Тепловозы, эксплуатирующиеся на Российских железных дорогах

Созданные в послевоенный период отечественные магистральные тепловозы мощ­ностью 1470 кВт в секции и выше с электрической передачей можно разделить на две груп­пы (табл. 1.1 и 1.2).

В первой группе применены двухтактные дизели, электрическая передача постоянного тока, челюстные тележки, механический привод вспомогательных агрегатов, рамная конструкция кузо­ва. В двухсекционном тепловозе серии ТЭЗ мощностью 2 х 1470 кВт применён двухтактный 10-цилиндровый дизель с противоположно движущимися поршнями рядного исполнения. На ос­нове этого дизеля создан двигатель мощностью 2206 кВт, который устанавливался в тепловозах 2ТЭ10Л, 2ТЭ10В, 2ТЭ10М, 2ТЭ10У. Повышение мощности достигнуто благодаря двухступенча­тому наддуву. Первая фаза сжатия происходит в двух параллельно работающих автономных тур­бокомпрессорах, вторая — в приводном центробежном нагнетателе. Перед поступлением в воз­душный 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 параллель­но работающих турбокомпрессора, вторая — у дизелей 14Д40 (М62) — приводной объём­ный нагнетатель, а у дизелей 11Д45 (ТЭП60) — приводной центробежный. Этот тип дизеля широко применялся в тепловозо- 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 пластинчатой муфтой. В тепловозе ТЭЗ применён генератор с самовентиляцией, а в остальных теп­ловозах этой группы — с принудительной. Вентилятор холодильника тепловоза приводит­ся в действие от дизеля через двухрежимный (летний и зимний) гидроредуктор" и фрикционную муфту, а тормозной компрессор — от вала дизеля. Кузов тепловоза закры­того типа с несущей рамой. Тележка челюстная со сбалансированным рессорным подве­шиванием, 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 подвешивани­ем, рассчитанным на повышенную осевую нагрузку; тяговая передача с упругой ведомой шес­терней; 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.

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 электро­передача переменно-постоянного тока, электрический привод вспомогательных нужд.

Во всех тепловозах этой группы ТЭП70, ТЭ116, ТЭМ7 применяются V-образные с газо­турбинным наддувом, промежуточным охлаждением наддувочного воздуха и непосредствен­ным впрыском топлива четырёхтактные дизели типа Д49. Это один из самых экономичных дизелей, применяемых на российских тепловозах. Расположение оборудования в нём обеспе­чивает хороший доступ при осмотре и ремонте. Дизель и одноопорный синхронный генера­тор 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 охлаж­дения (в одном контуре охлаждается вода дизеля, в другом — масло и наддувочный воз­дух), 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 и маневро-вывозном ТЭМ7 применена централизованная система охлаждения электрических тяговых машин от одно­го осевого вентилятора с механическим приводом от вала дизеля. Это снизило массу теп­ловоза, освободило внутренний объём кузова, повысило общую надёжность тепловоза, уменьшило затраты мощности на охлаждение электрических машин. Привод вентилятора системы охлаждения гидростатический. Несущий кузов тепловоза ТЭП70 ферменно-раскосного 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 мас­су тепловоза. В тележке установлены колёса диаметром 1220 мм.

Грузовой тепловоз 2ТЭ116 состоит из двух одинаковых однокабинных сек­ций, управляемых с одного поста кабины любой секции. При необходимости каждая сек­ция может использоваться как самостоятельная тяговая единица. Всё силовое и вспомога­тельное 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 холо­дильной камере тепловоза установлены четыре мотор-вентилятора. С 1991 г. в тепловозах устанавливается электродинамический тормоз.

Значительная часть маневрового парка состоит из тепловозов ЧМЭЗ и ТЭМ2.

Модернизация тепловозов, когда в конструкцию вносятся в той или иной степени су­щественные изменения, направленные на улучшение технико-экономических характерис­тик, применяется на железных дорогах стран мира.

Отработанная конструкция отечественных тепловозов, несмотря на интенсивную экс­плуатацию, обеспечивает продолжительный, даже выше расчётного, срок службы. С тече­нием 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 про­ведении капитального ремонта. Для этого подходит тепловоз, если его главная рама, кузов и рама тележки находятся в исправном состоянии и по своим прочностным показателям обеспе­чат 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 ПД1М 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 таблицах.

♦ Устанавливается микропроцессорная система управления тепловоза (УСТА), кото­рая обеспечивает более совершенное регулирование электропередачи в режиме тяги.

♦ Усовершенствуются охлаждающие устройства и устанавливается новая система ре­гулирования, 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 всасыва­нии воздуха в дизель по типу фильтра тепловоза ТЭП70.

На первом этапе модернизации в тепловозе 2ТЭ10М применялся полнопоточный фильтр тонкой очистки масла с фильтрующими элементами из бумаги или из синтетичес­ких нетканых материалов. На всех дизелях типа Д49, поставляемых с 2002 г. для магист­ральных и маневровых тепловозов, устанавливаются самоочищающийся фильтр и термо­стат по температуре масла.

В тепловозе 2ТЭ10М уровень воды в расширительном баке контролируется по водо­мерному 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 агре­гат, 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 являют­ся частой причиной непланового ремонта. Поэтому в тепловозах установлены новые кон­струкции бесшлицевых валов с упругими муфтами для привода вспомогательного обору­дования магистральных тепловозов типа 2М62 и 2ТЭ10М. Применение новых приводов потребовало изменения мест установки редукторов и промежуточной опоры.

Использование микропроцессорной системы управления и регулирования тяговой пе­редачи (УСТА) позволяет реализовать все необходимые функции любого тепловоза Hа программном уровне, т.е. достичь практически полной унификации аппаратуры управле­ния и регулирования для всех видов тепловозов, эксплуатируемых на железных дорогах России, а также реально повысить надёжность работы дизель-генератора, в случае сниже­ния 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, обес­печить экономию горюче-смазочных материалов.

В тепловозе 2ТЭ10М увеличен объём кабины машиниста за счёт уменьшения высоко­вольтной камеры. Это изменение стало возможным благодаря внедрению микропроцес­сорных систем управления и регулирования тяговой передачей тепловоза, что позволило убрать из высоковольтной камеры 32 аппарата и реле. В кабине машиниста улучшена звуко- и теплоизоляция, установлены современный унифицированный пульт управления, сис­тема диагностики с выводом показателей на экран, комплексное локомотивное устройство безопасности (КЛУБ-У), радиостанция, виброзащищённое кресло машиниста, система кон­диционирования. Установлены обогреваемые травмобезопасные лобовые стёкла, противосолнечные жалюзи, экраны на боковых стёклах, водоразбрызгиватели. Эта кабина явля­ется 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 ин­формацию на технологическом экране и экране движения, микропроцессорная система управления, регулирования тяговой передачи и система диагностики. Пульт предназначен для управления локомотивом машинистом без помощника, для помощника машиниста орга­низовано пассивное рабочее место управления.

С пульта управления осуществляется управление движением локомотива в ручном режиме, автоматизированное ведение поезда, подаются команды системе СМЕТ, вырабатываются ко­манды для автономных систем регулирования дизеля и электропередачи. Собранные сведения о состоянии оборудования с допусковым контролем для защитной и аварийно-предупредитель­ной сигнализации поступают в съёмный накопитель информации для передачи на стационарные диагностические системы. В нештатных ситуациях машинисту выдаются рекомендации для уст­ранения неполадок. Наиболее важные сообщения дублируются звуком и голосом.

Все электронные устройства снабжены самодиагностикой. Кроме того, процессоры со­единены межпроцессорной связью для перекрёстного контроля и безударного перехода на уп­равление 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 выпрямитель­ной установки УВКТ5 устанавливается модуль МТПП-3000 для индивидуального регулиро­вания напряжения на каждом тяговом двигателе. Датчики угловой частоты вращения уста­новлены 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 ре­гулированием возбуждения тягового генератора и напряжения на тяговых электродвигате­лях. 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 пере­распределяется на не боксующие колёсные пары, тем самым, сохраняя общее, развиваемое теп­ловозом тяговое усилие. Такая система на 10—15 % улучшает сцепление колёс с рельсами.

При модернизации маневровых тепловозов ТЭМ2 и ЧМЭЗ в кабинах машиниста уста­навливаются новые пульты управления с теми же системами, что и у магистральных теплово­зов. Установлены обогреваемые травмобезопасные лобовые стёкла, противосолнечные жалю­зи, экраны на боковых стёклах, водоразбрызгиватели, большие зеркала бокового обзора.

Пассажирский тепловоз ТЭП70А (ТЭП70БС) — это модернизация серийного тепло­воза ТЭП70 с учётом требований к перспективным локомотивам.