К автономному тяговому подвижному составу относятся тепловозы, дизель-поезда, автомотрисы, рельсовые автобусы, мотовозы, газотурбовозы и паровозы.
Наиболее широко в качестве локомотивов используются тепловозы. По назначению тепловозы подразделяются на грузовые, пассажирские, грузопассажирские, маневровые и промышленно-вывозные.
Тепловозы имеют следующие составные части: первичный двигатель, передачу, кузов, экипажную часть, аппаратуру управления и вспомогательное оборудование.
Первичным двигателем на тепловозе является дизель. На большинстве тепловозов применяют двухтактные двигатели внутреннего сгорания с самовоспламенением горючей смеси. Энергия, выделяющаяся при сгорании топлива, преобразуется в механическую энергию в виде вращательного момента на коленчатом валу двигателя. Мощность двигателя пропорциональна количеству сжигаемого в цилиндрах топлива. При увеличении расхода топлива увеличивается и количество воздуха, которое необходимо подавать в цилиндры. В связи с этим в дизелях современных тепловозов применяются турбокомпрессоры, нагнетающие воздух в цилиндры под давлением 135…240 кПа, что существенно увеличивает мощность двигателей. Такой способ подачи воздуха в цилиндры называется наддувом.
Для обеспечения бесперебойной и продолжительной работы дизеля тепловоз оборудуется топливной системой (топливный бак, топливный насос, фильтры и т.д.), системой смазки (масляный насос, холодильник, фильтры и др.) и системой охлаждения. Для управления режимами работы дизеля служат аппараты управления, главным из которых является контроллер, расположенный на пульте машиниста.
Передача служит для распределения крутящего момента дизеля между несколькими колесными парами, а также для обеспечения плавного трогания тепловоза с места и реализации полной мощности во всем диапазоне скоростей движения. Передача может быть электрической, механической или гидравлической.
|
|
Наиболее широко на магистральных и части маневровых тепловозов применяется электрическая передача. Коленчатый вал дизеля вращает вал тягового генератора, вырабатывающего электрическую энергию, которая подводится к тяговым электродвигателям. Тяговые электродвигатели преобразуют электрическую энергию снова в механическую. Каждая колесная пара связана с собственным тяговым электродвигателем, т.е. реализуется индивидуальный вид привода. Достоинствами электрической передачи являются равномерное распределение крутящего момента первичного двигателя между большим числом колесных пар с минимальными потерями (отсутствует трение в механических узлах), простота изменения направления движения локомотива (реверсирования) путем несложных переключений в электрической схеме и возможность использования электродинамического торможения. Кроме того тяговый генератор может использоваться как электродвигатель для запуска дизеля. Основным недостатком электрической передачи является ее дороговизна из-за сложности конструкции и относительно низкая надежность из-за использования коллекторных электродвигателей и генераторов постоянного тока. В настоящее время надежность электрических передач тепловозов существенно повышается благодаря применению синхронных тяговых генераторов и асинхронных бесколлекторных тяговых электродвигателей переменного тока.
|
|
Механическая передача подобна автомобильной. Она состоит из шестеренчатой коробки скоростей, реверсивного устройства и муфты сцеплени я. Эта передача имеет простое устройство, однако при переключении передач сила тяги резко снижается, а затем снова повышается, что вызывает сильные рывки состава. Кроме того вращающий момент дизеля тяжело распределить между большим числом колесных пар. В связи с эти механическая передача применяется только на маломощных мотовозах, легких автомотрисах и дизель-поездах. На некоторых дизель-поездах применялась гидромеханическая передача с гидравлической муфтой сцепления.
Гидравлическая передача проще и дешевле электрической, и в отличие от механической позволяет плавно изменять вращающий момент, передаваемый от двигателя к колесным парам. Основными элементами гидропередачи являются гидротрансформаторы и гидромуфты, представляющие собой центробежный насос, соединенный с валом двигателя и гидравлическую турбину, связанную с ведущими колесными парами. Энергия потока жидкости, создаваемая центробежным насосом, приводит во вращение гидротурбину. Выходная мощность пропорциональна частоте вращения вала двигателя. Для изменения направления движения устанавливается реверсивный редуктор. Основными недостатками гидропередачи являются более низкий к.п.д., чем у электрической и механической передач, а также сложность распределения крутящего момента между большим числом колесных пар. Гидравлическая передача применяется на части маневровых и промышленных тепловозов, а также на дизель-поездах, автомотрисах и рельсовых автобусах.
|
|
Механическая и гидравлическая передачи представляют собой групповой вид привода.
Кузова тепловозов бывают вагонной и капотной компоновки. Магистральные грузовые тепловозы выпускаются многосекционными. Каждая секция является автономной тяговой единицей, т.е имеет собственный двигатель, передачу и т.д. Отдельные секции тепловозов выпускаются без кабин управления и называются бустерными. Пассажирские, маневровые и промышленные тепловозы выполняются односекционными, причем маневровые и промышленные тепловозы имеют капотную компоновку с одной кабиной управления. Основное пространство кузова занимает дизель-генераторная установка.
Экипажная часть тепловозов с электрической передачей аналогична экипажной части электровозов. Тележки магистральных тепловозов обычно трехосные. У тепловозов с гидропередачей тележки имеют устройства распределения вращающего момента между колесными парами, а число осей в тележках обычно не превышает двух.
К вспомогательному оборудованию тепловозов относятся компрессоры, а также узлы топливной системы, системы смазки и охлаждения.