Теория и конструкция локомотивов
Введение
тепловоз дизель тяговый теплоноситель
При создании новых локомотивов НИИ, проектно-конструкторские и промышленные предприятия должны руководствоваться основными принципами научно-технического прогресса в транспортном машиностроении:
· повышение технико-экономической эффективности пассажирских и грузовых перевозок, безопасности движения, улучшение условий и увеличение производительности труда обслуживающего персонала применением в конструкции локомотивов передовых технических решений;
· унификация оборудования и модульных составных частей локомотивов;
· обеспечение возможности передислокации парка локомотивов по сети железных дорог;
· увеличение нормативного срока эксплуатации основных несущих конструкций до 45 лет для электровозов и 40 лет для тепловозов за счет решения комплекса задач, включающих расчеты долговечности и предельно-деформированных состояний, применение технической диагностики средствами неразрушающего контроля в сочетании с методами механики разрушения, исследование структурно-механических свойств металла;
· снижение расходов на техническое обслуживание и ремонт повышением показателей надежности и ремонтопригодности, уменьшением трудоемкости и продолжительности простоя в плановых ремонтах, применением интеллектуальных систем диагностики;
· использование альтернативных видов топлива в тепловозах, снижение выбросов вредных веществ, уменьшение загрязнения окружающей среды, применение противоизносных присадок и препаратов в дизельном масле;
· улучшение в сравнении с существующими локомотивами показателей воздействия на путь.
Типаж охватывает все типы локомотивов: пассажирские и грузовые электровозы и тепловозы, маневровые и маневрово-вывозные тепловозы, грузопассажирские тепловозы.
ФГУП ВНИКТИ разрабатывается проект блочно-модульного построения магистральных тепловозов на основе типовых конструктивно и технологически завершенных стандартных модулей, систем локомотива и их компонентов с установленными местами стыковки в общей конструкции тепловозов.
Основные модули магистрального тепловоза следующие. Кузов с максимальной унификацией по основным несущим элементам конструкции для тепловозов мощностью от 1500 до 3600 л.с. Кузов изготавливается из современных конструкционных материалов, обеспечивающих снижение металлоемкости на 15% и срок службы не менее 40 лет. Кабина машиниста капсульного типа с унифицированным пультом управления, системой обеспечения микроклимата, системами безопасности, СМЕТ.
Модуль тягового статического преобразователя частоты поставляется со встроенной системой охлаждения и микропроцессорной системой управления и диагностики тягового привода. Аналогичный модуль меньшей мощности используется для питания асинхронных двигателей приводов вспомогательного оборудования. Унифицированная микропроцессорная система управления и диагностики тепловоза с бортовым накопителем информации также собрана в модуль. Модуль электрического реостатного тормоза состоит из блока тормозных резисторов и мотор-вентиляторной установки.
Для производства модулей
магистральных тепловозов предусматривается широкая кооперация предприятий
промышленности и заводов ГУ «Желдорреммаш». Жизненный цикл новых магистральных
тепловозов модульной сборки составит 40 лет.
1. Устройство тепловоза и его основные характеристики
.1 Назначение и
компоновка тепловоза
Основное силовое и вспомогательное оборудование тепловоза ЧМЭЗ установлено на главной раме, которая при помощи восьми болтов подвешена к трехосным бесчелюстным тележкам. Обе тележки одинаковы по конструкции, но развернуты относительно друг друга на 180°. Четвертая колесная пара с правой стороны оснащена приводом скоростемера. Все колесные пары движущие, т.е. они создают силу тяги, имея индивидуальный привод от тяговых электродвигателей постоянного тока с опорно-осевой подвеской. Тяговое усилие от тележек передается через шкворни на главную раму. Рессорное подвешивание одноступенчатое и состоит из цилиндрических пружин и гидравлических гасителей колебаний. Между тележками расположен топливный бак, подвешенный к главной раме тепловоза. С обеих сторон бака имеются заправочные горловины. Уровень топлива в нем определяют по двум топливомерным стеклам.
В средней части главной рамы расположена дизель-генераторная установка, состоящая из четырехтактного шестицилиндрового дизеля мощностью 993 кВт и тягового генератора постоянного тока мощностью 885 кВт. От переднего конца коленчатого вала дизеля через поводковый и промежуточный валы и гидромеханический редуктор получают привод главный вентилятор и компрессор, а через клиноременную передачу - вентилятор охлаждения тяговых электродвигателей передней тележки.
В передней части рамы смонтирована шахта холодильника, разделенная перегородкой на две части. В одной из них установлены шестнадцать секций (по восемь с каждой стороны) основного контура, а в другой - восемь секций вспомогательного контура. Вода основного контура охлаждает дизель, а вспомогательного - масло и наддувочный воздух. Охлаждение воды основного контура осуществляется главным вентилятором, а воды вспомогательного контура - вентилятором с электроприводом. Шахта имеет боковые и верхние жалюзи. Управление вентиляторами и жалюзи автоматическое с помощью термореле.
Задний фланец коленчатого вала дизеля жестко соединен с якорем тягового генератора. На конце вала якоря укреплен шкив, от которого через клиноременную передачу получают привод двухмашинный агрегат и вентилятор охлаждения тяговых электродвигателей задней тележки. Двухмашинный агрегат состоит из двух электрических машин постоянного тока: вспомогательного генератора, питающего все низковольтные цепи, и возбудителя, обеспечивающего возбуждение тягового генератора.
Дизельное помещение тепловоза отделено от расположенной за ним кабины машиниста тепло- и звукоизоляционной стенкой. Между дизель - генератором и кабиной машиниста укреплен на кронштейнах резервуар управления вместимостью 100 л. В кабине установлен пульт управления тепловозом со стороны машиниста и вспомогательный пульт со стороны помощника. Под вспомогательным пультом смонтирован ручной тормоз. В передней части кабины расположен инструментальный ящик и шкаф для одежды. Под инструментальным ящиком установлен калорифер с осевым вентилятором, а под ногами машиниста - отапливаемая ступенька. По секциям калорифера и трубе, находящейся под отапливаемой ступенькой, проходит горячая вода из основного контура охлаждения.
На передней и задней стенках кабины установлены вентиляторы с электроприводом, используемые летом для вентиляции кабины, а зимой в качестве антиобледенителей стекол. В задней части кабины смонтирована аппаратная камера.
За кабиной машиниста расположен отсек, в котором размещена аккумуляторная батарея, состоящая из 75 последовательно соединенных щелочных аккумуляторов, собранных в пятнадцати ящиках, установленных в два яруса. Вместо щелочной может быть также использована кислотная аккумуляторная батарея.
Кузов тепловоза состоит из переднего кузова над компрессором и шахтой холодильника, съемного кузова над дизель-генераторной установкой, кабины машиниста и заднего кузова над отсеком аккумуляторной батареи. Кузов имеет люки и двери для осмотра и ремонта узлов тепловоза. На дверях, имеющих жалюзи, поставлены воздушные фильтры. В переднем и заднем кузовах находятся четыре песочных бункера общей вместимостью 1500-2000 кг. Песок в бункеры заправляют через две горловины, закрытые крышками. В переднем кузове между песочными бункерами расположен промежуточный холодильник компрессора. Тепловоз оснащен отечественными автосцепными устройствами, автоматическим и ручным тормозами, радиостанцией и устройствами АЛСН.
На тепловозах ЧМЭЗТ и ЧМЭЗЭ применен электрический прогрев дизеля. В связи с модернизацией водяной системы установлены дополнительные водяные насосы с электроприводом, а в переднем кузове (под шахтой холодильника) с правой стороны тепловоза смонтирован шкаф с дополнительной электрической аппаратурой управления подогревом.
Топливная система тепловоза
При работающем дизеле циркуляцию топлива в системе обеспечивает топливоподкачивающий насос, получающий привод от коленчатого вала дизеля. Насос засасывает топливо из бака через обратный клапан и фильтр грубой очистки и нагнетает через фильтры тонкой очистки в топливный коллектор, соединенный шестью перепускными трубками с насосами высокого давления. Насосы через форсунки подают топливо под давлением 30 МПа в цилиндры дизеля.
Давление топлива в коллекторе 0,20-0,25 МПа поддерживается перепускным клапаном, установленным на заднем конце коллектора. Параллельно клапану подсоединена сливная труба с вентилем, который при работающем дизеле должен быть закрыт. При ремонтах вентиль открывают для слива топлива из коллектора перед снятием топливных насосов высокого давления. При увеличении давления в коллекторе выше установленной нормы избыток топлива сливается перепускным клапаном в бак по трубе через топливоподогреватель. Подогрев топлива осуществляется горячей водой, поступающей в топливоподогреватель из основного водяного контура охлаждения дизеля.
Для защиты топливной системы от высокого давления перед фильтрами тонкой очистки поставлен предохранительный клапан, отрегулированный на давление 0,53-0,55 МПа. При засорении фильтров тонкой очистки клапан открывается и сливает топливо в бак через топливоподогреватель.
Чистое топливо от насосов и форсунок, просочившееся через неплотности между деталями, собирается в сливных коллекторах и по трубе поступает в бак. Концы сливных труб от форсунок входят в специальные отростки, приваренные к сливному коллектору. Для контроля за сливом топлива в отростках сделаны овальные окна. При работающем дизеле должно наблюдаться каплепадение из каждой сливной трубы (течь топлива не допускается). Загрязненное топливо с тарелки под фильтрами и с верхней плиты отсека распределительного вала сливается по отдельному трубопроводу в грязесборник.
Перед пуском дизеля после ремонта или длительной стоянки топливный трубопровод до насосов высокого давления заполняют топливом с помощью ручного насоса через обратный клапан и фильтры тонкой очистки. Насос используется также для удаления воздуха из системы и в случае выхода из строя топливоподкачивающего насоса. При удалении воздуха открывают кран, расположенный за насосом и пробки на фильтрах тонкой очистки. Параллельно насосу поставлена трубка с краном для слива топлива, просочившегося через обратный клапан. В случае использования ручного насоса этот кран закрывают. Обратный клапан не пропускает топливо к ручному насосу при работающем дизеле.
Масляная система тепловоза
Циркуляция масла в системе при работающем дизеле обеспечивается масляным насосом, получающим привод от коленчатого вала, а при пуске дизеля - маслопрокачивающим насосом, имеющим электропривод.
Масляный насос засасывает масло из масляного бака через сетчатый фильтр, установленный на всасывающей трубе и по нагнетательной трубе подает его к фильтру грубой очистки. Очищенное масло идет несколькими потоками. Основной поток масла по трубопроводу поступает в водомасляный теплообменник, охлаждается и проходит по трубопроводу в нижний и верхний масляные коллекторы. Из нижнего масляного коллектора по семи трубкам масло поступает к крышкам коренных подшипников коленчатого вала и далее на смазывание шатунно-кривошипного механизма и охлаждение поршней. Кроме того, от нижнего коллектора отходят две трубки, по которым масло подается на смазывание приводов насосов и распределительного вала.
На переднем конце нижнего масляного коллектора укреплена маслораспределительная коробка, от которой отходят три трубы. По одной из них масло через фильтр поступает в объединенный регулятор дизеля, по другой - к датчику реле давления масла (РДМ), и по трубопроводу - к верхнему масляному коллектору. С противоположного конца дизеля коллекторы и дополнительно соединены между собой трубопроводом. От верхнего коллектора по шести трубкам масло идет к верхнему приводу клапанов, а по четырем трубкам поступает на смазывание толкателей в корпусах и подшипников распределительного вала.
Часть масла, прошедшего фильтр грубой очистки, по отдельному трубопроводу направляется к центробежному фильтру и фильтру тонкой очистки масла. Перед фильтром тонкой очистки поставлен перепускной клапан, отрегулированный на давление 0,2 МПа. Очищенное в фильтрах и масло стекает в картер дизеля. От фильтра грубой очистки по трубопроводу, на котором установлен вентиль, масло подводится к гидромеханическому редуктору, где используется для заполнения двух гидромуфт и смазывания всех подшипников.
Для защиты системы от высокого давления масла предусмотрены предохранительный клапан на 0,7 МПа, смонтированный в передней крышке насоса, и разгрузочный клапан на 0,5 - 0,6 МПа, установленный за водомасляным теплообменником. От пониженного давления масла дизель защищают реле давления масла и объединенный регулятор дизеля. Реле давления масла включается при давлении масла в системе 0,26 МПа, а выключается при давлении ниже 0,2 МПа, не останавливая дизель, а только снижая нагрузку на него. Если давление масла станет ниже 0,1 МПа, то дизель будет остановлен объединенным регулятором, который автоматически переведет рейки топливных насосов в положение нулевой подачи топлива.
Для контроля за температурой масла в системе на трубопроводе перед водомасляным теплообменником установлено термореле (РТМ), отрегулированное на включение при температуре 95°С. При перегреве масла термореле включает звуковой сигнал (зуммер) и сигнальную лампу ЛСД1, установленную на пульте управления.
Перед пуском дизеля в течение 25 - 30 с. работает маслопрокачивающий насос, который засасывает масло из бака и через обратный клапан подает его в маслораспределительную коробку, а также через фильтр в объединенный регулятор дизеля. Из коробки масло поступает в масляные коллекторы и далее ко всем точкам смазывания, чем обеспечивается жидкостное трение деталей во время пуска дизеля.
Энергия масла, поступившего в объединенный регулятор дизеля под давлением 0,15 - 0,20 МПа, обеспечивает передвижение реек топливных насосов высокого давления на максимальную подачу топлива. Для защиты электродвигателя привода маслопрокачивающего насоса при работе с холодным маслом служит обратный клапан, перепускающий масло при давлении выше 0,20 МПа по трубопроводу в водомасляный теплообменник.
Для слива масла из бака открывают вентиль на сливной трубе, предварительно отвернув пробку на конце трубы. Из водомасляного теплообменника масло можно слить через специальный кран, установленный на корпусе теплообменника. Отбор масла на анализ производят при работающем дизеле. Для возможности отбора на трубопроводе установлен кран, который открывают, вывертывая болт. После отбора масла болт ввертывают и фиксируют контргайкой.
В системе предусмотрен запасной бак вместимостью 100 л, подвешенный к каркасу капота в машинном отделении тепловоза. Заправка бака маслом производится под давлением, для чего в заливочной горловине, расположенной на левой торцовой стенке бака, установлен клапан. После заправки бака горловину закрывают крышкой на резьбе. На этой же торцовой стенке находится масломерное стекло. Для добавления масла открывают вентиль на перепускной трубе, соединяющей бак с рамой дизеля, и по масломерной рейке следят за уровнем масла в картере.
Водяная система
В основном контуре циркуляцию воды обеспечивает насос центробежного типа, имеющий направление вращения рабочего колеса по часовой стрелке. Охлажденная в секциях радиатора вода засасывается насосом и нагнетается в напорный коллектор охлажденной воды. Из коллектора вода по шести патрубкам поступает в водяные полости блока, охлаждая цилиндровые втулки. Из блока вода по патрубкам переходит в крышки цилиндров, охлаждает их и по патрубкам идет в коллектор горячей воды.
Часть воды из напорного коллектора по трубопроводу направляется к турбонагнетателю для охлаждения частей его корпуса, соприкасающихся с отработавшими газами. После охлаждения турбонагнетателя вода по трубопроводу попадает в коллектор горячей воды. Передний конец коллектора прикреплен к трубопроводу, соединяющему верхние коллекторы секций радиатора основного контура.
Пройдя по секциям, охлажденная вода собирается в нижних коллекторах, соединенных трубопроводом, и по трубопроводу вновь засасывается водяным насосом.