслуживание и др. Приливы корпуса буксы ограничива-
ют поперечное перемещение колёсной пары. Буксы комплектуют с цилиндрическими или
сферическими роликовыми подшипниками различных типов. Колёсные пары теплово-
зов М62, ТЭШО, ТЭП10Л и 2ТЭ10Л оборудованы челюстными буксами. Существенным
недостатком челюстных букс является наличие зазоров между корпусами букс и буксовы-
ми направляющими рамы тележки, вследствие чего колёсная пара может произвольно пе-
ремещаться в продольном и поперечном направлениях, увеличивая склонность тележек к
вилянию на прямых участках пути.
230
В буксовом узле тепловозов типа 2ТЭ10Л применяют подшипники арочного нагруже-
ния вертикальной нагрузкой меньших габаритов. Смазка подшипников консистентная, при-
меняется лабиринтное уплотнение задней крышки буксы. Упрощено торцевое крепление
подшипников на оси. У модернизированного буксового узла тепловоза 2ТЭ10Л масса равна
180 кг в отличие от массы этого узла тепловоза ТЭЗ, равного 268 кг. Применение консис-
тентной смазки вместо жидкой, наряду с упрощением конструкции, снижает эксплуатаци-
онные расходы на обслуживание.
6.6. Колёсно-моторный блок и тяговый привод
Колёсно-моторный блок (КМБ) осуществляет кинематическую и силовую связь между
колёсной парой и электродвигателем (ТЭД). Он включает в себя тяговый редуктор, обеспечи-
вающий преобразование электрической энергии ТЭД в механическую работу колёсных пар.
Тяговый привод тепловоза (как механическая система) включает в себя ТЭД, тяговый
редуктор и передаточный механизм. Он является наиболее ответственным узлом экипажа,
важным связывающим звеном между необрессоренной колёсной парой и надрессорным
строением. Все динамические нагрузки от необрессоренной колёсной пары передаются на
раму тележки и затем на кузов через рессорное подвешивание и тяговый привод. Тяговый
редуктор и передаточный механизм являются дополнительными мощными источниками
высокочастотных динамических нагрузок, от действия которых ускорение корпуса двига-
теля может достигать 40 g и более. Этим объясняется большое внимание, которое уделяют
конструкции тягового привода локомотива и изучению его динамических качеств.
Все тяговые приводы можно разделить на три группы в порядке нарастания положи-
тельных качеств: 1) опорно-осевой; 2) опорно-рамный с необрессоренным редуктором;
3) опорно-рамный с обрессоренным редуктором. Применение опорно-осевого привода в гру-
зовых тепловозах объясняется тем, что при опорно-осевом подвешивании можно получить
наименьшее межцентровое расстояние и возможна реализация силы тяги на ось более 40 кН
без применения промежуточных зубчатых колёс.
Тяговый привод всех магистральных тепловозов — индивидуальный с цилиндричес-
ким односторонним редуктором. На рис. 6.14 показан тяговый привод тепловозов второй
группы. Для увеличения срока службы всех узлов КМБ в тяговом приводе применяется
упругая самоустанавливающаяся зубчатая передача (УСЗК). Тяговый электродвигатель 1
одной стороной жёстко опирается на ось колёсной пары 4 через моторно-осевые подшип-
ники 8, а другой стороной — опорным приливом 9 упруго через пружинную подвеску 7 на
раму тележки. При такой подвеске половина массы ТЭД жёстко связана с необрессорен-
ными массами колёсной пары и составляет на одном КМБ около 4250 кг.
Вращающий момент ТЭД передаётся на колёсную пару через одноступенчатую зубча-
тую передачу: шестерню 3, напрессованную на вал якоря и находящуюся в постоянном
зацеплении с упругим зубчатым колесом 5 колёсной пары. Шестерня и зубчатое колесо
закрыты кожухом 2, который крепится в трёх точках к корпусу ТЭД. От попадания пыли и
влаги торец моторно-осевого подшипника со стороны коллектора ТЭД закрыт хомутом 6.
Моторно-осевые подшипники (МОП) (рис. 6.15) тягового электродвигателя ЭД-118А
состоят из разъёмных вкладышей 1 и 4, изготовлены из бронзы ОЦС 4-4-17. Положение
вкладышей в корпусе ТЭД фиксировано шпонкой 2. Верхние вкладыши 1 вложены в кор-
пус двигателя, нижние 4 с вырезом 180 х 60 мм для подвода смазки прижаты корпусами
231
Рис. 6.14. Колёсно-моторный блок тепловоза 2ТЭ116:
1 — тяговый электродвигатель; 2 — кожух тягового редуктора; 3 — шестерня; 4 — колёсная пара; 5 —
упругоезубчатое колесо; 6—хомут уплотнения; 7 — пружинная подвеска; 8—моторно-осевой подшипник;
9—опорный прилив
подшипников 72, в камерах которых размещены смазывающие польстерные устройства.
Вкладыши МОП левой и правой стороны ТЭД взаимозаменяемы.
Расточка внутренней поверхности вкладышей выполняется по гиперболе, чтобы
избежать повышенных краевых по вкладышам давлений от прогиба оси колёсной пары.
Разность диаметров гиперболической
Рис. 6.15. Моторно-осевой подшипник
электродвигателя ЭД-118А:
1 — верхний вкладыш; 2 — шпонка; 3 подвижная
коробка; 4 — нижний вкладыш; 5 — корпус
польстерного устройства; 6,7 — оси; 8 — рычаг; 9 —
винтовая пружина; 10 — пружинный фиксатор; 11 —
крышка; 72 — корпус подшипника; 13—польстерный
пакет; 14—сливная пробка; 75—болт
расточки на краях рабочей поверхнос-
ти вкладышей и в средней части равна
1 мм. Строительный диаметральный за-
зор в МОП по вершине гиперболы ра-
вен 0,5—0,89 мм. В эксплуатации до-
пускается увеличение этого зазора до 1,8 мм,
после чего вкладыши надо заменить.
Моторно-осевые подшипники смазы-
ваются польстерным устройством. Эле-
ментом, подающим смазку к узлу трения,
является польстерный пакет 13. Он со-
бран из войлочных пластин и двенадцати
хлопчатобумажных фитилей, уложенных
между ними. Польстерный пакет 13 закреп-
лён в подвижной коробке 3 с выступанием
рабочего торца пакета на 16± 1 мм отно-
сительно кромки коробки. Коробка для
перемещения её без перекосов и заеданий
в направляющих корпуса 5 подпружине-
на четырьмя пластинчатыми пружинами,
по две снизу и сверху. Каждая пластин-
232
чатая пружина одним концом прикреплена к коробке и свободно перемещается в пазу
корпуса коробки при её деформации. Коробка с польстерным пакетом в направляющих
корпуса 5 постоянно поджимается усилием 40—60 Н винтовыми пружинами 9 посредством
рычага 8 через окно во вкладыше 4 к шейке оси колёсной пары. Рычаг 8 и пружины 9
закреплены осями 7 и б на корпусе 5. Для удержания рычага в поднятом положении при
проведении работ, связанных с выемкой польстерного пакета 13, на оси 7 установлен пру-
жинный фиксатор 10, свободный конец которого выполнен такой длины и формы, что при
неопущенном в рабочее положение рычаге 8 он не даёт возможности установить крыш-
ку 77 на корпус подшипника 12.
В нижней части масляной ванны корпуса подшипника находится отстойник для кон-
денсата. Заполняется масляная ванна осевым маслом Л, 3 и С в зависимости от времени
года. Чтобы не допустить переполнения маслом корпуса подшипника с перетеканием его
в кожух тягового редуктора, кромка заправочного отверстия определяет наибольший уро-
вень смазки, соответствующий 6 л. Наименьший допустимый уровень смазки контроли-
руется риской на маслоуказателе, закрывающем заправочное отверстие польстерной ка-
меры осевого подшипника. Для дальнейшего совершенствования системы смазывания и
повышения работоспособности МОП, особенно при эксплуатации локомотивов в рай-
онах с низкой окружающей температурой, тепловозы оборудованы тяговыми электро-
двигателями ЭД-118Б, отличающимися от ЭД-118А вкладышами с заливкой баббитом и
расточкой не 215 мм, а 210 мм, смазкой МОП, колёсной парой с осью, оборудованной
приводом циркуляционного масляного насоса и улучшенным уплотнительным устрой-
ством. В целом КМБ с ЭД-118Б и ЭД-118А взаимозаменяемы в тележках тепловоза.
Система смазывания МОП электродвигателя ЭД-118Б представляет собой замкнутый
круг циркуляции масла через вкладыши МОП реверсивным масляным насосом. Круг цир-
куляции масла образован установкой в тяговом электродвигателе единого осевого под-
шипника, который включает в себя две польстерные камеры (по одной для каждого МОП)
и в нижней средней части маслосборник вместимостью 35 л, соединённые через МОП систе-
мой каналов. В маслосборник на крышке установлен шестерённый насос, который приво-
дится в действие от оси колёсной пары через шестерню и зубчатое колесо.
При трогании и движении до скорости около 25 км/ч, когда насос не обеспечивает
подачу достаточного количества масла, смазка МОП в основном осуществляется польстер-
ным смазывающим устройством, как у тяговых электродвигателей ЭД-118А.
Для уменьшения потерь масла из круга циркуляции и исключения возможности попа-
дания в него смазки тяговой зубчатой передачи, а также влаги и пыли из атмосферы вкла-
дыши выполнены за одно целое с комбинированным контактно-лабиринтным уплотнени-
ем. В отличие от ЭД-118А вкладыши выполнены биметаллическими с баббитовой заливкой
на бронзовой основе для лучшей приработки и во избежание задиров шеек осей колёсных
пар. Расточка внутренней поверхности вкладышей также производится по гиперболе, но
под шейки осей диаметром 210 мм, чтобы сохранить жёсткость биметаллических вклады-
шей на уровне бронзовых вкладышей ЭД-118А.
Тяговый редуктор предназначен для передачи вращающего момента колёсным парам,
обеспечения заданной длительной и конструкционной скоростей движения тепловоза.
Одноступенчатый тяговый редуктор состоит из шестерни, упругого зубчатого коле-
са и кожуха.
Зубчатая передача при опорно-осевом подвешивании ТЭД работает в тяжёлых усло-
виях: динамические нагрузки, перекосы зубчатых колёс от деформации оси и вала якоря,
233
а также перекосы остова ТЭД вследствие зазоров в МОП, которые в эксплуатации могут
достигать 2 мм и более. Вследствие тяжёлых условий работы редуктора зубчатую переда-
чу составляют самоустанавливающийся зубчатый венец упругого колеса и ведущая шес-
терня, изготавливаемые из легированных сталей.
Шестерня изготовлена из стали 20Х2НЧА. Поверхности зубьев и впадин шестерён
цементируют на глубину 1,6—1,9 мм (после шлифовки) и подвергают закалке до твёрдости
НКС 59; твёрдость сердцевины зуба и обода НКС 35. Для повышения изгибной усталост-
ной прочности шестерён исходный профиль впадин зубьев выполняют с выкружками (про-
туберанцами) и не шлифуют. У зубьев шестерён нет продольных скосов, а влияние переко-
са возмещается самоустанавливающимся зубчатым венцом упругого колеса. После закалки
и шлифовки профили зубьев и впадины шестерни проверяются магнитной дефектоскопией.
Шестерни насаживаются в нагретом до температуры 170 °C состоянии на конический
(конусность 1:10) хвостовик вала якоря ТЭД с осевым натягом 1,3—1,45 мм. Перед насад-
кой шестерни на вал сопрягаемые их посадочные поверхности проверяют на прилегание по
краске (прилегание должно быть не менее 75 %). Для съёма шестерни гидрораспрессовкой
на торце вала ТЭД предусмотрено отверстие с резьбой с выходом на сопрягаемую посадоч-
ную поверхность под установку гидропресса. На валу ТЭД шестерня от сползания с конуса
в нагретом состоянии дополнительно закреплена гайкой с моментом затяжки 500 Н-м и за-
контрена отгибочной шайбой.
У зубчатого колеса (рис. 6.16) есть зубчатый венец 4, который через упругие элемен-
ты 23 и 24 (по восемь каждого) тарелками 77, призонными втулками 2, болтами 9 и гайками
1 соединён со ступицей 18 и жёстко сцентрован через ролики 8 по сферической поверхности
ступицы. Момент затяжки болтов крепления тарелок к ступице 80—90 Н-м. Собранное зуб-
чатое колесо через ступицу насажено на ось колёсной пары с натягом 0,16—0,22 мм. Зубча-
тый венец изготовлен из стали 45ХН с поверхностной закалкой токами высокой частоты по
рабочим поверхностям зуба (секторная закалка) с отпуском и обязательным упрочнением
впадин накатыванием роликами без последующего их шлифования. После упрочнения зубьев
венца: толщина закалённого слоя после шлифовки 4± 1 мм; твёрдость закалённой поверхнос-
ти HRC 51,5 ± 3, твёрдость сердцевины зуба не менее НВ 255; твёрдость накатанной
поверхности впадины и переходной зоны от закалённого слоя выше исходной на 10 %. Гото-
вый венец проверяется магнитной дефектоскопией.
Упругие элементы для получения заданной жёсткости зубчатого колеса выполне-
ны двух типов. Восемь элементов 24 (малой жёсткости) с жёсткостью (1250—1350)-103 Н-м
установлены в отверстия (диаметром 70 мм) тарелок и зубчатого венца по скользя-
щей посадке. Они состоят из пальца 20, на наружную профильную поверхность кото-
рого насажены резиновые амортизаторы 27 и 22, предварительно вставленные в метал-
лические втулки 3, 5 и 6. Втулки 3 и б выполнены с ограничительными буртами,
препятствующими одностороннему свободному осевому перемещению по ним венца.
Поэтому на каждой стороне зубчатого венца установлено по четыре сформирован-
ных упругих элемента 24. Упругие элементы в тарелках и венце закреплены стопор-
ными пружинными кольцами 79.
Восемь упругих элементов 23 с большей жёсткостью, равной (4500—5000)-103 Н-м,
установлены в отверстия тарелок по скользящей посадке, а в отверстия венца — с ради-
альным зазором 4 мм. Упругий элемент 23 также представляет собой профильный палец Z3,
на концы которого напрессованы резиновые амортизаторы 75, предварительно вставлен-
ные в металлические втулки 14 и 16. Для предотвращения сползания втулки 14 предус-
234
Рис. 6.16. Зубчатое колесо тягового редуктора тепловоза 2ТЭ116:
1 — гайка; 2 — призонные втулки; 3, 5, 6, 14, 16 — втулки; 4 — зубчатый венец; 7 — ограничительное
кольцо; 8—ролик; 9—болт; 10—отражательное кольцо; 11—шайба; 12—полукольцо; 13,20—пальцы;
15,21,22—амортизаторы; 17—тарелка; 18—ступица; 19—пружинное кольцо; 23, 24—упругие элементы;
I — секторная закалка зубьев токами высокой частоты (ТВЧ); II — контурная закалка зубьев ТВЧ
мотрены ограничительный бурт и проточка, а во втулке 16—две проточки под установ-
ку стопорных пружинных колец 19. Необрезиненная поверхность пальца выполнена боч-
кообразной (радиусом 270 мм).
При сборке упругого зубчатого колеса между венцом и ступицей устанавливают 90 ро-
ликов 8 размером 15 х 25 мм для относительного поворачивания венца и ступицы через тело
качения, жёсткой их центровки и разгрузки упругих элементов от радиальных усилий в
зубчатом зацеплении. Для самоустановки зубчатого венца поверхность ступицы под роли-
ки выполнена радиусом 300 мм и упругие элементы сформированы с зазором до 5 мм между
ограничительными буртами втулок. Поверхности венца и ступицы под роликами термооб-
работаны до твердости HRC 48.
Передача вращающего момента зубчатым колесом с упругими элементами разной жё-
сткости двух типов осуществляется в два этапа: сначала при малом вращающем моменте в
работу вступают упругие элементы 24 с меньшей жёсткостью, а с увеличением вращающего
235
момента (при трогании) венец поворачивается и при угле поворота около одного градуса
вступают в работу более жёсткие элементы 23. Таким образом получается заданная жёст-
кость упругого зубчатого колеса.
Применение в тяговом редукторе упругого зубчатого колеса снижает на 40—50 % ди-
намические нагрузки, возникающие в зацеплении при движении тепловоза, что снижает по-
вреждаемость тяговых двигателей, кожухов, и почти в 2 раза повышает долговечность
шестерён и зубчатых колёс.
Кожух тягового редуктора состоит из двух разъёмных половин сварной конструкции: с
линией разъёма по центрам шестерни и зубчатого колеса.
Зубчатая передача тягового редуктора смазывается окунанием, при котором зубча-
тое колесо захватывает смазку из нижней части кожуха и подаёт на рабочую часть зацеп-
ления с зубьями шестерни. В нижнюю половину кожуха заливают 5 кг смазки СТП-3. При
этом зубья колеса погружают в масло, не превышая окружности впадин. Масло благода-
ря своим высоким показателям вязкости создаёт на поверхности зубьев непрерывный сма-
зочный слой и стекает в нижнюю часть кожуха. Смазка СТП-3 обладает хорошей влагостой-
костью и устойчивостью к окислению и удовлетворительно смазывает при низких
температурах (-50 °C). В кожухе установлен сапун, соединяющий полость с атмосферой.
В эксплуатации контроль уровня смазки, осмотр зубьев колеса и дозаправку смазки осу-
ществляют через горловину, закрытую пробкой. Уровень смазки ограничивается нижним
краем заправочной горловины.
Подвешивание ТЭД (рис. 6.17) к раме тележки выполнено упругим и так, чтобы можно
было полностью опустить КМБ и выкатить его из-под тепловоза без выкатки тележки. Та-
кое подвешивание называют траверсным.
Траверсу, предварительно затянутую усилием около 40—50 кН стяжными болтами 5,
устанавливают между четырьмя опорными приливами кронштейна 9 поперечной балки рамы
тележки и закрепляют от выпадания из кронштейна направляющими стержнями 7, пропу-
щенными в отверстие кронштейна 9 и балочек 3 и б траверсы.
Вид А
Рис. 6.17. Подвешивание ТЭД к раме тележки грузовых тепловозов:
1—направляющий стержень; 2,7 — накладки; 3,6—нижняя и верхняя балочки; 4—пружина; 5—стяжной
болт; 8—тяговый электродвигатель; 9—кронштейн рамы тележки; 10—трубчатый выступ; 11 — валик;
В — рабочая поверхность накладки
236
Рис. 6.18. Схема опорно-рамного тягового
привода тепловоза 2ТЭ121 с торсионным
карданным валом:
1—зубчатая муфта; 2—торсионный вал; 3—
резинокордная муфта; 4 — осевой редуктор;
5 — реактивная тяга; а — угол поворота
корпуса редуктора относительно оси колёсной
пары; х—расстояние от оси колёсной пары до
центра тяжести корпуса редуктора; 7 —
расстояние от оси колёсной пары до оси
подвески редуктора
Опорная часть двигателя при движении перемещается по балочкам траверсы (особенно
средней колёсной пары тележки) как в продольном, так и в поперечном направлениях. Всё
это вызывает интенсивный износ трущихся деталей, накладок траверсы и двигателя, крон-
штейнов тележки, которые после пробега 400 тыс. км подлежат замене или восстановитель-
ному ремонту.
Для уменьшения этого нежелательного явления и, следовательно, повышения долговечнос-
ти подвешивания в подвеске применяются упругие элементы с нелинейно нарастающей жёст-
костью (в частности, резинометаллические втулки в маятниковой подвеске типа «серьга»).
Создание опорно-рамного тягового привода для грузовых тепловозов—сложная про-
блема, так как требуются одновременное увеличение габаритов КМБ, силы тяги локомо-
тива и полное перепроектирование экипажной части. Так, у тепловоза 2ТЭ121 мощностью
2940 кВт с осевой нагрузкой 245 кН для размещения опорно-рамного привода второго клас-
са диаметр колёс увеличен до 1250 мм, а масса
КМБ — почти на 1800 кг. Это позволило при
большем межцентровом расстоянии (595 мм по
сравнению с 468,8 мм у тепловозов 2ТЭ116,
2ТЭ10Л) получить длительную силу тяги 49 кН.
На рис. 6.18 показана схема привода теп-
ловоза 2ТЭ121. Крутящий момент от ТЭД пе-
редаётся через зубчатую муфту 1 торсионно-
му валу 2, расположенному в полом валу
якоря, затем через резинокордную муфту 3
шестерне, зубчатому колесу с упругим вен-
цом и колёсной паре.
Осевой редуктор 4 одним концом через ро-
ликовые подшипники опирается на ось колёс-
ной пары, другим подвешен к раме тележки ре-
активной тягой 5 с упругими шарнирами.
Литой корпус редуктора воспринимает
усилия от крутящего момента в зацеплении, ос-
вобождая якорные подшипники ТЭД от ради-
альных нагрузок. В этом основное преимуще-
ство данной схемы опорно-рамного привода по
сравнению с другими.
При создании передаточного механизма
для привода тепловоза 2ТЭ121 с тяговым элек-
тродвигателем ЭД-126 с силой тяги до 58,8 кН
от оси возникли технические трудности, свя-
занные с ограниченными осевыми размерами
для размещения муфты между редуктором и тя-
говым электродвигателем. Именно этим обсто-
ятельством была вызвана необходимость со-
здания специальной муфты с плоскими
резинокордными элементами.
Муфта (рис. 6.19) состоит из двух резино-
кордных элементов 1 с размерами в свободном
237
Рис. 6.19. Резинокордная муфта тягового
привода тепловоза 2ТЭ121:
1 — резинокордные элементы; 2 —
нажимное кольцо; 3 — нажимное кольцо
фланца торсиона
состоянии 640x320 мм, армированных шестью слоями
кордной ткани. Твёрдость связующей резины 55—65 ус-
ловных единиц по ГОСТ 263—75*. Толщина элемента
в свободном состоянии в средней части 18 мм, в зонах
крепления 22 мм. Затяжка двух резинокордных элемен-
тов в наружной зоне крепления равна 4,5 мм, во внут-
ренней — 6 мм. Муфта без разрушения выдерживает
100—120 тыс. нагружений пульсирующим крутящим
моментом до 16 кН-м, что соответствует ресурсу до
пробега 1,0—1,2 млн км, выдерживает без разрушения
кратковременные крутящие моменты, в 2,5—3 раза пре-
вышающие расчётные по сцеплению при у = 0,33.
Опыт эксплуатации грузовых тепловозов
2ТЭ121 с опорно-рамным тяговым приводом второ-
го класса выявил необходимость дальнейшего совер-
шенствования конструкции некоторых узлов, в том
числе повышения надёжности резинокордных муфт,
их крепления с фланцами торсиона и шестерни, по-
садочных мест торсиона. Недостатком привода вто-
рого класса является расположение большей части
массы тягового редуктора на необрессоренной оси
колёсной пары, что отрицательно сказывается на
прочности этого ответственного узла и увеличива-
ет силу воздействия на путь.
Более рациональным является привод третьего
класса. Один из вариантов такого привода применён
в тепловозе ТЭП70 (рис. 6.20). Тяговый редуктор —
односторонний, прямозубый, i = 3,12; т = 10 мм.
Шестерня 13 напрессована на вал якоря ТЭД 14. Зуб-
чатое колесо 6 соединено призонными болтами со сту-
пицей 7, которая вращается на роликовых подшип-
никах 2, установленных на опоре 8.
Опора жёстко соединена с обрессоренным остовом ТЭД болтами 9. Полый вал 10
охватывает ось 1 колёсной пары и передает крутящий момент со ступицы колеса проти-
воположному колёсному центру через шарнирно-поводковые муфты. Муфта соединяет
выступы 5 ступицы с выступами полого вала поводками 12 с резинометаллическими эле-
ментами 3 через соединительные валики 4. Муфта допускает линейные и угловые переме-
щения полого вала и зубчатого колеса за счёт деформации резинометаллических элемен-
тов. Противоположная муфта размещена с наружной стороны колёсной пары и поводками 12
соединяет полый вал с пальцами 77, запрессованными в колёсном центре.
Подобная конструкция применена в тепловозе ТЭП80, испытания которого показали
хорошую виброзащиту ТЭД и редуктора от высокочастотных колебаний необрессорен-
ных частей. Благодаря карданной схеме расположения муфт полого вала при вертикаль-
ных перемещениях оси колёсной пары относительно ТЭД до 40 мм упругие элементы муфт
получают незначительные деформации сжатия и сдвига. Преимущества данной схемы пе-
ред приводом второго класса в меньшей необрессоренной массе на 1,5—2 т и обрессорен-
238
A
A
Рис. 6.20. Опорно-рамный тяговый привод третьего класса тепловоза ТЭП70:
1—ось колёсной пары; 2—роликовый подшипник; 3—элемент; 4—соединительный валик; 5—выступы
ступицы и полого вала; 6—зубчатое колесо; 7—ступица; 8—опора; 9—болты крепления ТЭД; 10—полый
вал; 11—запрессованный палец; 12 — поводки; 13 — шестерня; 14—якорь
ном редукторе. При передаче крутящего момента резинометаллические элементы рабо-
тают на сжатие, относительная деформация их от момента по сцеплению не превышает
10 %. Опыт эксплуатации подтверждает высокую надёжность муфт. При ремонтах тепло-
возов ТЭП70 через 500 тыс. км пробега резинометаллические элементы находятся в хоро-
шем состоянии и не заменяются.
Глава 7. ЭКИПАЖНАЯ ЧАСТЬ МАНЕВРОВО-ВЫВОЗНЫХ
И МАНЕВРОВЫХ ТЕПЛОВОЗОВ
7.1. Маневрово-вывозной тепловоз ТЭМ7
Силовая установка и вспомогательное оборудование восьмиосного маневрово-вывозного
тепловоза ТЭМ7 установлены на главной раме (рис. 7.1). В качестве силовой установки в теп-
ловозе применён дизель-генератор 2-26ДГ (7), состоящий из дизеля 2-2Д49 и синхронного тяго-
вого генератора ГС-515, установленных на общей раме и соединённых пластинчатой муфтой.
Для пуска дизеля применён стартёр-генератор 25 типа 2ПСГ-02 постоянного тока с питанием
от аккумуляторной батареи. При работе дизеля стартёр-генератор работает в генераторном
режиме, питая электродвигатели привода компрессора, топливоподкачивающего и маслопро-
качивающего насосов, цепи управления, освещения и зарядку аккумуляторной батареи.
Тяговый генератор ГС-515 представляет собой 12-полюсную синхронную электрома-
шину переменного тока с обмоткой статора в виде двух трёхфазных звёзд, сдвинутых на
30 электрических градусов.
В маневрово-вывозном тепловозе ТЭМ7 применена электрическая передача перемен-
но-постоянного тока, с кпд на 1,5—2 % выше, чем передача постоянного тока. Электропере-
Рис. 7.1. Расположение оборудования маневрово-вывозного тепловоза ТЭМ7:
7 — гидроредуктор привода вентилятора; 2 — охлаждающее устройство тепловоза; 3 — водяной бак; 4 —
фильтры тонкой очистки масла дизеля; 5—воздушный фильтр дизеля; 6—выхлопная система дизеля; 7—
дизель-генератор; 8—главный воздушный резервуар; 9—кузов машинного помещения; 10—блок фильтров
системы централизованного воздухоснабжения; 11 — вентиляторная установка централизованного
воздухоснабжения; 12 — топливный бак; 13 — мотор-компрессор; 14 — выпрямительная установка; 75 —
высоковольтная камера; 16—кабина машиниста; 77— кузов аккумуляторного помещения; 18 — бункеры
задней песочницы; 19—аккумуляторная батарея; 20—вспомогательный пульт управления; 27 — основной
пульт управления; 22 — установка пожаротушения; 23 — топливоподкачивающий агрегат; 24 —
топливоподогреватель; 25—стартёр-генератор; 26—возбудитель; 27—раздаточный редуктор; 28—бункеры
передней песочницы; 29—маслопрокачивающий агрегат
240
дача предусматривает параллельное соединение тяговых двигателей и выпрямительных мо-
стов для получения жёстких динамических характеристик генератора.
Система централизованного воздухоснабжения состоит из вентиляторной установки 77,
блока 10 фильтров, воздуховодов в главной раме тепловоза.
Кузов тепловоза капотного типа включает в себя аккумуляторное помещение 77 с
встроенными бункерами 18 задней песочницы, кабину машиниста 16, кузов высоковольт-
ной камеры, кузов машинного помещения 9 и кузов холодильной камеры 2 с встроенными
бункерами 28 передней песочницы.
Кузовы аккумуляторного помещения, высоковольтной и холодильной камер прива-
рены к раме тепловоза, кабина машиниста и кузов машинного помещения съёмные. Пос-
ледний крепится к раме болтами. В нём сделаны съёмная крышка для выемки дизель-гене-
ратора и люки для выемки узлов дизеля. Вдоль наклонной части крыши расположены жалюзи
с установленными против них внутри кузова сетчатыми съёмными фильтрами для очистки
воздуха, поступающего в машинное помещение.
Кабина машиниста 16 установлена на резинометаллических амортизаторах и отделе-
на резиновыми уплотнениями от других частей кузова для соблюдения норм вибрации и
шума. В кабине машиниста расположен стационарный пульт управления 27, с которого
ведётся управление тепловозом и наблюдение за приборами, контролирующими работу
силовой установки и электрооборудования. Для управления тепловозом машинистом без
помощника предусмотрены вспомогательный пульт 20, система бдительности и сигнализа-
ции местонахождения машиниста в кабине.
Дверь, соединяющая кабину с высоковольтной камерой 75, оборудована ограждением
с блокировкой для входа в высоковольтную камеру только при снятом напряжении тягово-
го генератора.
Главная рама тепловоза через роликовые опоры и винтовые пружины опирается на
две четырёхосные тележки. Четырёхосная тележка состоит из двух двухосных тележек,
соединённых между собой промежуточной рамой маятниковыми подвесками и механизмом
передачи силы тяги. Рама двухосной тележки опирается на бесчелюстные поводковые бук-
сы через пружины первой ступени рессорного подвешивания.
В тепловозе применена опорно-осевая подвеска ТЭД. На ведомом зубчатом колесе тя-
гового редуктора установлен упругий венец. Тяговое усилие от двухосных тележек на
промежуточную раму передаётся через механизм передачи силы тяги, а от промежуточной
рамы на главную раму тепловоза — через жёстко закреплённый на главной раме низко
опущенный шкворень, который является также вертикальной осью вращения четырёхос-
ной тележки относительно кузова.
Для лучшего использования сцепного веса при трогании с места и движении с низки-
ми скоростями тепловоз оборудован двумя пневматическими догружателями, установлен-
ными над крайними двухосными тележками и воздействующими на переднюю по ходу дви-
жения.
Конструкция ходовой части обеспечивает вписывание тепловоза в кривые радиусом
80 м, а также прохождение неровностей профиля пути, в том числе горба сортировочной
горки, без значительного перераспределения нагрузок между осями.
Тепловоз оборудован воздушным автоматическим тормозом для торможения поезда,
вспомогательным тормозом для торможения локомотива и ручным тормозом, действую-
щим на колёсные пары задней двухосной тележки.
Топливо размещается в баке 72, расположенном под главной рамой в середине
тепловоза.
241
Тепловоз оборудован радиостанцией, автоматической локомотивной сигнализацией,
установкой пожаротушения 22 и другими устройствами, облегчающими эксплуатацию и
повышающими безопасность движения.
Кузов тепловоза (рис. 7.2) капотного типа состоит из основных частей: аккумулятор-
ное помещение 3, кабина машиниста 5, отсек высоковольтной камеры 5, отсек машинного
помещения 9, отсек холодильной камеры 14, бункеров 1 песочниц, расположенных с обоих
концов кузова.
Отсеки высоковольтной и холодильной камер приварены к главной раме тепловоза.
Кабина машиниста установлена на четырёх резиновых амортизаторах, доступ к которым
осуществляется через съёмные листы снаружи кабины. Кузов машинного помещения при-
креплён к главной раме болтами. Стыки между основными частями кузова закрыты сты-
ковыми поясами 7 с резиновыми уплотнениями.
Через двустворчатые двери аккумуляторного помещения обслуживаются нижние ряды
аккумуляторной батареи. Для удобства обслуживания верхних рядов батареи в дверных
проёмах устроены съёмные уголки-подножки и съёмно-поворотная площадка, а на кры-
ше — поворотные предохранительные поручни. Аккумуляторная батарея установлена в
контейнере, который вместе с батареей может сниматься с тепловоза через крышу аккуму-
ляторного помещения.
Кабина машиниста (рис. 7.3, виды А, Б, В) состоит из сварного металлического каркаса,
выполненного из катаных и гнутых профилей, с тонколистовой наружной обшивкой. В карка-
се установлены кондуиты для прокладки проводов электрооборудования. Внутренняя обшивка
кабины выполнена из деревянных брусков, противошумной мастики, нанесённой на обши-
вочные листы, утепляющего сверхтонкого стекловолокна и декоративного пластика.
В кабине машиниста установлены: калорифер для обогрева кабины в зимнее время, шка-
фы для продуктов и одежды 72, бытовой холодильник 16, умывальник, привод ручного тор-
моза 18, сиденье машиниста-инструктора 19, кресла машиниста и помощника. Два вентиля-
тора, установленные около лобовых окон кабины, служат в зимнее время для предохранения
их от запотевания, а в летнее время используются для вентиляции кабины. В пол кабины
около кресел встроены обогреватели 37 ног машиниста и помощника.
7.2. Кузов тепловоза ТЭМ7:
1 — бункеры песочниц; 2 — люк песочницы; 3 — аккумуляторное помещение; 4—люк аккумуляторного
помещения; 5 — кабина машиниста; 6 — съёмный лист; 7 — стыковой пояс; 8 — кузов высоковольтной
камеры; 9 — кузов машинного помещения; 10 — съёмные крышки; 11 — дверь с жалюзи; 12 — съёмные
листы; 13—жалюзи воздушных фильтров; 14—кузов холодильной камеры
242
Вид A
Рис. 7.3. Кабина машиниста тепловоза ТЭМ7 (виды А, Б, В):
1 — обогреватель калорифера; 2—дверь; 3—электропневматический клапан ЭПК-150 НСБ; 4—
умывальник; 5—выключатель освещения; б—цилиндр стеклоочистителя; 7—теневой щиток; 8—
огнетушитель; 9—крышка указателя нахождения машиниста; 10—водяной бак умывальника; 11 —
инструментальный шкаф; 12—шкаф для одежды; 13—пульт помощника; 14 — пульт радиостанции;
75 — розетка бытовой электроплитки; 16 — бытовой холодильник; 17 — фильтр АЛСН; 18 —
привод ручного тормоза; 19 — откидное сиденье; 20 — реле давления компрессора; 21 —
радиостанция; 22—дверь в высоковольтную камеру; 23 — огнетушитель; 24—светофор АЛСН;
25 — термометр воды умывальника; 26 — скоростемер; 27 — пульт машиниста; 28 — пульт
радиостанции; 29 — светильник зелёного света; 30 — бытовой вентилятор; 31 — откидной
подлокотник; 32 — кнопки свистка, тифона и проверки блока (БКВ); 33 — кнопка выключения
батареи (БКБ); 34 — вспомогательный кран тормоза; 35 — педаль песочницы; 36 — окно; 37—
обогреватель ног; 38—выносной пульт; 39—тормозной кран машиниста
Благодаря меньшим шуму и вибрациям условия работы локомотивных бригад в каби-
не тепловоза ТЭМ7 значительно лучше, чем в тепловозе ТЭМ2.
Оборудование в кабине установлено с учётом эргономических данных человека сред-
него роста. Окна кабины обеспечивают хороший обзор машинисту при работе и освещён-
ность в дневное время. Передние и задние стёкла оборудованы стеклоочистителями и тене-
выми щитками-светофильтрами 7. Над рабочим местом машиниста установлен светильник
зелёного освещения. На боковых стенках устроены выдвижные стёкла, закрепляющиеся в
закрытом положении винтовыми упорами. Под выдвижными стёклами установлены от-
кидные мягкие подлокотники 31. По обеим сторонам выдвижных окон 36 снаружи кабины
установлены откидывающиеся ветровые щитки. На рабочих местах машиниста и помощ-
ника установлены поворотные и регулируемые по высоте мягкие кресла. Обе входные бо-
ковые двери 2 в кабину снабжены замками. Дверь на передней стенке кабины предназначе-
на для входа в высоковольтную камеру. Водяной бак умывальника 10 установлен в потолке.
Бак заправляется водой снаружи через заправочную трубу, расположенную под рамой теп-
ловоза. В баке есть электроподогреватель.
На главной раме тепловоза расположено всё тепловозное оборудование. Она восприни-
мает статические и динамические нагрузки от тепловозного оборудования и взаимодей-
ствия состава и пути. Рама установлена на двух четырёхосных тележках.
Основными силовыми элементами рамы являются две продольные балки, состоящие
из двутавра, усиленного верхним и нижним накладными поясами. Концы хребтовых балок
связаны между собой сварными стяжными ящиками, в которые вставлены автосцепка и
поглощающий аппарат. В продольном направлении по бокам рамы установлены обнос-
ные швеллеры. В поперечном направлении хребтовые балки и обносные швеллеры связа-
ны перегородками и настильными листами.
Ударно-тяговые приборы. В стяжных ящиках по концам главной рамы установлены
модернизированные автосцепки, которые в отличие от сцепки СА-3 сцепляют тепловоз в
кривых малого радиуса благодаря сферическим поверхностям у хвостовика головки сцеп-
ки, а также возможности отклонения головки сцепки в вертикальной и горизонтальной
плоскостях на подпружиненной маятниковой подвеске.
Верхнее строение тепловоза (главная рама с кузовом) установлено на двух четырёхос-
ных тележках (рис. 7.4). Каждая четырёхосная тележка состоит из двух двухосных теле-
жек 3, промежуточной рамы 4, маятниковых подвесок 2, двух механизмов передачи силы
тяги 5, второй ступени рессорного подвешивания 8, шкворневого устройства 7. Двухосные
тележки 3 объединены в четырёхосную промежуточной рамой 4, четырьмя маятниковыми
подвесками 2 и двумя механизмами 5 передачи силы тяги.
Вертикальная нагрузка от кузова передаётся на промежуточную раму тележки через
роликовые опоры 9, расположенные на верхних плитах второй ступени рессорного подве-
шивания 8 через маятниковые подвески 2 на рамы двухосных тележек 3. В двухосной те-
лежке 3 нагрузка от рамы через пружины первой ступени рессорного подвешивания и бук-
совые узлы передаются на колёсные пары.
Горизонтальные тяговые и тормозные усилия от колёсных пар через буксовые тяго-
вые поводки передаются на раму двухосной тележки 3. От рамы каждой двухосной тележ-
ки 3 через рычажные механизмы 5 передачи силы тяги усилия передаются на промежуточ-
ную раму 4 и далее через шаровое шкворневое устройство 7, расположенное в промежуточной
раме 4, к шкворням главной рамы тепловоза.
Промежуточная рама 4, а следовательно, и все верхнее строение тепловоза может от-
клоняться на маятниковых подвесках 2 в поперечном направлении на 40 мм от среднего
244
Рис. 7.4. Четырёхосная тележка тепловоза ТЭМ7:
1—кронштейн поворотного устройства автосцепки; 2—маятниковая подвеска; 3—двухосная тележка; 4—
промежуточная рама; 5—механизм передачи силы тяги; 6—уплотнение шкворня; 7—шкворневое устройство;
8 — вторая ступень рессорного подвешивания; 9 — роликовая опора; 10 — щуп уровня масла шкворня
положения, что улучшает ходовые качества тепловоза. Из 40 мм поперечного перемещения
20 мм свободный ход, а 20 мм — подпружиненный.
Все двухосные тележки 3 одинаковой конструкции. Рама тележки объединяет состав-
ляющие тележку узлы. Колёсно-моторные блоки соединены с рамой тяговыми буксовыми
поводками, которые передают горизонтальные усилия (тяговые, тормозные и боковые) меж-
ду колёсно-моторным блоком и рамой тележки. Рычажная передача тормоза осуществляет
двустороннее нажатие тормозных колодок на колесо. На двухосных тележках расположе-
ны (ближе к концам тепловоза) опоры догружателей, находящихся на главной раме.
Роликовые опоры 9 установлены на верхних плитах второй ступени рессорного подве-
шивания 8. На них опирается главная рама тепловоза. При прохождении тепловозом кри-
вых участков пути роликовые опоры 9 обеспечивают поворот четырёхосной тележки отно-
сительно главной рамы 3. У каждой четырёхосной тележки четыре роликовые опоры. Смазка
роликов консистентная, заправляется при подъёмочных ремонтах.
Все горизонтальные силы между четырёхосной тележкой и главной рамой передаются
через низко опущенный шкворень и шкворневое устройство 7 в промежуточной раме.
Механизм передачи силы тяги (рис. 7.5) предназначен для передачи тяговых и тормоз-
ных усилий от двухосных тележек к промежуточной раме. Расположение механизма выб-
рано для реализации ходовой частью наибольшего коэффициента использования сцепно-
го веса тепловоза. Механизм представляет собой рычажную систему, которая, передавая
усилия, в то же время позволяет двухосной тележке совершать все необходимые перемеще-
ния относительно промежуточной рамы при движении тепловоза. На литых кронштейнах
245
боковин рамы тележки установлены левый и правый поворотные рычаги 4. Короткие на-
клонные тяги 5 соединяют рычаги 4 с литыми кронштейнами 7, приваренными к низу про-
межуточной рамы. В обеих головках тяг 3 установлены шаровые подшипники скольже-
ния 14. Шаровые подшипники закрыты резиновыми манжетами 75. Соединение поворотных
рычагов с рамой тележки и тяг 3 с рычагами и кронштейнами осуществляется через валики.
Поворотные рычаги 4 одной двухосной тележки соединены между собой упругой попе-
речной тягой 5 посредством пальцев 10. Упругая тяга обеспечивает снижение динамичес-
ких усилий в механизме тяги, раме двухосной тележки и промежуточной раме, возникаю-
щих от галопирования двухосной тележки.
Подпружиненный ход упругой тяги телескопического типа на растяжение и сжатие
равен 15+3 мм. Установкой прокладок обеспечивается преднатяг 30 кН (3000 кгс).
Рис. 7.5. Механизм передачи силы тяги тепловоза ТЭМ7:
7 — кронштейн промежуточной рамы; 2 — кронштейн рамы тележки; 3 — короткая тяга; 4—поворотный
рычаг; 5—упругая тяга; 6—промежуточная рама; 7—вилка; 8—пружина; 9—регулировочная прокладка;
10—палец; 11,16—валики; 12—скоба; 13—штуцер с маслёнкой; 14—шаровой подшипник; 75 —манжета
246
Промежуточная рама 4 (рис. 7.4) представляет собой сварную конструкцию, состоя-
щую из двух боковин и шкворневой балки, соединяющей боковины. Промежуточная рама,
передавая вертикальные и горизонтальные усилия, выполняет роль балансира между дву-
хосными тележками.
Догружатели. Для повышения тяги тепловоза при трогании с места применяются два
пневматических догружателя. Они установлены над крайними двухосными тележками.
В работу включается один, первый по ходу движения тепловоза догружатель. Включаются
догружатели из кабины машиниста и выключаются автоматически при достижении тепло-
возом скорости 10 км/ч.
Рессорное подвешивание (рис. 7.4) тепловоза ТЭМ7 состоит из двух ступеней: первая
буксовая и вторая 5, установленная на промежуточной раме 4. Статический прогиб пружин
второй ступени 8 от веса верхнего строения тепловоза 120 мм, первой — 56 мм. Общий
прогиб —176 мм. Гидравлические гасители колебаний установлены во второй ступени рес-
сорного подвешивания для плавности хода и снижения воздействия тепловоза на путь в вер-
тикальном направлении.
Колёсно-моторный блок по конструкции такой же, как у тепловозов второй группы.
Рычажная передача тормоза (рис. 7.6) двустороннего действия, т.е. тормозные колодки 3,
установленные в башмаках 2, действуют во время торможения на колесо с двух сторон.
Тормозные колодки с башмаками подвешены к раме двухосной тележки на подвесках 1,
5,13. Подвески одного колеса попарно соединены продольными тягами 4, охватывающими
колесо с двух сторон. Тяги 6 соединяют рычажные системы двух соседних колёс. Устано-
вочный зазор между колодками и колесом и выход штока тормозного цилиндра регулиру-
ется винтовыми устройствами 7 продольных тяг. При сборке рычажной передачи после
Рис. 7.6. Рычажная передача тормоза тепловоза ТЭМ7:
1, 5. 13 — подвески; 2 — башмак; 3 — колодка; 4, 6 — тяги; 7 — винтовое устройство; 8 — тормозной
цилиндр; 9 — шток; 10—12 — рычаги; 14 — стяжка; 15 — регулировочное устройство
247
ремонта и при регулировке выхода штока тормозного цилиндра необходимо регулировоч-
ные винты устанавливать так, чтобы расстояние от квадратов под ключ обоих винтов до
деталей, в которые они ввёрнуты, было одинаковым для обоих регулировочных устройств
одной стороны двухосной тележки. Регулировочное устройство 75 предназначено для обес-
печения равномерного зазора между колесом и колодкой по длине колодки.
При торможении сжатый воздух в тормозном цилиндре 8 перемещает поршень со што-
ком 9, при этом внутри цилиндра сжимается пружина, возвращающая поршень при отсут-
ствии воздуха в цилиндре и всю рычажную передачу в исходное, расторможенное положе-
ние. При выходе штока цилиндра усилие передаётся на рычаг 77, который, поворачиваясь,
передаёт усилия через вилки рычагов 10 и 12 продольным тягам 4 и 6 и далее ко всем тор-
мозным колодкам.
В рычажной передаче одной двухосной тележки установлены два тормозных цилинд-
ра 8 усл. № 5076, которые обеспечивают нажатие одной колодки на колесо усилием 337,5 кН
(3375 кгс) при давлении воздуха в цилиндре 0,38 МПа (3,8 кгс/см2). Установочный (при
неизношенных колодках) выход штока тормозного цилиндра 95±5 мм, а максимальный
(при изношенных) — 150 мм. Для предохранения от возможного бокового сползания ко-
лодок с колеса установлены поперечные стяжки 14.
Кроме пневматических тормозов, тепловоз оборудован стояночным ручным тормозом,
который приводит в действие рычажную передачу крайней двухосной тележки, располо-
женной под кабиной машиниста. Ручной тормоз используется при длительной стоянке теп-
ловоза и может удерживать тепловоз на уклоне 30 %о.
7.2. Маневровый тепловоз ТЭМ2
Маневровый тепловоз ТЭМ2 (рис. 7.7), как и выпускавшийся до него ТЭМ1, предназна-
чен для выполнения тяжёлой маневровой работы, но может использоваться и в магистраль-
ной службе. Компоновка и конструкция тепловозов ТЭМ1 и ТЭМ2 сходны, но есть и отли-
чия. Мощность тепловоза ТЭМ1 равна 735 кВт (1000 л.с.), а ТЭМ2 — 882 кВт (1200 л.с).
Увеличение мощности достигнуто охлаждением наддувочного воздуха дизеля после тур-
бокомпрессора, т.е. увеличением весового заряда при поступлении в цилиндры. Более со-
вершенная электрическая схема, система автоматического регулирования охлаждающих
жидкостей дизеля обеспечивают тепловозу ТЭМ2 более высокие эксплуатационные пока-
затели по сравнению с ТЭМ1. Оборудование устанавливается на главной раме, которая
опирается на две трёхосные тележки 41, все оси которых ведущие. Каждая тележка через
четыре опоры воспринимает вертикальные нагрузки от главной рамы. Горизонтальные уси-
лия передаются через два центральных шкворня 33. Передняя и задняя тележки одинаковой
конструкции, за исключением правой буксы средней оси задней тележки, от которой идет
привод скоростемера.
Кузов тепловоза капотного типа состоит из пяти основных частей: холодильной каме-
ры, отсека над дизельным помещением, отсека над аппаратной (высоковольтной) камерой,
кабины машиниста и отсека над аккумуляторным помещением. Части кузова над двигате-
лем и аппаратной камерой съёмные для возможности выемки расположенного под ними круп-
ного оборудования. Остальные части кузова приварены к главной раме, в них есть боковые
двери и люки в крыше.
Тепловая изоляция кузова над двигателем и кабины машиниста обеспечивает эксплу-
атацию оборудования тепловоза в условиях низких температур (до -50°С) и нормальные
248
Рис. 7.7. Маневровый тепловоз ТЭМ2:
1—буферный фонарь; 2—редуктор вентилятора холодильной камеры; 3—боковые жалюзи; 4—прожектор;
5—передние песочницы; 6—холодильная камера; 7—жалюзи; 8—вентилятор холодильника; 9—масляные
фильтры; 10 — бак для воды; 11 — бак для масла; 12 — дизель-генератор; 13 — турбокомпрессор; 14 —
компрессор; 75—высоковольтная (аппаратная) камера; 16—звуковой сигнал; 17—двухмашинный агрегат;
18 — пульт управления; 19 — кабина машиниста; 20 — аккумуляторное помещение; 21 — антенна; 22 —
задние песочницы; 23—приёмопередатчик; 24—аккумуляторная батарея; 25—преобразователь; 26—блок
питания радиостанции; 27—автосцепка; 28—тяговый электродвигатель; 29—ручнойтормоз; 30—калорифер;
31 — кран машиниста; 32 — контроллер; 33 — шкворень; 34 — вентилятор охлаждения тяговых
электродвигателей задней тележки; 35 — кожух редуктора; 36—топливный бак; 37 — воздухоочиститель
(воздушный фильтр) дизеля; 38—топливные фильтры грубой очистки; 39—главный резервуар; 40—главная
рама тепловоза; 41 — тележка; 42 — вентилятор охлаждения тяговых электродвигателей передней тележки;
43—масло- и топливоподкачивающие насосы; 44—топливоподогреватель; 45—масляные охлаждающие
секции; 46 — опора рамы; 47—водяные охлаждающие секции; 48 — путеочиститель; 49 — водяной насос
контура охлаждения наддувочного воздуха; 50 — водяные секции охлаждения наддувочного воздуха
температурные условия в кабине машиниста как при низких, так и при высоких наружных
температурах. Для вентиляции машинного помещения, аппаратной камеры и аккумулятор-
ного помещения в дверях сделаны просечки в верхней и нижней частях, закрываемые специ-
альными щитками при низкой температуре наружного воздуха.
В дизельном помещении размещены дизель-генератор 72, компрессор 14 и другие меха-
низмы. Дизель-генераторная установка является источником постоянного тока.
Электрическая схема предусматривает соединение тяговых электродвигателей 28 в две
параллельные группы по три электродвигателя в каждой и две ступени ослабления поля.
Главный генератор используется также и для запуска дизеля. В этом случае генератор ра-
ботает в режиме электродвигателя, получая питание от аккумуляторной батареи 24. Акку-
муляторная батарея 24 используется и для освещения тепловоза на стоянках. От вала глав-
ного генератора через специальную пластинчатую (пакетную) муфту вращение передаётся
тормозному компрессору 14, расположенному позади генератора, и через клиноремённые
передачи двухмашинному агрегату 17 и вентилятору 34 охлаждения тяговых электродви-
гателей задней тележки.
249
В холодильной камере установлены охлаждающие секции: 22 для воды 47 и шесть для
масла 45, причём 16 водяных секций служат для охлаждения дизеля, а шесть секций 50 (от-
дельная замкнутая система) — для охлаждения наддувочного воздуха дизеля после турбо-
компрессора. Вода в этой системе прокачивается центробежным насосом, расположенным в
холодильной камере и приводимым от редуктора 2 вентилятора через зубчатую передачу.
Вблизи пульта находятся кран машиниста 31, кран локомотивного тормоза и клапаны
тифонов; педаль для управления песочницами 5 расположена на полу перед сиденьем. В левой
задней части кабины машиниста расположено сиденье помощника машиниста. На задней
стене кабины 19 находится привод ручного тормоза 29 и инструментальный ящик. В каби-
не машиниста 19 ставятся два огнетушителя, еще два огнетушителя есть в дизельном поме-
щении. Для отопления кабины 19 в зимнее время установлены калорифер 30 и батарея обо-
грева ног машиниста.
Под главной рамой тепловоза находятся топливный бак 36 и бачок для хранения запа-
са смазки. Здесь же укреплены четыре главных тормозных резервуара 39. Все электропро-
вода заключены в специальные трубопроводы, находящиеся в раме и частично в кузове
тепловоза. Песок хранится в четырёх бункерах, расположенных попарно спереди и сзади
тепловоза 5 и 22 и выполненных заодно с кузовом.
Тепловозы оборудованы радиостанцией. Приёмопередатчик 23 радиостанции помещён
в нише между корпусами песочниц 22 сзади тепловоза. Ниша закрыта дверью. Пульт уп-
равления радиостанцией находится в кабине машиниста.
Кабина машиниста (рис. 7.8) внутри покрыта тепло- и звукоизоляцией. Для снижения
шума, проникающего в кабину, её каркас внутри покрыт противошумной мастикой толщи-
ной 5—6 мм.
Стены кабины изолированы пакетами изоляции из мипоры и обшиты твёрдой древес-
новолокнистой плитой. Кроме этого, для снижения уровня шума в кабине потолок и верхние
торцевые части её покрыты матами из капронового волокна и обшиты перфорированными
алюминиевыми листами. Настил пола выполнен в виде отдельных щитов, состоящих из фа-
нерной плиты толщиной 25 мм, изолирующего слоя толщиной 16 мм и обшивочного листа из
твёрдой древесноволокнистой плиты. По контуру щитов в местах установки их на металло-
конструкцию наклеена губчатая резина толщиной 8 мм. Все окна в кабине с одинарным ос-
теклением. На пульте 23 кабины машиниста установлены контроллер с рукояткой и другие
приборы управления, а также контрольно-измерительные приборы работы силовой установ-
ки. Торцевые и боковые окна обеспечивают хорошую освещённость кабины и видимость как
вперёд и назад, так и по сторонам. Стёкла марки сталинит толщиной 5 мм уплотнены по
контуру профильной резиной. Средние боковые окна в кабине раздвижные.
У кабины машиниста три двери: две для входа с площадок тепловоза и одна для входа
в высоковольтную камеру.
Из кабины можно выйти на переднюю и заднюю площадки. Входная дверь представ-
ляет собой усиленный по контуру гнутым профилем металлический лист с выштампован-
ным оконным проёмом. Нижняя часть двери (под окном) армирована, обшита древесно-
волокнистой плитой и защищена металлическим листом.
Для обслуживания аппаратной камеры в передней торцевой стене кабины расположе-
на дверь 20, в которой встроены металлический шкаф для одежды и ниша для хранения
продуктов, закрываемые дверью. Обе двери изолированы и снабжены в отличие от вход-
ных дверей защёлками. Для обеспечения безопасности дверной проём в аппаратную камеру
защищён ограждением 21, при открытии которого специальным выключателем снимается
нагрузка с генератора. С правой стороны (по ходу тепловоза) в кабине находится пост уп-
равления, состоящий из пульта управления 23, контроллера, крана машиниста 22 и вспо-
250
Рис. 7.8. Расположение оборудования в кабине машиниста тепловоза ТЭМ2:
1—сиденье; 2—подлокотник; 3—вентилятор; 4—огнетушитель; 5—кнопка локомотивной сигнализации
(белый свет); 6 — светильник; 7 — светофор; 8 — датчик температуры ДТКБ-53; 9 — динамик; 10 —
светильник зелёного света; 11—шкаф; 12—раздвижное окно; 13—теневой щиток; 14—пульт управления
радиостанцией; 75—параван; 16—электрическая схема; 17—бумагодержатель; 18—скоростемер; 19—
люки пола; 20—дверь в аппаратную камеру; 21 — ограждение проёма двери в аппаратную камеру; 22—
кран машиниста; 23—пульт управления; 24—выключатель песочницы; 25—переносной пульт; 26,29—
краны вспомогательного тормоза; 27 — пепельница; 28 — калорифер; 30— клапан сигналов; 31 —
электропневматический клапан ЭПК-150НСБ; 32 — штурвал ручного тормоза; 33 — зеркало; 34 — стол
машиниста; 35—стеклоочиститель
могательного крана 26. На пульте 23 кабины машиниста установлены контроллер с руко-
яткой и другие приборы управления, а также контрольно-измерительные приборы работы
силовой установки. Сиденья у машиниста и помощника мягкие, прямоугольной формы, со
спинкой, регулируемые по высоте в поперечном и продольном направлениях.
Искусственное освещение кабины общее и местное. Внутренняя окраска кабины вы-
полнена с учётом обеспечения наилучших условий работы бригады. Кабина машиниста с
кузовом над аккумуляторами образует сварной съёмный узел, который устанавливают на
раме тепловоза на плоских резиновых амортизаторах. У кабины с кузовом над аппаратной
камерой разъёмное соединение. Для снижения шума, поступающего в кабину через настил
пола, нижняя часть каркаса пола накрыта сплошным металлическим листом толщиной
2 мм, на который с внутренней стороны нанесён слой противошумной мастики. Радио-
станция размещена в шкафу в кабине машиниста, а её антенна — на крыше кабины.
Кузов над аккумуляторами представляет собой металлическую конструкцию из угол-
кового сортового проката, гнутых профилей и наружной обшивки. Внутри кузова устрое-
ны два яруса замкнутых элементов для поддонов с аккумуляторами. В кузове есть дву-
створчатые двери с каждой стороны и люк на крыше для обслуживания и выемки
аккумуляторов.
251
Каркас кузова над двигателем и аппаратной камерой выполнен из швеллеров, угольни-
ков, гнутых профилей и обшит снаружи листами. Дверь кузова представляет собой метал-
лический лист с просечками в верхней и нижней частях. Внизу с правой стороны кузова над
двигателем находятся жалюзи перед вентилятором охлаждения тяговых электродвигате-
лей передней тележки. Над турбокомпрессором есть люк для доступа к воздухоохладителю
дизеля. Для доступа к водяному баку на крыше кузова предусмотрен люк, закрытый съём-
ным листом. Кузов над двигателем теплоизолирован матами из стекловолокна. Изнутри
кузов обшит металлическими листами.
Кузов холодильной камеры образован из продольных нижних балок, задней стенки,
корпуса передней песочницы, опоры вентилятора и рамы под редуктор. Сваренные меж-
ду собой, они образуют единую конструкцию, обшитую сверху и с боков металличес-
кими листами.
Холодильная камера представляет собой самостоятельную технологическую едини-
цу, которую полностью собирают и проверяют на узловой сборке, а затем устанавливают
и приваривают к раме тепловоза. Входная дверь в холодильную камеру расположена в
передней части корпуса песочницы. В задней стенке, отделяющей кузов холодильной ка-
меры от дизельного помещения, есть отверстия для прохода труб вала привода редуктора
холодильника.
Главная рама служит для установки и крепления оборудования, а также передачи че-
рез автосцепку тяговых и тормозных усилий. Рама рассчитана на продольную статичес-
кую нагрузку 2500 кН и вертикальную нагрузку от веса всего размещённого на ней обору-
дования с учётом динамических нагрузок.
Основными несущими элементами рамы являются две продольные балки двутаврово-
го профиля № 45, усиленные вверху и внизу стальной полосой толщиной 22 мм. Продоль-
ные балки связаны между собой поперечными элементами, которые в местах установки
шкворней и шаровых опор выполнены в виде сварных двутавровых балок. К продольным
балкам приварены обработанные в одной плоскости платики, на которых закреплён дизель-
генератор. Там, где установлен дизель-генератор, балки усилены рёбрами жёсткости. По
концам продольные балки связаны между собой литыми стяжными ящиками, приклёпанны-
ми к нижним поясам балок. На участках от стяжных ящиков до дизель-генератора продоль-
ные балки сверху перекрыты десятимиллиметровыми листами, а внизу в районе дизель-
генератора —листом толщиной 8 мм, который вместе с продольными балками и поперечными
элементами образует место для размещения картера дизеля, а также изолирует низ подка-
потного помещения от наружного пространства. К бокам рамы приварены обносные швел-
леры № 16, которые связаны с хребтовыми балками штампованными кронштейнами.
Боковые и концевые участки рамы сверху закрыты рифлёными листами, являющими-
ся переходными площадками. Ящики по концам рамы с люками предназначены для разме-
щения оборудования и инструмента.
Усилия от веса главной рамы со всем размещённым на ней оборудованием передаются
на две трёхосные тележки через восемь шаровых опор. Для передачи тяговых усилий на
раме устроены два шкворня диаметром 300 мм.
У рамы есть опоры для подъёма тепловоза домкратами. К наружным сторонам про-
дольных балок приварены кронштейны крепления топливного бака, а к низу рифлёных
настильных листов и боковым кронштейнам — поддержки для крепления трубопроводов
тормозного и электрического оборудования. На каждом конце рамы размещены по две
лестницы.
252
Для предохранения от повреждений элементов конструкции тележек и другого низко-
расположенного оборудования, а также для удаления с путей посторонних предметов к раме
тепловоза спереди и сзади крепятся путеочистители так, чтобы нижняя их кромка находи-
лась от головки рельса на высоте не менее 120 мм. Для получения указанного размера как
при постройке тепловозов, так и при ремонте после обточки бандажей между путеочистите-
лями и стяжными ящиками рамы установлены регулировочные прокладки. Две прокладки
предусмотрены для получения размера 120 мм в заводских условиях, а три толщиной по 12 мм
поставлены для подъёма высоты путеочистителя после обточки бандажей. Путеочиститель
выполнен отливкой из стали или сваркой и прикреплён к стяжному ящику десятью болтами.
К путеочистителю приварены кронштейны, которые служат для закрепления на них сво-
бодных концов шлангов тормозной магистрали и индуктивных катушек автоматической
локомотивной сигнализации.
Для сцепления локомотива с поездом, одиночными вагонами или локомотивом теп-
ловозы спереди и сзади оборудованы ударно-тяговыми приборами, состоящими из авто-
сцепки типа СА-3, которая соединена с поглощающим аппаратом.
Ход поглощающего аппарата Ш-1-М 70+5 мм, его эффективность 1200—3800 кгс-м.
После шести-семи лет эксплуатации эффективность аппарата постепенно падает и при зна-
чительном износе трущихся частей не превышает 1500 кгс-м.
Для расцепления автосцепки установлен на буферном брусе тепловоза расцепной ры-
чаг, удерживаемый специальными кронштейнами. На конце рычага укреплена цепь, со-
единённая с замком автосцепки. Помимо ручного управления автосцепкой в тепловозе есть
пневматический привод с управлением им из кабины машиниста. При нажатии на кнопку
воздух через электропневматический вентиль поступает в цилиндр, шток которого, воз-
действуя на рычаг и связанную с ним цепь, открывает замок автосцепки.
У тепловоза есть две трёхосные челюстные тележки первой группы. У каждой тележки
есть две отдельные группы рессорного подвешивания. Все оси тележек ведущие. Они при-
водятся во вращение тяговыми электродвигателями зубчатой передачей. Подвешивание тя-
говых электродвигателей опорно-осевое.
Колёсные пары оборудованы буксами с роликовыми подшипниками. Все оси тележек
тормозные. Торможение одностороннее, от двух воздушных цилиндров, расположенных
на каждой тележке.
Тележка тепловоза ТЭМ2 отличается от тележки тепловоза ТЭМ1 более мягким рес-
сорным подвешиванием и малогабаритными буксами с арочным нагружением. Подшип-
ники букс смазывают консистентной смазкой.
Рама тележки (рис. 7.9) представляет собой сварную конструкцию, состоящую из двух
боковин 1 и двух межрамных креплений 4 коробчатого сечения, двух концевых балок 10 и
шкворневой балки 3. Буксовые челюсти 6 и 8 отлиты из стали и вварены в боковины. К рабо-
чим поверхностям буксовых челюстей приварены сменные наличники из термообработан-
ной стали для предохранения челюстей от износа.
Шкворневая балка 3 приварена к межрамным креплениями 4. Для предохранения бал-
ки от износа в шкворневое гнездо 13 запрессована втулка из термообработанной стали.
Концевые балки со стороны автосцепки связаны с боковинами рамы болтами, а со сторо-
ны топливного бака приварены электродуговой сваркой. К концевым балкам прикрепле-
ны болтами кронштейны и приварены скобы для крепления песочных труб. К межрамным
креплениям снизу приварены и дополнительно закреплены двумя контрольными болтами
стальные литые кронштейны 7 и 9 для подвески тяговых электродвигателей. Для установ-
ки горизонтальных и вертикальных рычагов рычажной передачи тормоза, а также тормоз-
253
Рис. 7.9. Рама тележки тепловоза ТЭМ2:
1 — боковина рамы; 2 — кронштейн; 3 — шкворневая балка; 4 — межрамное крепление; 5 — буксовая
струнка; 6 — концевая буксовая челюсть; 7, 9—кронштейны подвески тяговых двигателей; 8 — средняя
буксовая челюсть; 10—концевая балка; 11 — опорный диск; 12 — кронштейн для крепления тормозных
цилиндров; 13—шкворневое гнездо
ных цилиндров к раме тележки приварены кронштейны, а для песочного и воздушного тру-
бопроводов —скобы.
Снизу к челюстям двумя болтами прикреплена буксовая струнка 5, у которой по концам
есть охватывающие выступы, выполненные с уклоном 1:12. Струнки отливают из стали 25Л11
и закрепляют двумя болтами. Для предотвращения деформации боковины рамы тележки и
межрамные крепления термообрабатывают, что снимает внутренние напряжения.
Колёсные пары тепловозов ТЭМ2 состоят из обандаженных колёсных центров с наса-
женными на ось зубчатыми колёсами. У оси есть шейки под роликовые подшипники и под
моторно-осевые подшипники тяговых электродвигателей. В торцах оси просверлены цен-
тровые отверстия. В торце средней оси (со стороны ведомой шестерни) сделано углубле-
ние, в которое запрессована втулка с квадратным отверстием под хвостовик привода ско-
ростемера.
После чистовой обработки оси накатывают роликом для повышения усталостной
прочности и долговечности. Накатке подвергают буксовые шейки, подступичную часть
оси, моторно-осевые шейки и галтели. После накатки поверхность шлифуют. Готовую
ось перед напрессовкой колёсного центра проверяют ультразвуковой дефектоскопией. От-
верстие в ступице колёсного центра для насадки на ось конически расточены (заходные
конусы), чтобы предупредить задиры осей при напрессовке их и устранить концентрацию
напряжений в оси у торцов ступицы. Для этой же цели выполнены заходные конусы и на
оси. На ступицах центров колёсных пар выполнены отверстия с резьбой для подачи масла
под давлением на поверхности соприкосновения оси с центром при распрессовке колёс-
ных центров.
Ведомое зубчатое колесо изготовлено из стали 45ХН, причем зубья закаливают тока-
ми высокой частоты по всему профилю на глубину 2—5 мм или только до впадин, поверх-
ность которых упрочняют накаткой роликом. После закалки зубчатое колесо проверяют
254
магнитным контролем на наличие трещин. В зубчатом колесе на колёсной паре так же, как
и в колёсном центре, есть резьбовое отверстие для маслосъёма.
Ось в колёсный центр запрессовывается в холодном состоянии с усилием при обанда-
женном колёсном центре 1100—1500 кН, при необандаженном колёсном центре—950—1414тс.
При запрессовке оси снимают диаграмму усилий. Натяг между посадочными поверхностя-
ми оси и центров равен 0,18—0,30 мм. Бандаж насаживают на центр до плотного упора
буртом в торец обода с натягом 1,1—1,45 мм. Перед насадкой бандаж нагревают до темпе-
ратуры 250—320 °C. После насадки в проточку бандажа при температуре не менее 200 °C
заводят стальное укрепляющее кольцо; затем внутренний бурт бандажа обжимают на спе-
циальном станке или пневматическим молотком.
Зубчатое колесо насаживают на ось в горячем состоянии с натягом 0,12—0,16 мм; на-
грев не более 200 °C. Перед насадкой колеса для снижения коррозионных повреждений в
подступичной части посадочную поверхность оси покрывают эластомером ГЭН-150 или
лаком ВДУ-3. На каждой сформированной колёсной паре наносят знаки маркировки и
клейма в соответствии с ГОСТ 11013—75 и «Инструкцией по освидетельствованию, ремон-
ту и формированию колёсных пар».
Роликовая букса (рис. 7.10) состоит из корпуса, внутри которого находятся два под-
шипника с короткими цилиндрическими роликами.
Подшипники на шейке оси укреплены лабиринтными кольцами 10, дистанционными
кольцами 7,8. К торцу корпуса буксы прикреплена задняя крышка 9 с уплотнением, предох-
раняющим от вытекания масла из буксы. К наружной торцевой плоскости корпуса буксы 5
прикреплена передняя крышка, на которой, в свою очередь, на прокладках прикреплён осе-
вой упор. В крышке осевого упора средней оси задней тележки с правой стороны есть цент-
ральное отверстие для прохода валика привода скоростемера, а в остальных буксах осевые
упоры закрыты крышками без отверстий.
Рис. 7.10. Роликовая букса тепловоза ТЭМ2:
1 — упругий осевой упор; 2—регулировочные прокладки; 3—крышка; 4—фитиль; 5—корпус буксы; 6—
роликоподшипник; 7 — наружное дистанционное кольцо; 8—внутреннее дистанционное кольцо; 9—задняя
крышка; 10—лабиринтное кольцо; 11 — арка; 12 — опора балансира
255
У букс крайних осей тележки есть упругие упоры 1 с пружинами. С внутренней стороны
на торцевую поверхность осевого упора 1 наплавлена армировка из бронзы ОЦС 4-4-17.
В прямоугольное отверстие в нижней части осевого упора 1 вставлен фитиль 4, опущен-
ный свободным концом в масляную ванну буксы. В боковой части передней крышки нахо-
дится отверстие, закрываемое пробкой, для заправки буксы маслом, в нижней части — от-
верстие для его слива.
К внутренней челюсти и лобовой части буксы электрозаклёпками и прерывистыми
швами по контуру приварены наличники из стали 60Г. У наличников на рабочей поверх-
ности средней части есть площадка и скосы по краям для перемещения буксы в вертикаль-
ной плоскости без заеданий при перекосе колёсной пары в момент прохождения неровнос-
тей пути.
Динамические качества тележек тепловозов в значительной степени зависят от сохра-
нения в эксплуатации требуемых величин разбегов колёсных пар. Разбег колёсной пары в
тележке складывается из зазоров между наличниками буксовой челюсти и наличником рамы
тележки, а также между осевым упором буксы и торцом оси.
Разбег колёсной пары регулируют изменением толщины пакета регулировочных про-
кладок 2. Толщину пакета прокладок изменяют у обеих букс одной колёсной пары на рав-
ные величины. Разница в толщинах пакета прокладок для новых осевых упоров допускает-
ся не более 0,5 мм. При изношенных осевых упорах толщина пакета регулировочных
прокладок под более изношенным упором устанавливается меньше толщины пакета под
осевым упором противоположной буксы на величину разницы в износе, который опреде-
ляют по разнице в высоте упора от привалочного фланца.
В тепловозах ТЭМ2 до № 15 роликовые буксы устанавливали такие же, как в теплово-
зах ТЭМ1. С № 15 устанавливают роликовые буксы с арочным нагружением, с консистент-
ной смазкой и жидкой смазкой осевых упоров. В буксе два одинаковых роликовых под-
шипника 6\ в задней крышке вместо севанитового уплотнения, применённого в тепловозе
ТЭМ1, установлено лабиринтное уплотнение 10. Маслёнки для смазки буксовых налич-
ников закрытого типа.
Для уменьшения неравномерности износа гребней правого и левого бандажей колёсной
пары перед регулированием свободных разбегов колёсных пар устраняют несимметричное
расположение их относительно продольной оси рамы тележки. Для этого на оси колёсной
пары устанавливают буксы на одинаковых расстояниях от внутренних граней бандажей.
У тепловозов ТЭМ2 применено опорно-осевое подвешивание тяговых электродвигате-
лей с односторонней передачей вращающего момента от вала якоря оси колёсной пары
(рис. 6.14,6.17), описание которого дано в п. 6.6.
Положение тягового электродвигателя на оси фиксируется торцами ступиц колёсного
центра и ведомой шестерни. Осевой разбег тягового электродвигателя на колёсной паре
при новых подшипниках 1—2,6 мм, в эксплуатации допускается увеличение разбега до 5 мм.
Диаметральный зазор в новых моторно-осевых подшипниках тяговых электродвигателей
0,5—1,2 мм, разница зазоров подшипников одной и той же колёсной пары в эксплуатации
допускается не более 0,3 мм.
Рессорное подвешивание (рис. 7.11) на каждой стороне тележки сбалансировано в
отдельную группу (точку). Вертикальная нагрузка на тележке воспринимается четырь-
мя восьмилистовыми рессорами 7, опирающимися через резиновые амортизаторы 8 на
нижний пояс боковин. По концам тележки также через резиновые амортизаторы нагруз-
ка воспринимается цилиндрическими спиральными пружинами 6. На каждой буксе ус-
тановлены два балансира 3 (с наружной и внутренней стороны боковины рамы тележ-
256
A—A
Рис. 7.11. Рессорное подвешивание тепловозов ТЭМ2 (а) и ТЭМ1 (б):
1—рессора; 2—подвеска рессоры; 3—балансир; 4—подвеска пружины; 5,14,15—опоры; 6—пружина;
7—тарелка; 8 — резиновый амортизатор; 9 — подкладка; 10,13,16 — валики; 11 — клапан смазки; 12 —
опора рессоры
ки). Балансиры 3 и рессоры 1 соединены валиками с подвесками 2 и опорами 12. Шарни-
ры рессорного подвешивания смазываются через клапаны смазки 11, расположенные на
наружных торцах валиков. Резиновые амортизаторы 8 гасят высокочастотные колеба-
ния. В тепловозах ТЭМ1 постройки до 1961 г. применялось рессорное подвешивание с 18-лис-
товыми рессорами без резиновых амортизаторов. Рессорное подвешивание тепловоза
ТЭМ2 отличается от рессорного подвешивания тепловоза ТЭМ1 дополнительными ци-
линдрическими пружинами.
Листовая рессора 1 состоит из восьми постепенно укорачивающихся, положенных друг
на друга листов, связанных в одно целое хомутом, который надевают на них в горячем
состоянии. Два верхних листа в рессоре одинаковой длины называются коренными. В верх-
нем коренном листе прорублен сквозной паз, предназначенный для закрепления рессоры на
опоре с соответствующим выступом. Продольный сдвиг листов рессоры относительно друг
друга предотвращают лунки.
Рессоры изготовляют из специальной катаной полосовой рессорной стали 55С2
(ГОСТ 14959—69). Листы рессоры закаливают в масле до твёрдости НВ 363—432. Хому-
ты изготовляют из стали СтЗ ковкой или штамповкой. Трущиеся поверхности листов рес-
соры покрыты графитной смазкой. Изготовленные рессоры проверяют под прессом для оп-
ределения прогиба под статической рабочей (8,5 кН) и пробной (14,2 кН) нагрузками.
Пружины делают из круглого проката диаметром 40 мм. Материал пружины — сталь
60С2 ГОСТ 2052—53. Амортизаторы 8 делают из резины 120С (ТУ ШУ33-54) или из резино-
вой смеси марки 2462 по группе 6 (МРТУ 38-5-1166-64). С обеих сторон у амортизаторов
есть стальные пластины толщиной 2 мм, которые крепятся к резине вулканизацией. Каждая
257
тележка тепловоза комплектуется рессорами одной группы в зависимости от прогиба под
рабочей нагрузкой. Так же подбираются резиновые амортизаторы 8.
В тепловозе ТЭМ2 установлены четыре скользящие опоры главной рамы (см. рис. 7.12).
Они установлены в тех же местах, что и у грузовых тепловозов первой и второй группы
(рис. 6.8). Скользящие опоры создают момент трения относительно шкворня, но не выполня-
ют центрирующих функций. Они не возвращают тележку в исходное положение и всегда
движутся с некоторым перекосом, будучи прижаты к одному из рельсов. Скользящая опора
состоит из корпуса 4, который своим цилиндрическим хвостовиком входит в отверстие опор-
ного диска, приваренного к раме тележки. Корпус опоры закреплён на раме четырьмя бол-
тами. Стальная опорная плита 5 своим цилиндрическим хвостовиком входит в углубление
в середине корпуса. Во избежание поворота плита дополнительно фиксируется штифтом 7.
Гнездо 2 выполнено со сферическим углублением.
На сферическое углубление сверху опирается опора (грибок) главной рамы. При дви-
жении тепловоза гнездо скользит по опорной поверхности плиты 5. Для смазки поверхно-
стей трения в корпус опоры заливается осевое масло «летнее» или «зимнее». Для лучшего
смазывания поверхностей скольжения плиты 5 и гнезда 2 на поверхности плиты сделаны
канавки.
В эксплуатации бывали случаи задиров скользящих поверхностей опорной плиты 5 и
гнезда 2. Поэтому была введена армировка поверхности скольжения гнезда 2 сначала брон-
зой ОЦС 4-4-17, а затем сплавом ЦАМ9-1.5 с нарезкой спиральных канавок. Корпус опо-
ры отливается из стали 25Л1. Выступающие поверхности корпуса, на которые опирается
плита, обработаны строго в одной плоскости. Опорная плита выполнена из стали 20 с це-
ментацией и закалкой, шаровое гнездо — из стали 45.
Рычажная передача тормоза передаёт усилия, развиваемые в тормозных цилиндрах, к
тормозным колодкам. Рычажная передача тормоза тележки приводится в действие двумя
тормозными цилиндрами усл. № 507Б. Цилиндры крепятся к кронштейнам, расположен-
ным на раме тележки с правой и левой сторон. Все оси тележки тормозные. Торможение
одностороннее. Подвеска тормозных колодок состоит из собственно подвески, к которой
валиком крепится башмак, а также устройства для обеспечения правильного его положения
Рис. 7.12. Опора главной рамы тепловоза ТЭМ2:
1 — крышка; 2 — армированное гнездо; 3 — прокладка; 4 — корпус; 5 — опорная плита;
б — пробка; 7 — штифт
258
при износе колодок. Правильное положение башмака относительно бандажа колеса (в попе-
речном направлении) устанавливается при помощи упоров, прикреплённых к раме тележки.
Для тепловозов применены чугунные гребневые тормозные колодки с твёрдыми вставками.
Уход за рычажной передачей заключается в периодической регулировке выхода што-
ков тормозных цилиндров. При максимальном давлении воздуха выход штока равен 75—100 мм.
Проверяется также расстояние между вертикальным рычагом и кромкой кронштейна. При ре-
гулировке сначала устанавливается это расстояние, равное 70+1° мм, затем выход штока
тормозного цилиндра, равный 75±5 мм.
Положение тормозной колодки в отторможенном состоянии относительно поверхности
катания бандажа регулируется фиксатором, при этом зазор между колодкой и бандажом
устанавливается равномерным по всей длине колодки равным 7 мм. Наименьшая толщина
тормозной колодки в эксплуатации допускается 15 мм.
Кроме пневматического тормоза, тепловозы оборудованы ручным тормозом с нажати-
ем тормозных колодок только на одно колесо двух передних осей задней тележки. Привод
ручного тормоза состоит из маховика, зубчатой передачи с фрикционным и храповым ме-
ханизмами. Цепь одним концом соединяется со звёздочкой зубчатого колеса привода, а дру-
гим через вилку — с рычажной передачей тормоза. При вращении штурвала вращающий
момент через механизм привода передаётся на рычажную передачу и тормозные колодки.
7.3. Маневровые тепловозы типа ЧМЭЗ
Силовое и вспомогательное оборудование тепловоза ЧМЭЗ установлено на глав-
ной раме 17 (рис. 7.13), которая опирается на две одинаковые трёхосные бесчелюстные
тележки 18 и 25. Топливный бак 22 подвешен к главной раме 17 между тележками 18 и 25.
Каждая колёсная пара 21 оснащена тяговым электродвигателем 20. Тяговые и тормоз-
ные усилия от тележек 18 и 25 через шкворни передаются главной раме тепловоза. Од-
ноступенчатое рессорное подвешивание состоит из цилиндрических пружин и гидравли-
ческих гасителей колебаний.
Дизель-генераторная установка, находящаяся в средней части главной рамы 77, состо-
ит из четырёхтактного шестицилиндрового дизеля 77 мощностью 993 кВт (1350 л.с.) и тяго-
вого генератора 9 постоянного тока мощностью 885 кВт. От коленчатого вала дизеля через
гидромеханический редуктор 34 приводятся главный вентилятор 75 и компрессор 33, а че-
рез клиноремённую передачу — вентилятор 19 охлаждения электродвигателей 20 передней
тележки 18. Коленчатый вал дизеля жёстко соединён с якорем тягового генератора 9, от
которого через клиноремённую передачу приводятся во вращение двухмашинный агрегат 30
и вентилятор 23 охлаждения тяговых электродвигателей 20 задней тележки 25.
Шахта холодильника состоит из основного контура 16 для охлаждения воды после ди-
зеля и вспомогательного контура 12 для охлаждения масла и наддувочного воздуха. Вода
основного контура охлаждается главным вентилятором 75, а вспомогательного контура —
вентилятором 13 с электроприводом. Боковые 32 и верхние 14 жалюзи шахты холодильни-
ка и вентиляторы управляются автоматически термореле.
Тепловоз оборудован отечественной автосцепкой, автоматическим и ручным тормо-
зами, радиостанцией 37 и АЛСН.
Кузов тепловоза капотного типа (рис. 7.14) состоит из переднего и заднего кузовов I и
IV, приваренных к главной раме тепловоза, съёмного кузова машинного отделения II,
прикреплённого болтами к раме тепловоза и промежуточной тепло- и звукоизоляционной
259
Рис. 7.13. Расположение оборудования тепловоза ЧМЭЗ:
1 — автосцепка; 2 — аккумуляторная батарея; 3—крышка песочного бункера; 4—антенна; 5—аппаратная
камера; 6 — инструментальный ящик; 7—тепло- и звукоизоляционная стенка; 8 — резервуар управления
(100 л); 9 — тяговый генератор; 10 — турбонагнетатель; 11 — дизель; 12 — водяные секции радиатора
вспомогательного контура; 13 — вентилятор вспомогательного контура; 14 — верхние жалюзи шахты
холодильника; 75—главный вентилятор; 16—водяные секции радиатора основного контура; 17—главная
рама; 18—передняя тележка; 19—вентилятор охлаждения тяговых электродвигателей передней тележки;
20 — тяговый электродвигатель; 21 — колёсная пара; 22 — топливный бак; 23 — вентилятор охлаждения
тяговых электродвигателей задней тележки; 24 — подвесной болт; 25 — задняя тележка; 26 —
вспомогательный пульт; 27—ручной тормоз; 28—калорифер; 29—шкаф для одежды; 30 —двухмашинный
агрегат; 31—главный резервуар (4 х 250 л); 32—боковые жалюзи шахты холодильника; 33—компрессор;
34 — гидромеханический редуктор; 35 — запасной резервуар (78 л); 36 — пульт управления тепловозом;
37—радиостанция
стенке 6, и кабины машиниста III, прикреплённой болтами к главной раме тепловоза через
резинометаллические прокладки.
В переднем кузове установлены шахта холодильника, гидромеханический редуктор и
компрессор. В передней части на торце кузова установлены прожектор 75 и передние бу-
ферные фонари 16. Доступ к компрессору и гидромеханическому редуктору осуществляет-
ся через боковые двустворчатые двери 13.
Кузов машинного отделения II закрыт съёмными крышками 7 и 9. В боковых стенках
есть две одностворчатые 8 и восемь двустворчатых 10 дверей.
Кабина машиниста III сварена из стальных листов и обшита перфорированным аргил-
литом, под который уложены пакеты с наполнителем из тепло- и звукоизоляционного мате-
риала. В кабине установлены два пульта управления: основной и вспомогательный, под
которым находится ручной тормоз. Также в кабине машиниста установлено оборудование
для эксплуатации тепловозов по системе двух единиц.
В заднем кузове размещена щелочная аккумуляторная батарея, которая установлена в
два яруса на приваренных к кузову стеллажах. В боковых стенках заднего кузова сделаны
двустворчатые двери 4 для осмотра батареи. В заднем кузове находятся два песочных бун-
кера с общей заправочной горловиной 3, а на торце установлены задний прожектор 2 и
задние буферные фонари 7.
260
Рис. 7.14. Кузов тепловоза ЧМЭЗ:
1,16 — задние и передние буферные фонари; 2,15—задний и передний прожекторы; 3,14—заправочные
горловины задней и передней песочниц; 4,10,13—двустворчатые двери; 5,8— одностворчатые двери; 6—
тепло-и звукоизоляционная стенка; 7, 9—съёмные крыши; 11—боковые стенки шахты холодильника; 12—
крыша шахты холодильника; 17 — крышка; 18—21 — люки; I — передний кузов; II — кузов машинного
отделения; III— кабина машиниста; IV — задний кузов
Главная рама тепловоза (рис. 7.15) представляет собой жёсткую сварную стальную
конструкцию, основой которой являются две продольные сварные балки двутавровой
формы. К ним приварены все остальные элементы рамы. Две шкворневые балки 10, две
поперечные балки 77 и два буферных бруса 9 по концам соединяют продольные балки в
одно целое.
Рис. 7.15. Главная рама тепловоза ЧМЭЗ:
1 — стяжной ящик; 2 — автосцепка; 3 — подножка; 4 — поручни; 5 — ручной тормоз; 6 — подвес; 7 —
консоль; 8—шкворень; 9— буферный брус; 10—шкворневая балка; 77 — поперечная балка; 72—плита;
13—продольная балка
261
На расстоянии 3670 мм от торцов рамы приварены две шкворневые балки 10 коробча-
того сечения. Снизу к центру шкворневой балки приварен стальной шкворень 8 диаметром
278 мм. Для уменьшения износа при передаче продольных усилий (тяговых и тормозных) к
наружной цилиндрической поверхности шкворня приварены две сменные накладки из мар-
ганцовистой стали.
Концы шкворневых балок 10 усилены приваркой горизонтальных и вертикальных лис-
тов, образующих жёсткие коробки. К ним приварены вертикальные консоли 7, подвесы 6 и
упорные плиты под домкраты. Для равномерного распределения нагрузки по осям теплово-
за внутри коробок и шкворневых балок расположены балластные грузы. Вертикальные на-
грузки от главной рамы передаются тележкам через консоли 7 и подвесные болты.
Поскольку в средней части рамы расположены дизель и генератор, она усилена двумя
поперечными балками 11, концы которых усилены прямоугольными плитами 12 для разме-
щения на них через резиновые пластины силовой установки.
Топливный бак подвешен в средней части рамы и крепится к ней посредством 12 усили-
тельных бонок (по шесть с каждой стороны) с ввернутыми в них шпильками (М24). С этой
же целью к нижним полкам продольных балок рамы тепловоза приварены стальные плиты
(по три с каждой стороны). Четыре упорных угольника, приваренные к баку после его под-
вешивания, не допускают его продольного перемещения.
Главная рама опирается на тележки через восемь подвесных болтов 1 (рис. 7.16), на
гайки 13 которых передаётся вертикальная нагрузка от главной рамы тепловоза. Головка
подвесного болта опирается на консоль 7 рамы тележки через шаровую опору (вкладыш 5 и
гнездо 6). Под головку болта устанавливают стальную шайбу 2 и резинометаллические
прокладки 3, между которыми кладут стальные прокладки 4. Гнездо 6 своим выступом
входит в вырез консоли 7, а гнездо 11 — в вырез балочки 9 для надёжной фиксации гнезда.
Шаровые опоры обеспечивают поворот тележек относительно рамы тепловоза при
вписывании в кривые участки пути. Наклонное расположение подвесных болтов способ-
Рис. 7.16. Подвеска главной рамы
тепловоза ЧМЭЗ:
1 — подвесной болт; 2 — шайба; 3 —
резинометаллическая прокладка; 4 —
стальная прокладка; 5, 12 — сферические
вкладыши; 6, 11 —гнёзда; 7—консоль рамы
тележки; 8 —- консоль главной рамы; 9 —
балочка; 10—вилка; 13—гайка; 14—шплинт
ствует быстрому возврату тележек в исходное по-
ложение после выхода тепловоза из кривой, что
уменьшает вертикальный подрез гребней бандажей.
Главная рама тепловоза изолирована от теле-
жек резинометаллическими прокладками 3 и зазем-
лена через гибкие шунты на каждой тележке.
Бесчелюстная тележка (рис. 7.17) состоит из
рамы, трёх колёсно-моторных блоков, рессорного
подвешивания и тормозного оборудования. На пра-
вом торце первой колёсной пары задней тележки ус-
тановлен привод скоростемера.
К раме тележки прикреплены тормозной 10 и
песочный 1 трубопроводы.
Главные элементы рамы тележки: две продоль-
ные 18, две поперечные 11 и шкворневая 8 балки.
Продольная балка 18 коробчатого сечения сварена
из двух частей, каждая из которых представляет со-
бой пустотелую стальную отливку, изготовленную
за одно целое с консолью 12. Через четыре таких кон-
соли рама тележки соединяется с главной рамой теп-
ловоза. К продольным балкам приварены: кронштей-
262
Рис. 7.17. Тележка тепловоза ЧМЭЗ:
1 — труба песочницы; 2—кронштейны для крепления тормозной рычажной передачи; 3—кронштейн для
крепления тормозного цилиндра; 4—моторно-осевой подшипник; 5—колёсная пара; 6—гибкий рукав
подвода воздуха; 7—тяговый электродвигатель; 8 — шкворневая балка; 9 — накладка; 10—тормозной
трубопровод; 11 — поперечная балка; 12 — консоль; 13 — балансир; 14 — фартук; 75 — гидравлический
гаситель колебаний; 16—цилиндрическая пружина; 17,23—резинометаллические упоры; 18—продольная
балка; 19—палец; 20—тормозной цилиндр; 21 — роликовая букса; 22—кожух тягового редуктора; 24 —
тарелка; 25—вилка; 26—кронштейн для крепления песочной трубы
ны 2 для крепления тормозной рычажной передачи, кронштейны 3 для крепления четырёх
тормозных цилиндров 20, тарелки 24 для цилиндрических пружин 16 и вилки 25 для крепления
шести гидравлических гасителей колебаний 75. Перемещение кузова относительно тележек
ограничивается резинометаллическими упорами 77, приваренными снаружи к серединам про-
дольных балок. Для ограничения вертикального перемещения букс к продольным балкам сни-
зу прикреплены такие же упоры 23.
Две поперечные балки 77 коробчатого сечения соединяют между собой продольные балки
рамы тележки. К поперечной балке 77 приварен кронштейн с выступами для монтажа пру-
жинной подвески тяговых электродвигателей 7.
В центре шкворневой балки 8, приваренной к поперечным балкам 77, устроено гнездо
под шкворень главной рамы тепловоза. К стенкам гнезда прикреплены четырьмя шпилька-
ми накладки 9. Зазор между накладками гнезда и шкворнем главной рамы тепловоза допус-
кается не более 8 мм.
Колёсно-моторный блок состоит из колёсной пары 5 и тягового электродвигателя 7.
Колёсная пара в сборе с роликовыми буксами 21 через балансиры 13 соединена с фартука-
ми рамы тележки (к одному фартуку прикреплён один балансир, а к другому — два). Тяго-
вый электродвигатель 7 опирается на раму тележки через пружинную подвеску, а на ось
колёсной пары — через два моторно-осевых подшипника 4.
263
Одноступенчатое рессорное подвешивание (рис. 7.18) расположено между рамами теле-
жек и колёсными парами, его статический прогиб равен 102,5 мм. Вес передается на каждую
ось через две группы пружинных рессор и два балансира. В рессорное подвешивание входят
гидравлические гасители колебаний пружинных рессор.
На оси колёсной пары установлен балансир 12, одновременно являющийся корпусом
буксы. В конце длинного плеча балансира есть отверстие для резинометаллической втул-
ки 13, которая запрессовывается усилием 100 кН (10 тс). Балансир соединён с рамой тележ-
ки пальцем 17, который проходит .через стальные сменные втулки 75 и резинометалличес-
кую втулку 13.
Балансир перемещается относительно рамы тележки, сминая резину во втулке, что спо-
собствует гашению колебаний пружинных рессор. Такая конструкция узлов соединения колёс-
ных пар с рамой тележки улучшает условия вписывания тепловоза в кривые участки пути,
так как колёсные пары не только перемещаются вдоль их оси, но и поворачиваются на не-
большой угол. Зазор между торцами резинометаллической втулки 13 и втулки 75 обеспечи-
вает осевой разбег колёсной пары 3,0—3,5 мм. При сборке буксы необходимо установить
одинаковые зазоры 1 мм по обоим торцам втулки 13. Короткое плечо балансира является
опорой для двух цилиндрических пружин: наружной и внутренней 10 с разным направлением
витков. Вверху пружины упираются в тарелку 3, приваренную к продольной балке 2 рамы
тележки. Между тарелкой 3 и верхним торцом пружин установлены резинометаллическая
прокладка 5 и стальная шайба 6. Внизу пружины входят в гнездо короткого плеча, в центре
которого есть отверстие диаметром 80 мм. Внутри пружин проходит болт 4, вваренный в
тарелку 3. Короткое плечо балансира заканчивается вилкой 8 для соединения с ушком гид-
равлического гасителя колебаний 7 для гашения колебаний пружинных рессор.
Рис. 7.18. Рессорное подвешивание тепловоза ЧМЭЗ:
7 — резинометаллический упор; 2 — продольная балка рамы тележки; 3 — тарелка; 4 — болт; 5 —
резинометаллическая прокладка; 6 — шайба; 7 — гидравлический гаситель колебаний; 8 — вилка; 9 —
гайка; 10,11 — внутренняя и наружная пружины; 72 — балансир; 13—резинометаллическая втулка; 14 —
шпонка; 75 — сменная втулка; 16—фартук; 77—палец; 18 — фланец; 19 — штифт
264
Колёсная пара (рис. 7.19) состоит из оси 3, двух колёсных центров 6, двух бандажей 7,
двух стопорных колец 8 и зубчатого колеса. Ось колёсной пары 3 изготовлена с различны-
ми диаметрами по длине в зависимости от назначения её частей: крайние части диаметром
170 мм — под роликовые буксовые подшипники; подступичные части диаметром 205 мм —
для напрессовки колёсных центров; ступенчатый переход от шеек к подступичным частям
диаметрами 174 и 188 мм; подступичная часть диаметром 210 мм—для напрессовки зубча-
того колеса; такой же диаметр у шеек под моторно-осевые подшипники; между шейками —
средняя часть оси диаметром 196 мм.
Для снятия роликовых подшипников при полной ревизии букс по торцам оси есть
осевые сверления диаметром 5 мм, которые соединены радиальными отверстиями диамет-
ром 3 мм с кольцевыми канавками шириной 4 мм на наружной поверхности буксовых шеек.
На конце осевого сверления сделана расточка и нарезана резьба М16х1,5 под штуцер гид-
равлического пресса, которым нагнетают масло в канавку.
Зубчатое колесо 7 изготовлено из легированной стали и напрессовано на ось в холод-
ном состоянии усилием 600—800 кН (60—80 тс). Для облегчения напрессовки отверстие
диаметром 210 мм в ступице зубчатого колеса с двух сторон расточено под конус 1:20 на
глубину 10 мм, а для съёма зубчатого колеса с помощью гидропресса в его ступице сделано
отверстие диаметром 5 мм и кольцевая канавка шириной 3 мм. У зубчатого колеса 76 зубь-
ев, наружная поверхность которых закалена токами высокой частоты на глубину 2—5 мм
с последующим низким отпуском.
Колёсные центры 6 дискового типа напрессованы на ось в холодном состоянии усилием
до 1500 кН (150 тс) с натягом 0,3—0,4 мм. Для предотвращения задира сопрягаемых поверх-
Рис. 7.19. Колёсная пара тепловоза ЧМЭЗ:
7—зубчатое колесо; 2—вкладыш моторно-осевых подшипников; 3—ось; 4—пылевая шайба; 5—хомут;
6—колёсный центр; 7 — бандаж; 8—стопорное кольцо; а, д—шейки оси; б—предподступичная часть оси;
в, г — подступичные части оси; е — средняя часть оси; л — пробка; м, н, о, п — наклонные отверстия
265
73 12
Рис. 7.20. Роликовая букса тепловоза
ЧМЭЗ:
1 —болт, 2—ролик; 3— отбойное кольцо;
4—сменное кольцо; 5—войлочное кольцо;
6, 8 — задняя и передняя крышки; 7 —
резиновое кольцо; 9 —шейка оси; 10,11 —
внутреннее и наружное кольца роликового
подшипника; 12 — корпус буксы;
13—сепаратор
ностей отверстия в ступице колёсного центра диаметром 205 мм с обеих сторон расточены
под конус 1:10. В ступице сделаны наклонное отверстие и кольцевая канавка для спрессовки
колёсного центра с оси. В диске колёсного центра сделаны два отверстия диаметром 45 мм
для транспортировки колёсной пары и крепления её при обточке на токарном станке. Перед
механической обработкой бандажи /закаливаются с последующим отпуском.
Поверхность катания, в которую плавно переходит гребень, состоит из двух коничес-
ких участков с уклоном 1:20 для устойчивого положения колёсной пары на рельсах и 1:7 для
вписывания в кривые участки пути.
Для сборки колёсной пары как для колеи шириной 1520 мм, так и для колеи шириной
1435 мм подступичные части оси выполнены удлинёнными.
Буксы сконструированы с двухрядными роликовыми сферическими подшипниками
(рис. 7.20), установленными в корпусах, которые одновременно являются балансирами рес-
сорного подвешивания. Эта конструкция буксы проще, так как отпадает необходимость в
специальном осевом упоре, поскольку такой подшипник одновременно является самоуста-
навливающимся, т.е. он обеспечивает нормальную работу буксового узла при небольших
перекосах оси относительно корпуса буксы.
Роликовый подшипник состоит из внутреннего 10 и наружного 11 колец и двух рядов
сферических роликов 2 в сепараторах 13. Подшипник насаживают на шейку 9 оси колёсной
пары в горячем состоянии для необходимого натяга между шейкой оси и кольцом 10. Кор-
пус 12 буксы после насадки на наружную поверхность кольца 11 закрывается двумя крыш-
ками 6 и 8. Для уплотнения между крышками и кор-
пусом буксы ставятся резиновые кольца 7.
На предподступичную часть оси свободно наде-
вается задняя крышка 6. В кольцевую канавку крышки
предварительно ставится прожированное войлочное
кольцо 5. На ось с натягом надевается сменное сталь-
ное кольцо 4 для защиты оси от износа из-за трения
войлочным кольцом 5. Для уплотнения камеры смаз-
ки буксового узла, кроме войлочного кольца 5, на ось
до упора в кольцо 4 насаживается в нагретом состоя-
нии стальное отбойное кольцо 3. В буксу при сборке
закладывается 1,25 кг смазки ЖРО, при этом передняя
крышка заполняется на 1/3 объёма, а остальная смаз-
ка равномерно распределяется между кольцами и ро-
ликами подшипника.
Тяговый привод и колёсно-моторный блок. От яко-
ря тягового электродвигателя вращающий момент к
оси колёсной пары передаётся через тяговый редук-
тор, состоящий из зубчатого колеса и напрессован-
ной на коническую часть вала якоря ТЭД шестерни.
В тепловозах применена опорно-осевая подвеска,
т.е. тяговый электродвигатель опирается через пру-
жинную опору на раму тележки и через вкладыши мо-
торно-осевых подшипников — на ось колёсной пары.
Пружинная опора состоит из трёх цилиндрических
пружин, расположенных между двумя стальными ба-
лочками, в которых расточено по три гнезда. Пружин-
266
ная опора стягивается двумя болтами и устанавливается между выступами рамы тележки
и носиками остова тягового электродвигателя. Для предохранения от износа носиков к ним
приварены сменные пластины из марганцовистой стали.
В моторно-осевой подшипник входят: комплект вкладышей и разъёмный корпус, об-
разованный приливом остова тягового электродвигателя и шапкой (крышкой), и четыре
болта МЗО.
На внутреннюю поверхность вкладышей наносится слой бронзы. Один вкладыш уста-
новлен в остове тягового электродвигателя, а второй — в шапке; между вкладышами и
осью колёсной пары оставляется зазор для смазки 0,45—2,5 мм. Крышка (шапка) является
камерой для смазки осевым маслом марки 3 или Л в зависимости от времени года.
К оси смазка подводится польстером, который состоит из хлопчатобумажных фитилей,
прожированных в масле и укреплённых в стальной обойме. Польстер прижимается к шейке
оси пружинами, установленными между обоймой и фланцем. Собранный польстер крепится
к крышке (шапке) двумя болтами М12, ввёрнутыми во фланец. При этом смазка подаётся
нормально, если фитили выступают на 10 мм.
Тормозная рычажная передача, установленная на раме тележки, прижимает тормоз-
ные колодки к колёсам с обеих сторон, т.е. является двусторонней. Она собрана из четырёх
одинаковых по конструкции групп. Каждая из них управляется тормозным цилиндром и
состоит из рычагов, тормозных тяг, подвесок, винтовой стяжки, трёх башмаков с тормоз-
ными колодками.
Тормозной цилиндр диаметром (203 мм) прикреплён шестью болтами М16 к кронштейну 3
(см. рис. 7.17), приваренному снаружи к продольной балке рамы тележки. На переднем конце
верхних тормозных тяг есть устройство для регулирования выхода штока.
Глава 8. ТОРМОЗНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Тормозная, как и все воздушные системы тепловоза 2ТЭ116, снабжается воздухом
от компрессора с приводом от электродвигателя постоянного тока, который пускается
и отключается полупроводниковым блоком с регулятором напряжения при работающем
дизель-генераторе. Сигналом к пуску тормозного компрессора служит включение регу-
лятора давления (РДК) датчика-реле давления, отрегулированного на давление 0,75 МПа
(75 кгс/см2).
Тормозной компрессор заряжает главные тормозные резервуары. При достижении дав-
ления в главных резервуарах 0,9±0,02 МПа (9±0,2 кгс/см2) датчик-реле РДК разрывает
цепь питания электродвигателя компрессора.
Запас воздуха, необходимый для работы тормоза, аппаратов системы управления, пе-
сочной системы и воздухопенной пожарной установки, обеспечивают пять главных резер-
вуаров объёмом по 250 л. На главных резервуарах установлены фирменные таблички, где
указаны номер, завод-изготовитель, год изготовления, допускаемое давление, место и дата
испытания.
Для предохранения от превышения давления воздуха в главных тормозных резервуарах
на нагнетательном трубопроводе от компрессора установлено два предохранительных клапа-
на (усл. № Э216), отрегулированных на срывное давление 1 ±0,02 МПа (10±0,2 кгс/см2). После
тормозных резервуаров на тормозном трубопроводе установлен маслоотделитель для очистки
сжатого воздуха от примесей масла и влаги.
Перед электропневматическим клапаном автостопа усл. № ЭПК-150 и краном вспомо-
гательного тормоза воздух очищается дополнительно фильтрами.
Для управления автоматическими тормозами в кабине машиниста установлены кран
машиниста усл. № 395, кран вспомогательного тормоза усл. № 254, устройство блокиров-
ки тормозов усл. № 367. Кран машиниста оборудован уравнительным резервуаром объе-
мом 20 л.
Для наблюдения за давлением в уравнительном резервуаре установлен манометр.
Через блокировочное устройство тормозов усл. № 367 сообщаются: кран машиниста
усл. № 395 — с тормозной и питательной магистралями; кран вспомогательного тормо-
за усл. № 254 — с магистралью вспомогательного тормоза.
Ручка крана машиниста может находиться в шести положениях. При первом положе-
нии (отпуск и зарядка) крана машиниста воздух из питательной магистрали поступает в
тормозную магистраль. Вторым положением (поездное с автоматической ликвидацией
сверхзарядки) ручки крана машиниста перекрывается прямое сообщение с питательной
тормозной магистралью, и давление в тормозной магистрали поддерживается таким же,
как в уравнительном резервуаре. При третьем положении (перекрыша без питания тормоз-
ной магистрали) ручки крана машиниста уравнительный резервуар сообщается с тормоз-
ной магистралью. В четвёртом положении (перекрыша с питанием тормозной магистрали)
ручки крана машиниста уравнительный резервуар разобщён от питательной и тормозной
магистралей. При пятом положении (служебное торможение) ручки крана машиниста урав-
нительный резервуар и тормозная магистраль сообщаются с атмосферой. При шестом по-
ложении (экстренное торможение) ручки крана машиниста происходит быстрая разрядка
тормозной магистрали и уравнительного резервуара. Давление в питательной и тормозной
268
магистралях контролируется манометром МП-2-16. Кран вспомогательного тормоза
усл. № 254 предназначен для независимого управления тормозами локомотива. У его руч-
ки шесть положений: I — отпускное, II — поездное, III—VI—тормозные.
При торможении краном машиниста понижается давление воздуха в тормозной маги-
страли. При этом срабатывают воздухораспределители обеих секций на торможение, и
воздух из запасных резервуаров поступает в камеры управления реле давления через пере-
ключательный клапан. Реле давления, срабатывая на торможение, перепускает воздух из
питательных резервуаров в трубопроводы тормозных цилиндров тележек обеих секций.
Отпуск автоматического тормоза осуществляется повышением давления в тормозной
магистрали до зарядного при постановке ручки крана машиниста в положение I. При этом
происходит срабатывание воздухораспределителей на отпуск тормоза, зарядка запасных
резервуаров, выпуск воздуха из камер управления реле давления, сообщающих трубопро-
воды тормозных цилиндров с атмосферой.
В тепловозе 2ТЭ116 установлена система осушки сжатого воздуха для предохранения
элементов пневмосистем от попадания влаги и масла. Блок осушки воздуха состоит из двух
адсорберов, пылеотделителя, двух электропневматических вентилей. Блок осушки крепит-
ся на крыше кузова рядом с расширительным баком водяной системы. Подогреватели воз-
духа расположены в глушителе и обогреваются выпускными газами дизеля.
Адсорберы наполнены адсорбентом, поглощающим влагу из сжатого воздуха, про-
пускаемого через них. Поглощённая влага удаляется в атмосферу во время пропускания
через адсорбер нагретого воздуха. Периодически пропускается сухой подогретый воздух.
Система осушки включена в воздушную систему тормоза за главными тормозными
резервуарами. Из адсорбера осушенный воздух поступает в питательную магистраль тру-
бопровода тормоза.
Воздухопровод управления и обслуживания питает сжатым воздухом электропневмати-
ческие аппараты и пневматические устройства тепловоза. Воздух из питательной магистра-
ли тормозного воздухопровода питает песочную систему и других потребителей тепловоза.
Рычажная передача тормоза тележки тепловоза 2ТЭ116 предназначена для равномер-
ного распределения усилий между тормозными колодками и передачи усилий от поршня
тормозного цилиндра к колесу локомотива. В конструкции тележки применён пневмати-
ческий, индивидуальный для каждого колеса колодочный тормоз с двусторонним нажатием
чугунных гребневых тормозных колодок на колёса тепловоза. Каждое колесо обслужива-
ется одним тормозным цилиндром диаметром 8 дюймов усл. № 553 через рычажную пере-
дачу с общим передаточным числом, равным 7,8.
Схема рычажной передачи тормоза для второй колёсной пары тепловоза 2ТЭ116 по-
казана на рис. 8.1, у остальных колёсных пар аналогичная передача. При подводе воздуха
в тормозной цилиндр 7 шток его выдвигается и тормозные колодки 5 рычажной передачей
прижимаются к колесу 6. Все тормозные цилиндры работают синхронно. Две колёсные
пары (вторая и третья) передней тележки тепловоза оборудованы приводом ручного тор-
моза. Он приводится в действие вращением штурвала 1, находящегося в кабине машинис-
та. Вращение по часовой стрелке соответствует затормаживанию. Тормозное усилие на
колодки при ручном тормозе передаётся через коническую зубчатую пару 2 и винтовую
передачу 3, соединённую цепью 8 через направляющие ролики 4 с рычажной передачей.
Основные параметры передачи ручного тормоза определяются из расчёта удержания теп-
ловоза на уклоне 30 %о усилием на маховике 300—500 Н (30—50 кгс).
Рычажная передача по мере износа колодок и при замене колодок регулируется про-
дольной регулируемой тягой 10 удлинением или укорачиванием винтовой пары.
269
Рис. 8.1. Схема рычажной передачи тормоза тепловоза 2ТЭ116:
1 — штурвал ручного тормоза; 2—коническая зубчатая пара; 3—винтовая передача; 4—направляющий
ролик; 5—тормозная колодка; 6—колесо; 7—тормозной цилиндр; 8—цепь; 9—регулятор выхода штока
тормозного цилиндра; 10—продольная регулируемая тяга; А — подвод воздуха; Б — тяга к третьей оси
По мере износа тормозных колодок необходимо регулировать выход штоков тормоз-
ных цилиндров, устанавливая его в пределах 55—120 мм. Для уменьшения выхода штоков
следует укоротить продольную тормозную тягу.
Подвеска тормозных колодок левой и правой сторон тележки соединены между собой
поперечными соединительными балками (триангелями) для придания рычажной передаче
тормоза тепловоза 2ТЭ116 поперечной жёсткости, необходимой для предотвращения спол-
зания колодок с бандажа и обеспечения синхронности действия тормозов.
Наибольшая тормозная эффективность при эксплуатации подвижного состава — важ-
нейшая задача безаварийного движения на транспорте. Это обеспечивается, если тормоз-
ная сила колёсных пар не превышает максимально возможную силу сцепления колёс с рель-
сами. При этом учитывается дополнительное электрическое торможение (см. п. 4.13).
Глава 9. ДИНАМИЧЕСКИЕ КАЧЕСТВА ТЕПЛОВОЗОВ
9.1. Коэффициент использования сцепной массы
Мы рассмотрели устройство тепловозного оборудования, результатом согласованного
взаимодействия которого обеспечивается главное назначение локомотива — перевозка пасса-
жиров и грузов. Для этого мощность силовой установки превращается в силу тяги на ободе
движущих колёсных пар. У современных тепловозов с электропередачей, эксплуатирующихся
на железных дорогах Российской Федерации, все колёсные пары движущие. Это отражается в
так называемой «колёсной формуле» цифрой «О». Например, колёсная формула 30 + 30 означа-
ет, что у тепловоза две трёхосные тележки, при этом каждая колёсная пара движущая.
Поэтому весь общий вес магистральных и маневровых тепловозов является сцепным,
т.е. передаётся на движущие оси и используется для создания между движущими колёсами и
рельсами силы сцепления, превращающей окружное усилие в касательную силу тяги для
передвижения поезда. В этом достоинство тепловоза в отличие от мощного паровоза, где
применяются поддерживающие колёсные пары вследствие ограничений нагрузки от оси
на рельсы, а приходящийся на эти колёсные пары вес локомотива не создаёт силу тяги.
Однако и у тепловоза реализация сцепного веса Рсц в силу тяги Рсц не столь проста.
В локомотивостроении есть понятие «коэффициент тяги», равный отношению дли-
тельной силы тяги F к сцепному весу Рсц. Этот коэффициент обычно принимается не бо-
лее 0,22, что меньше коэффициента сцепления у, принимаемого в тяговых расчётах рав-
ным 0,33. Сила тяги по сцеплению равна:
^сц = ^сц. (9.1)
При действии силы тяги происходит перераспределение вертикальных нагрузок колёс
на рельсы: на одних колёсных парах нагрузка уменьшается, на других увеличивается, хотя
сумма осевых нагрузок всех колёсных пар остается равной сцепному весу локомотива. Тя-
говые свойства локомотива ограничиваются наиболее разгруженной колёсной парой. Это
обстоятельство учитывается коэффициентом использования сцепной массы т|, который оп-
ределяется по формуле
ч-1- р-’ (9.2)
сц
где АР— уменьшение нагрузки колёсной пары на рельсы под действие силы тяги.
С учётом коэффициента использования сцепной массы локомотива сила тяги по сцеп-
лению равна:
Fk = PcuW
(9.3)
Сила тяги определяется по наиболее разгруженной колёсной паре.
9.2. Прохождение тепловозом кривых
При движении локомотива в кривых участках пути гребень направляющей колёсной
пары набегает на наружный рельс, между гребнем колеса и головкой рельса действует
271
направляющая сила У . При больших значениях этой силы колесо может приподняться над
головкой рельса и будет касаться рельса в одной точке. При этом направляющая сила бу-
дет равна боковому давлению
(9.4)
где У — рамное давление, создаваемое рамой экипажной части (тележки), на ось колёсной
пары в горизонтальном направлении;
Н— сила трения между колесом и рельсом по кругу катания.
Знак плюс берётся при сбегании набегающего колеса с рельса, а знак минус — при
набегании. Отрыву колеса (рис. 9.1) препятствует вертикальная нагрузка П колеса на
рельс, соскальзыванию колеса вниз — сила трения/П (f — коэффициент трения) на вык-
ружке колеса.
Безопасность движения будет обеспечена, если
Уб
П 1+/#У
(9.5)
При угле наклона гребня локомотивных колёс у = 70° и коэффициенте трения гребня о
головку рельса f = 0,25 отношение Уб/П < 1,48. Этот критерий безопасности по всползанию
не учитывает влияние таких причин, как угол набегания, возможная разгрузка колёс, ско-
рость движения и т.д. С учётом необходимого запаса обычно принимают Уб/П < 1,2. Распо-
лагая графиками зависимости боковых сил Уб от скорости движения V(рис. 9.1,6) для раз-
личных радиусов кривых, можно определить допускаемую скорость движения по условию
отсутствия всползания.
На практике более опасным является боковое отжатие рельса _уб, возникающее
под действием бокового давления. При больших значениях отжатия появляются оста-
точные боковые сдвиги рельса, которые постепенно могут увеличить ширину колеи до
недопустимых размеров. Отжатие может быть определено по эмпирической формуле,
предложенной профессором К.П. Королёвым,
•Уб^г аУб +
(9.6)
Рис. 9.1. Схема для определения параметров
безопасности движения в кривых:
а — силы, возникающие при всползании гребня колеса на
рельс; б—зависимость боковых сил от скорости движения
локомотива; 1 — колесо; 2 — рельс; П — вертикальная
нагрузка колеса на рельс; f—коэффициент трения,—сила
трения реборды; у — угол наклона реборды; Уб — боковая
сила; N — сила нормального давления колеса на рельс
где кТ—коэффициент горизонтальной
динамики, характеризующий тип эки-
пажной части и скорость движения;
а и Р — коэффициенты, обуслов-
ленные типом рельса;
fn — коэффициент трения между
подкладкой и шпалой, принимаемый
равным 0,15.
Иногда на практике раньше проис-
ходит ограничение скорости движения
локомотива в кривой не по всползанию
и отжатию, а по так называемому не-
погашенному ускорению дн. Это уско-
рение, приложенное радиально к грузу
или пассажиру, возникает вследствие
272
действия силы, равной разности центробежной силы и составляющей силы тяжести (из-за воз-
вышения наружного рельса).
Для локомотивов определяют также максимально допустимые скорости движения при
условии обеспечения нормальной работы локомотивных бригад в случае воздействия непо-
гашенного ускорения. Максимальная скорость движения локомотива в кривой равна:
V = ^(0,08й+13ан), (9.7)
где R — радиус кривой, м;
h — возвышение наружного рельса, мм;
ан — допускаемое значение непогашенного ускорения, м/с2.
Допускаемое значение непогашенного ускорения принимают на отечественных желез-
ных дорогах равным 0,7 м/с2.
Возможность прохождения кривых участков пути предъявляет к конструкции экипаж-
ной части дополнительные требования, которые определяются геометрическим вписыва-
нием в кривые. При этом определяется максимальный поворот тележек относительно про-
дольной оси локомотива, выбираются конструкция опор, база тележки, разбеги осей.
Наименьший радиус проходимой кривой для тепловозов ТЭМ1 и ТЭМ2 равен 80 м.
При базе тележки 4,2 м это обеспечивается свободным перемещением опор-скользунов в
необходимых пределах и разбегами осей. Разбеги крайних осей ±1,5 мм свободного пере-
мещения и до 9 мм за счет сжатия осевого упора, разбег средней оси ±14 мм.
При движении в кривом участке в отличие от движения по прямому пути экипаж набе-
гает гребнями передних колёс на боковые грани наружных рельсов постоянно. В зоне их
контакта действуют силы, которые поворачивают экипаж в кривой.
В кривой, вследствие разницы в длине наружного и внутреннего рельсов, проскальзы-
вание колёс больше, чем в прямой. Направляющие усилия и боковые давления в кривых
превосходят боковые горизонтальные силы от виляния экипажа в прямой. Эти силы тем
больше, чем меньше радиус кривой. Величина их зависит также от базы тележки, числа
осей, вертикальной нагрузки на ось, скорости движения и конструкции экипажа.
Ухудшает вписывание в кривые и особенно вход в кривую наличие момента трения в
опорах тележки, который, как указывалось выше, положительно действует при движении
в прямой, снижая частоту виляния экипажа. Поэтому величина этого момента выбирается
с учётом обеспечения нормального движения экипажа локомотива как в прямых, так и в
кривых участках пути.
Возможность безопасного движения в кривых оценивается расчётом и проверяется экспе-
риментально. При испытаниях по оценке воздействия на путь локомотива в кривой замеря-
ются рамные давления, кромочные напряжения в рельсах и их отжатие.
Опыт эксплуатации и эксперименты показывают, что грузовые и маневровые тепло-
возы с тележками второй группы достаточно полно удовлетворяют требованиям динами-
ки и воздействия на путь со скоростями движения до 100 км/ч.
9.3. Воздействие тепловоза на путь и динамические показатели
Министерством путей сообщения были утверждены специальные правила производ-
ства расчётов верхнего строения железнодорожного пути на прочность, по которым вероят-
ная вертикальная динамическая нагрузка колеса на рельс
273
Р =Р +Р +2,5JS2+S2 +0,985*2 +0,05 S'2 ,
max с ср V Р нп ник инк’
(9.8)
где Рс — статическая нагрузка колеса на рельс;
Рср—динамическая нагрузка от колебаний надрессорного строения;
2,5 — коэффициент, учитывающий вероятность появления нагрузок;
5р — среднеквадратическое отклонение давлений колеса на рельс в расчётном сечении
пути от колебаний надрессорного строения;
5нп — то же при прохождении плавных изолированных неровностей пути;
5ник—то же от сил инерции неподрессоренных частей при прохождении изолированных
неровностей пути;
5ИНК—то же от сил инерции неподрессоренных частей при наличии изолированных не-
ровностей на колесе.
От нагрузки Ртах определяются кромочные напряжения в рельсах, смятия шпалы и
балластного слоя. Все расчётные показатели, полученные при проектировании или в ре-
зультате испытаний по воздействию на путь, нужно подобрать так, чтобы они не превыша-
ли допустимых значений.
Для оценки динамических качеств подвижного состава и безопасного движения в пря-
мых и кривых участках пути установлены ограничительные показатели, которые нельзя
превышать:
♦ вертикальная максимальная вероятная динамическая нагрузка Ртах колеса на рельс,
определяется по правилам расчёта верхнего строения железнодорожного пути на проч-
ность с учётом перегрузок, обусловленных рамными давлениями; для тепловозов с диамет-
ром колёс dK = 1,05 м допускаемое значение Ртах = 200 кН, для dK = 1,25 м, Ртах = 225,4 кН;
♦ максимальное напряжение ок растяжения в кромке подошвы рельса, определённое с веро-
ятностью 99,7 % для летних условий, ок < 240 МПа для рельсов Р65, Р50, Р43 и ок = 200 МПа
для рельсов старых типов;
♦ напряжение сжатия шпалы ош под подкладкой, ош < 1,2 МПа для рельсов Р75; ош =
= 1,6 МПа для рельсов Р65; ош = 2 МПа для рельсов Р50;
♦ напряжение сжатия балласта об под шпалой, об < 0,4—0,5 МПа;
♦ устойчивость пути поперечному сдвигу а, которая оценивается отношением наиболь-
шей горизонтальной нагрузки к средней вертикальной нагрузке рельса на шпалу, а < 1,4 для
пути с рельсами Р50 и Р65;
♦ отжатие рельсов у < 7 мм определяется расчётом по формуле професора К.П. Королё-
ва или при испытаниях;
♦ коэффициент вертикальной динамики, равный отношению динамической нагрузки
на буксу от колебаний надрессорного строения к статической нагрузке, кд< 0,3;
♦ коэффициент горизонтальной динамики, т.е. отношение бокового рамного давления
У к статической нагрузке Рс колёсной пары на рельсы, кг = Yp/Pc< 0,2;
♦ виброускорение колебаний обрессоренных частей: при низкой частоте до 0,3 g, при
высокой частоте до 0,25 g;
♦ горизонтальное виброускорение колебаний кузова (в районе стяжного ящика) низ-
кой частоты, у < 0,25 g;
♦ диапазон частот колебаний обрессоренных частей низкой частоты: 1,5—2 Гц.
Обычной формой движения железнодорожного экипажа по прямому пути является изви-
листое или виляние вследствие неровностей пути в плане, сообщающих экипажу боковые
толчки, зазоров между ребордами колёс и рельсами, коничности профиля бандажей и дру-
гих причин.
274
Колебания сопровождаются силами, которые не только передаются от колеса на рельс, но
и в такой же мере действуют на колесо, а через него на другие части конструкции тепловоза.
Большие силы могут привести к нарушению плавности хода, к недопустимым износам
конструкции, расстройству пути и даже вызвать сход колёсных пар с рельсов. Поэтому дина-
мическим качествам тепловоза и воздействию его на путь уделяется самое серьёзное внима-
ние, а конструкции и характеристики экипажной части выбираются на основании всесто-
роннего анализа существующих конструкций и опыта их эксплуатации. Новые конструкции
обязательно проверяются теоретическими и экспериментальными исследованиями.
При движении тепловоза возникают колебания надрессорного строения. При скорос-
ти, когда частота наездов на стыки близка или совпадает с частотой собственных колеба-
ний подвешивания, величина (амплитуда) колебаний значительно возрастает. Такая ско-
рость движения тепловоза называется критической. Для тепловозов критическая скорость
предусматривается выше конструкционной.
Кроме стыков, на экипаж локомотива действуют многие другие непериодические им-
пульсы, вызывающие непрерывное колебание надрессорного строения с собственной час-
тотой. Во избежание недопустимого увеличения амплитуды колебания локомотива в сис-
теме рессорного подвешивания предусматривается демпфирование. Для этого в рессорном
подвешивании тепловозов первой группы применяются листовые рессоры.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Куприенко Олег Георгиевич — главный специалист
МПС в отставке. В 1957 г. с дипломом инженера путей со-
общения-механика Днепропетровского института инжене-
ров железнодорожного транспорта поступил помощником
машиниста тепловоза в Уральское локомотивное депо (Ка-
захстан) Оренбургской железной дороги. Последние более
32-х лет работал в центральном аппарате Министерства
путей сообщения. Опубликовал несколько сотен работ. По-
чётный железнодорожник.
Нестеров Эдуард Иванович—кандидат технических наук.
В1956 г. окончил МВТУ. На Коломенском заводе прошел путь
от сменного мастера до главного конструктора по локомоти-
востроению. С1971 г. работал директором ВНИКТИ. Ныне за-
меститель главного конструктора ВНИКТИ. Автор 70 публи-
каций и 17 патентов. Почётный железнодорожник,
заслуженный работник транспорта России.
Ким Сергей Ирленович — кандидат технических наук.
В 1977 г. окончил МЭИ и с тех пор работает во ВНИТИ.
Ныне заведует отделом микропроцессорных систем управ-
ления и регулирования ВНИКТИ. Автор более 50 публика-
ций и 5 патентов.
Евстратов Анатолий Семёнович — доктор техничес-
ких наук. Выпускник Харьковского политехнического инсти-
тута 1949 г., поступил на Коломенский завод, где работал в
заводской центральной научно-исследовательской лаборато-
рии, преобразованной в 1956 г. во ВНИТИ. Возглавлял ин-
ститут в 1964—1971 гг. Ныне ведущий научный сотрудник
ВНИКТИ. Автор более 80 печатных работ и изобретений.
276
ОГЛАВЛЕНИЕ
ОТ АВТОРОВ.............................................................3
Глава 1. ТЕПЛОВОЗ КАК ЛОКОМОТИВ........................................4
1.1. Необходимость тепловозной тяги и история создания
отечественных тепловозов.............................................4
1.2. Тепловозы, эксплуатирующиеся на
российских железных дорогах.........................................11
1.3. Развитие тепловозной тяги за рубежом...........................22
1.4. Принципы устройства и работы тепловозных передач мощности......24
1.5. Как спроектировать тепловоз....................................31
Глава 2. ТЕПЛОВОЗНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ..................................................35
2.1. Принципы работы поршневых двигателей внутреннего сгорания
с воспламенением от сжатия воздуха..................................35
2.2. Конструктивные особенности дизелей, применяемых в тепловозах...51
2.3. Блок дизеля и цилиндро-поршневая группа........................59
2.4. Коленчатые валы дизелей........................................71
2.5. Системы наддува дизелей........................................82
2.6. Газораспределительный механизм.................................88
2.7. Системы регулирования дизелей..................................93
2.8. Топливная система............................................ 100
2.9. Масляная система............................................. 106
Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ТЕПЛОВОЗОВ.................... 109
3.1. Охлаждающие устройства дизелей и системы автоматического
регулирования температур воды, масла и воздуха.................... 109
3.2. Подготовка воздуха, поступающего в дизель,
и для охлаждения тяговых электрических машин...................... 124
3.3. Приводы оборудования вспомогательных систем тепловозов....... 132
Глава 4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ МОЩНОСТИ ТЕПЛОВОЗОВ................. 134
4.1. Особенности электрического оборудования тепловозов........... 134
4.2. Тяговые электрические машины................................. 135
4.3. Вспомогательные электрические машины......................... 142
4.4. Аккумуляторные батареи и высокоёмкие конденсаторы............ 144
4.5. Коммутационная аппаратура.................................... 149
4.6. Электронные устройства....................................... 159
4.7. Датчики и измерительные преобразователи...................... 162
4.8. Регуляторы напряжения........................................ 166
4.9. Принципы регулирования тяговой электрической передачи
и согласование её с работой дизеля................................ 167
4.10. Микропроцессорные системы в тепловозах.......................171
4.11. Системы диагностики в тепловозах............................ 177
4.12. Электрические схемы тепловозов.............................. 182
4.13. Электрический тормоз.......................................... 186
277
Глава 5. РАМА, КУЗОВ, КАБИНА МАШИНИСТА МАГИСТРАЛЬНЫХ
ТЕПЛОВОЗОВ.................................................. 189
5.1. Грузовые тепловозы 2ТЭ10М, 2ТЭ10У, 2ТЭ10МК, 2ТЭ116,2ТЭ116К. 189
5.2. Пассажирский тепловоз ТЭП70................................ 200
Глава 6. ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВЫХ И ПАССАЖИРСКИХ ТЕПЛОВОЗОВ................206
6.1. Конструктивные особенности тележек..........................206
6.2. Рамы тележек................................................216
6.3. Опорно-возвращающие устройства и передача силы тяги.........219
6.4. Рессорное подвешивание......................................223
6.5. Колёсные пары и буксы.......................................225
6.6. Колёсно-моторный блок и тяговый привод......................231
Глава 7. ЭКИПАЖНАЯ ЧАСТЬ МАНЕВРОВО-ВЫВОЗНЫХ
И МАНЕВРОВЫХ ТЕПЛОВОЗОВ........................................240
7.1. Маневрово-вывозной тепловоз ТЭМ7............................240
7.2. Маневровый тепловоз ТЭМ2....................................248
7.3. Маневровые тепловозы типа ЧМЭЗ..............................259
Глава 8. ТОРМОЗНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ....................................268
Глава 9. ДИНАМИЧЕСКИЕ КАЧЕСТВА ТЕПЛОВОЗОВ..........................271
9.1. Коэффициент использования сцепной массы.....................271
9.2. Прохождение тепловозом кривых...............................271
9.3. Воздействие тепловоза на путь и динамические показатели.....273
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ.............................................276
Учебное издание
Олег Георгиевич Куприенко
Эдуард Иванович Нестеров, канд. техн, наук
Сергей Ирленович Ким, канд. техн, наук
Анатолий Семёнович Евстратов, д-р техн, наук
ТЕПЛОВОЗЫ.
НАЗНАЧЕНИЕ И УСТРОЙСТВО
Учебник для образовательных учреждений
железнодорожного транспорта,
осуществляющих профессиональную подготовку
Редактор к.т.н. А.С. Нестрахов
Корректоры ГД. Кузнецова, Н.А. Каменская, О.А. Рогачёва
Компьютерная верстка Н.П. Якушина, А.Н. Рудякова
Изд. лиц. ИД № 04598 от 24.04.2001 г.
Подписано в печать 14.06.2006 г.
Формат 60x84Vg. Печ. л. 35. Тираж 3000 экз. Зак. № 3157
Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте
Издательство «Маршрут»
107078, Москва, Басманный пер., д 6
ФГУП «Московская типография «Транспечать».
107078, Москва, Каланчевский туп., 3/5.
Отпечатано с готовых диапозитивов в ОАО «ИПП «Курск».
305007, г. Курск, ул. Энгельса, 109.
E-mail: kursk-2005@yandex.ru
www.petit.ru
Качество печати соответствует качеству
предоставленных заказчиком диапозитивов.