Ферменттік препараттарды алу және қолдану

За прошедший век в конструкции тепловоза было опробовано и внедрено множество усовершенствований: возросла мощность дизеля с нескольких сотенлошадиных сил до шести тысяч (ТЭП80) и выше, на разных типах тепловозов используются различные способы передачи энергии двигателя на колёсные пары, значительно возросло удобство управления и обслуживания тепловоза, снизились выбросы в атмосферу. Тепловозы строятся и используются во всем мире.

Общая характеристика

Дизельный двигатель тепловоза преобразует химическую энергию сгорания жидкого топлива или горючего газа (ТЭ4) в механическую энергию вращения коленчатого вала, от которого момент вращения, преобразуясь тяговой передачей, передается ведущим колесным парам. Назначение передачи — обеспечить оптимальный режим работы дизеля при любой скорости движения поезда любого веса. Дизель развивает максимальный крутящий момент при относительно высоких оборотах, максимальную мощность — на еще более высоких оборотах. Локомотиву максимальная тяга необходима при трогании с места, то есть от нулевой скорости. В дальнейшем, по мере разгона поезда, тяга может существенно уменьшаться, то есть, локомотив должен иметь гиперболическую тяговую характеристику. Паровоз и электровоз постоянного тока, изначально обладая такой характеристикой, оказались просты в исполнении и эксплуатации и поэтому сразу получили широчайшее распространение. Для обеспечения же согласования характеристик дизеля как двигателя и локомотива как тяговой машины требуется передача. История создания тепловоза как локомотива, по сути, есть история создания передачи, согласующей характеристики дизеля как первичного двигателя и локомотива как тяговой машины.

В случае использования на тепловозе электрической передачи дизелем вращается тяговый генератор, преобразующий механическую энергию вращения дизеля в электрическую. Электрическая энергия передается тяговым электродвигателям (ТЭД), связанным механически с колесными парами. ТЭДы электроэнергию преобразуют в механическую энергию движения локомотива. При наличии индивидуального привода каждый ТЭД связан с одной колесной парой, при групповом — один ТЭД приводит несколько колесных пар. При использовании гидропередачи дизель приводит гидроагрегат, при механической — коробку перемены передач.

К основным элементам конструкции тепловоза относятся кузов и рама, дизель — один или несколько, ударно-тяговые приборы (автосцепное оборудование), элементы передачи, ходовая (экипажная) часть — тележки и тормозное оборудование. К вспомогательным узлам — системы охлаждения и воздухоснабжения дизеля, песочная система, система пожаротушения, электрооборудование и т. д. При наличии газодизельного или газового двигателя на тепловозе имеется либо газогенераторная секция, либо оборудование для хранения сжиженного или сжатого природного газа с системой газоснабжения двигателя (газодизеля или конвертированного дизеля).

Классификация

Магистральный грузовой тепловоз с гидравлической передачей ТГ102

По роду службы тепловозы классифицируются на поездные, маневровые и промышленные. В свою очередь среди поездных, или магистральных, выделяют грузовые, пассажирские и грузопассажирские. Назначение тепловоза определяется его техническими характеристиками — так, для грузовых тепловозов важна в первую очередь значительная сила тяги, тогда как у пассажирских важна высокая скорость. Маневровые и промышленные локомотивы обычно используются для передвижения вагонов в пределах станции или на подъездных путях предприятий с малыми радиусами кривых. Именно поэтому большинство таких локомотивов — тепловозы, так как для работы на любых, в том числе неэлектрифицированных вспомогательных путях, важна автономность энергетической установки.          

Промышленный тепловоз с                                     Маневровый тепловоз 

гидропередачей ТГМ4Б                                             ЧМЭ3 свибропантографом

По типу передачи выделяются следующие типы тепловозов:

• с электропередачей

• с гидравлической передачей

• с механической передачей

Первые советские тепловозы обозначались буквой Ю, невостребованной для существовавших тогда паровозов, потом - буквой серии паровоза схожей мощности с цифрой, указывавшей на порядковый номер разработки; верхний индекс указывал в обоих случаях на тип передачи. Например, ЩЭЛ1, ЮЭЛ1, ЭМХ3, ОЭЛ и т. п.

В наименованиях большинства серийных тепловозов, производившихся в СССР, буквы обозначают следующее:

• Т — тепловоз

• Э — электрическая передача

• Г — гидравлическая передача

• П — пассажирский

• М — маневровый

Стоящая впереди цифра обозначает количество секций (например, 2ТЭ116 — тепловоз из двух секций; 4ТЭ10С — из четырех секций). Отсутствие впереди цифры чаще всего указывает на тепловоз из одной секции. В наименованиях большинства магистральных тепловозов по номеру серии можно определить и завод-изготовитель:

• От 1 до 49 — Харьковский завод транспортного машиностроения,

• От 50 до 99 — Коломенский тепловозостроительный завод,

• От 100 и выше — Луганский тепловозостроительный завод

Данная система обозначения сохранилась в России, однако в других странах, входивших в СССР, она изменена. Связано это с переводом обозначений на национальные языки.

В других странах обозначения серий тепловозов устанавливаются либо железными дорогами (как в Англии и Франции), либо фирмами-изготовителями (например, в США).

Не следует путать тепловоз с другими видами локомотивов или самодвижущихся моторных вагонов.

• Дизель-поезд (равно как и скоростные дизель-поезда Fliegender Hamburger, поезда ICE TD системы Intercity-Express и первые образцы TGV) — это самостоятельная разновидность моторвагонного подвижного состава.

• Электротепловоз — тип локомотива, который может работать как в режиме тепловоза, так и в режиме электровоза (не путать! Дизель-электровоз — тепловоз с электропередачей, аналогично дизель-электроход - теплоход с электропередачей).

• Газотурбовоз — локомотив с газотурбинным двигателем.

• Локомобиль — как правило, паровая силовая установка, работающая в составе механических комплексов в качестве механического двигателя, в некоторых случаях способная к самостоятельному передвижению, либо паровое самодвижущееся безрельсовое транспортное средство, чаще всего - тяжелый паровой тягач. Иногда локомобилем называют серийный автомобиль, напр. ЗИЛ-130, КрАЗ-256Б, оборудованный соответствующими колесами, способный длительно двигаться по рельсам и осуществлять на них маневровые работы с отдельными железнодорожными вагонами.

Общий принцип работы и конструкция

Схема компоновки советского экспортного тепловоза ТЭ109 с электрической передачей переменно-постоянного тока

на схеме помечены:

1 - дизель	2 - холодильная камера	3 - высоковольтная камера	4 -выпрямительная установка
5 -тяговый электродвигатель	6 -тяговый генератор	7 - стартер-генератор	8 - глушитель
9 - бак для воды	10 - передняя кабина машиниста	11 - задняя кабина машиниста	12 - аккумуляторная батарея
13 - топливный бак	14 - воздушный резервуар	15 - тележка	16 - топливный насос
17 - бункер  песочницы	18 - колёсная пара	19 - метельник	20 - буфер

 

                   

Модель десятицилиндрового дизеля 2Д100,        Дизель-генератор тепловоза ЧМЭ3

 применявшегося на тепловозах ТЭ3                   

 

Передача, её значение и виды

Основная сложность при создании тепловоза заключалась в его неработоспособности при непосредственном соединении вала дизеля с колёсными парами из-за несоответствия скоростной характеристики дизеля и тяговой характеристики локомотива. Зависимость силы тяги от скорости движения является основной характеристикой тепловоза и называется тяговой характерис-тикой. Для случая максимального использования мощности локомотива график такой характеристики представляет собой гиперболу, в каждой точке которой произведение силы тяги на скорость локомотива равно его максимальной мощнос-ти. История создания тепловоза как пригодного к эксплуатации локомотива, по сути, является историей создания передачи, обеспечивающей должное согласование дизеля и локомотива и делающей работоспособной систему «локомотив с дизелем».

В современных тепловозах используются электрическая, гидравлическая(гидродинамическая)/гидромеханическая и механическая передачи. До введения передачи делались попытки создания специальных дизелей (Василий Гриневецкий), использования дополнительных источников энергии в виде подачи в цилиндры дизеля сжатого воздуха (тепловоз Р. Дизеля и А. Клозе), построениетеплопаровозов (ТП1, №8000, №8001), для тех же целей использовавших пар. Все эти попытки оказались неудачными, а в исторической перспективе — бессмысленными, так как вместо адаптации локомотива как системы для работы со вполне удачным двигателем делали сам двигатель неработоспособным.

Механическая передача

Механическая передача включает фрикционную муфту, коробку передач с реверс-редуктором; а также карданные валы с осевыми редукторами или отбойный вал с дышловой передачей. М. П. обладает относительно высоким КПД и небольшим весом при передаче небольшой мощности, однако при переключении передач неизбежно возникают рывки. На практике её используют на локомотивах малой мощности и на (мотовозах), дрезинах и автомотрисах. Единственным в мире магистральным тепловозом с мощностью дизеля 1200 л. с., имевшим такую передачу, был ломоносовский Эмх3, первоначально Юм005. Эксплуатация его на Ашхабадской дороге показала техническую несостоятельность механической передачи в магистральном тепловозе такой мощности — несмотря на специально принимаемые меры, элементы передачи, особенно конические шестерни, при переключении передач из-за рывков выходили из строя. А на дорогах со сложным профилем дело доходило до разрыва поезда. Не изменилось положение и после снижения мощности дизеля до 1050 л. с. Поэтому Эмх оказался первым и последним магистральным тепловозом такого типа.

Электрическая передача

Экспортный советский тепловоз с передачей переменно-постоянного тока ТЭ109

В электрической передаче вал дизеля вращает тяговый генератор, питающий тяговые электродвигатели (ТЭД). В свою очередь вращение вала ТЭД передаётся колёсной паре — при индивидуальном приводе — через осевой редуктор. Редуктор представляет собой соединённые зубчатые колёса, располагающиеся на валу ТЭД и оси колёсной пары. Электропередача постоянного тока обладает гиперболической тяговой характеристикой, при которой увеличение сопротивления движения вызывает увеличение силы тяги, а уменьшение — ускорение локомотива, легко управляется и регулируется. Электропередача позволяет управлять несколькими тепловозами по системе многих единиц из одной кабины. Недостатками её являются большая масса и относительная дороговизна необходимого оборудования. Электропередача обеспечивает электродинамическое (реостатное) торможение, при котором ТЭД работают как генераторы, нагруженные тормозными реостатами; за счёт сопротивления вращению валов ТЭД осуществляется торможение. При электродинамическом торможении меньше износ тормозных колодок.

Первоначально в тепловозах ввиду простоты устройства и исключительно удачных характеристик использовалась электропередача постоянного тока. Так, первые в мире тепловозы Ээл2 и Щэл1 вообще оказались концептуально пригодны для поездной работы именно благодаря электропередаче постоянного тока с регулированием по схеме Варда Леонардо. Однако из-за большого веса агрегатов и наличия механически изнашиваемых электрически нагруженных элементов конструкции — коллекторов, требующих тщательного ухода и ограничивающих рабочий ток якорей — в дальнейшем (в СССР с конца 1960-х годов) с ростом передаваемой мощности стали постепенно внедряться агрегаты переменного тока. Их внедрению содействовало появление компактных, недорогих и весьма надежных кремниевых выпрямителей.

Электропередача переменно-постоянного тока (ЭППТ) была запатентована 26 марта 1956 г. в Советском Союзе И. Б. Башуком, доцентом кафедры «Локомотивы и локомотивное хозяйство» МИИТа. С первой половины 60-х гг. XX в. ряд ведущих тепловозостроительных предприятий многих государств мира приступили к серийному созданию тепловозов с передачей переменно-постоянного тока. В СССР эта работа выполнялась Луганским тепловозостроительным заводом, и в 1963 г. был изготовлен тепловоз ТЭ109 (фото в заглавии подглавки) с П-ПТ, разработанной НИИЭТМ, и электрооборудованием, произведенным Харьковским заводом «Электротяжмаш». Выпрямительная установка выпускалась электротехническим заводом г. Таллина. На его основе позднее был спроектирован капотный тепловоз ТЭ114.