Все о тепловозах

ТЭМ2 характеристики. Маневровый тепловоз ТЭМ2 оснащен копотным кузовом из пяти частей и Н-образной рамой. Колесные буксы укомплектованы по два роликовых подшипника. Локомотив оснащен шести цилиндровым четырехтактным дизелем марки ПД1М, мощность которого составляет 1200 лошадиных сил. Частота вращения вала 300-750 об/мин. В движение дизель приводит генератор от АКБ.

Техническая характеристика тепловозов

Общие сведения

• • Передача мощности электрическая постоянного тока
  • Род службы вывозной и маневровый
  • Тяговая мощность 883,2(1200) кВт (л.с.)
  • Конструкционная скорость100 км/ч
  • Сила тяги при трогании с места 362 кН
  • Длительная скорость, 11,1 км/ч
  • Сила тяги при длительной скорости, кН (кгс) 204 (20 400)
  • Наименьший радиус проходимых кривых, м 80
  • Ширина колеи, мм 1520, 1435
  • Осевая характеристика Зо — Зо
  • Габарит 01- Т
  • Габаритные размеры тепловоза, мм:
    • длина по осям автосцепок 16 970
    • ширина 3120
    • высота без антенны 4355
    • ” с антенной 5115
  • База тележки, мм 4200
  • Расстояние между шкворнями тепловоза, мм 8600
  • База тепловоза, мм 12 800
  • Диаметр колес, мм 1050
  • Расстояние от головки рельса до кожуха тягового редуктора, мм 122+-2
  • Передаточное число тягового редуктора с номера 028 4,53(68:15) до 4,1(75:17)
  • Количество тележек 2
  • Буксы роликовые в которых расположены два роликовых подшипника. Расстояние между подшипниками фиксируется дистанционными кольцами. Внутренние кольца подшипников насаживаются в горячем состоянии с натягом и дополнительно крепят стопорными кольцами.
  • Подвеска тягового электродвигателя траверсная. Траверсное подвешивание состоит из нижней и верхней балочек с приваренными к ним накладками из стал, цементированных и закален­ных. Между которыми расположены четыре пружины, изготовленные из прутка пружинной стали диаметром 21 мм.
  • Автосцепные устройства автосцепка СА-3 с поглощающим аппаратом Ш-1-Т (Ш-1-ТМ)
  • Служебная масса тепловоза, т. 123,6-3 %(с 2/3 запаса топлива, песка, полным запасом масла и воды)
  • Нагрузка от колесной пары на рельсы, кН (тс) 200± 3 %/ (20 + 3 %)
  • Запас:
    • песка, кг 2000
    • топлива, л 5440
    • масла в системе дизеля, л 430
    • воды в системе охлаждения, л 950
  • Вместимость запасного масляного бака, л 430

Дизель

• • Тип Д50 марки ПД1М, четырехтактный, с непосредственным впрыском топлива, вертикальным расположением цилиндров, водяным охлаждением, газотурбинным наддувом и охлаждением надувочного воздуха
  • Номинальная мощность при частоте вращения коленчатого вала 750 об/мин, кВт(л. с.) 883,2 (1200)
  • Направление вращения коленчатого вала против часовой стрелки, если смотреть со стороны генератора
  • Число цилиндров 6
  • Порядок работы цилиндров 1-3-5-6-4-2
  • Порядок нумерации цилиндров со со стороны масленого насоса к генератору
  • Диаметр цилиндров, 318 мм
  • Ход поршня, мм 330 мм
  • Степень сжатия 12,5
  • Диапазон рабочих частот вращения коленчатого вала дизеля, об/мин 300 — 750
  • Топливо дизельное ГОСТ305 — 82 с содержанием серы пе более 1 %
  • Масло М14Б ТУ38-101-264-72 или М14В2 ГОСТ 12337 — 84
  • Пуск дизеля электрический при помощи тягового генератора, работающего в режиме стартерного электродвигателя, получающего питание от аккумуляторной батареи

Вспомогательное оборудование

Водяная система ТЭМ2 состоит из двух контуров:

Основного контура (контура охлаждения дизеля);

В зависимости от номера выпуска тепловоза, может быть установлено 16 (8 справа и 8 слева) или 12(12 слева) водяных секций для охлаждения горячего контура, а с правой стороны 6 масляных секций и 6 пустых секций.

Дополнительного контура (контура охлаждения надувочного воздуха). Дополнительный контур предназначен для охлаждения воздуха, нагнетаемого турбокомпрессором. Вода из 6 секции дополнительного контура засасывается насосом, размещенным в шахте холодильника. После насоса вода проходит через воздухоохладитель и возвращается снова в секции.

Водяной насос горячего контура центробежного типа. Производительность насоса 90 м /ч при напоре 2 кГс/см и 1780 об/мин.

Водяной насос холодного контура центробежного типа Производительность – 20 м3/ч, при 2900 об/мин

• • Вентилятор хололильника:
    • тип осевой
    • диаметр колеса1600 мм;
    • привод от коленчатого вала дизеля через редуктор привода
    • потребляемая мощность 37,5 кВт
    • частота вращения вентиляторного колеса, об/мин 1050
    • подача 130 000 м3/ч

Компрессор

• • Тип КТ6
  • Число цилиндров:
    • низкого сжатия 2
    • высокого сжатия 1
  • Давление воздуха после второй ступени сжатия 0,88 МПа
  • Мощность, потребляемая компрессором 42,6 кВт.
  • Привод компрессора от вала тягового генератора.

Тормозное оборудование

• • Тип тормоза колодочный
  • Способ приведения тормоза в действие воздушный и ручной
  • Род действия воздушного тормоза автоматический прямодействующий
  • Род действия ручного тормоза механический
  • Кран машиниста № 394
  • Кран вспомогательного тормоза локомотива № 254
  • Тип воздухораспределителя №483 или № 270.002
  • Число тормозных цилиндров 8
  • Число тормозных осей 6
  • Тормозные оси ручного тормоза две оси задней тележки

Электрическое оборудование

Тяговый генератор

• • Тип ГП-300БУ2, постоянного тока, восьми полюсный, с независимым возбуждением и самовентиляцией
  • Мощность 780 кВт
  • Напряжение 645 В
  • Ток 1210 А
  • Частота вращения якоря 750 об/мин

Двухмашинный агрегат

Возбудитель тягового генератора МВТ-25/9У2 и вспомогательный генератор МВГ-25/11У2 смонтированы в одном разъемном корпусе двухмашинного агрегата. Якоря двухмашинного агрегата приводятся во вращение от вала тягового генератора через клиноременную передачу; при частоте вращения вала тягового генератора 750 об/мин частота вращения вала двухмашинного агрегата 2000 об/мин.

• • Мощность 5,6 кВт.
  • Напряжение 75В.
  • Ток 75 А.
  • Вспомогательный генератор
  • Мощность 5,75 кВт.
  • Напряжение 75 В.
  • Ток 77 А.

Тяговый электродвигатель

• • Тип ЭДТ-340В, постоянного тока
  • Напряжение 220 В.
  • Ток 590 А.
  • Частота вращения якоря 360 об/мин.

Аккумуляторная батарея

• Тип 32-ТН-450, кислотная
• Количество аккумуляторов 32
• Соединение аккумуляторов последовательное
• Емкость 450 А/Ч
• Напряжение 64 В
• Ориентировочная масса основных узлов тепловоза:
  • Рама тепловоза с балластом 18 223 кг;
  • Съемная часть кузова над дизелем (капот) 3100 кг;
  • Тележка в сборе 23 600;
  • Колесная пара 1900;
  • Колесная пара с буксами 2440 кг;
  • Дизель 17 000 кг;
  • Турбокомпрессор ТК-30 460 кг;
  • Рама дизеля 4 400 кг;
  • Тяговый генератор 4 800;
  • Тяговый электродвигатель 3 100 кг;
  • Двухмашинный агрегат 400 кг;
  • Редуктор вентилятора холодильника 334 кг;
  • Редуктор вентилятора(в холодильной шахте) 247 кг;
  • Масляная секция 50 кг;
  • Расширительный водяной бак 110 кг;
  • Компрессор КТ6 650.

Здравствуйте!

Как известно практически всю маневровую работу на железных дорогах России и всего мира выполняют тепловозы. А были-ли попытки в отечественном локомотивостроении создать электровозы специально для маневровой работы? Да были и неоднократно, в основном эти электровозы строились в опытном порядке, но некоторые выпускались серийно.

Электровоз ЭГМ

Начну с маневровых электровозов постоянного тока. В Советском Союзе к мнению инженеров серьезно прислушивались и если идея была перспективной, то ее реализовывали, хотя бы на уровне экспериментальных образцов. В 1964 году по предложению инженера В.Я. Магалашвили в локомотивном депо Тбилиси Закавказской железной дороги четырехосный маневровый тепловоз с гидравлической передачей ТГМ3-283 был переделан на маневровый электровоз постоянного тока напряжением 3000 Вольт, который получил название – ЭГМ1, что означает: электровоз с гидропередачей, маневровый №1. С тепловоза был снят дизель и другое оборудование, связанное с работой дизеля. Ходовая часть, гидромеханическая передача остались без изменения. В качестве силовой установки на локомотиве использовали два тяговых электродвигателя. Якоря этих электродвигателей были соединены между собой и с входным валом гидропередачи полужесткими муфтами. Они и вращали вал гидропередачи. Вот такой получился электро-гидро тандем!

На крыше кабины машиниста установили пантограф облегченной конструкции, на освободившееся места в кузове установили все необходимое электрооборудование. Максимальная скорость электровоза на маневровом режиме составляла 30 км/час, на поездном – 60 км/час. Данный локомотив в 1964 и 1965 годах проходил эксплуатационные испытания на ст. Тбилиси в маневровой работе и на различных участках Закавказской магистрали в поездной работе, а 1965 году включен в постоянную эксплуатацию.

Электровоз ВЛ26

Практически одновременно этой темой активно занимались инженеры Прибалтийской дороги, они предложили создать контактно-аккумуляторные электровозы для маневровой работы. Идею подхватили и силами научно-технического общества, общественного-конструкторского бюро этой дороги был разработан проект такого локомотива для работы на постоянном токе, напряжением 3000 Вольт. Проект получил всестороннее одобрение в МПС СССР. Дальнейшее проектирование и постройка опытных образцов контактно-аккумуляторных электровозов были осуществлены на Днепропетровском электровозостроительном заводе. Локомотивам было присвоено наименование – ВЛ26.

В течение 1966-1967 годов завод выпустил 10 электровозов ВЛ26, которые были направлены для работы на Прибалтийскую, Приднепровскую и Свердловскую железные дороги и на пути промышленного транспорта. Конструкционная скорость электровоза составляла 80 км/час. При работе электровоза на аккумуляторах в токе часового режима скорость составляла всего 1,2 км/час, намного ниже проектной. Тягово-энергетические испытания электровозов на станциях в маневровой работе и на участках с вывозными поездами выявили ряд серьезных недостатков. На основании результатов испытаний был сделан вывод, что в выполненном варианте продолжать постройку электровозов ВЛ26 нецелесообразно. Некоторые локомотивы прошли модернизацию и эксплуатировались продолжительное время.

Теперь немного о маневровом электровозе переменного тока. Рождению данного локомотива предшествовала чисто экономическая ситуация – количество выпущенных Днепропетровским электровозостроительным заводом промышленных электровозов оказалось достаточным для промышленных путей, электрифицированных на однофазном переменном токе, напряжением 10 000 Вольт, говоря современным языком – возник кризис перепроизводства. Поэтому было принято решение о строительстве на этом заводе маневровых электровозов переменного тока, напряжением 25 000 Вольт для магистральных железных дорог.

Электровоз ВЛ41

В качестве нового локомотива был предложен измененный вариант промышленного электровоза Д100М. Новый электровоз получил обозначение ВЛ41. Это локомотив капотного типа с кабиной машиниста посередине, токоприемник устанавливался на крышу кабины. Конструкция тележек (двухосных) была полностью унифицирована с тележками электровоза ВЛ60, все силовое оборудование, системы управления также были установлены с электровозов ВЛ60 и ВЛ80.

Конструктивная скорость электровоза составляла 100 км/час. Но после проведения серьезных динамических испытаний ее снизили до 70 км/час, так как электровоз плохо воздействовал на путь. Завод строил ВЛ41 в период 1963-1964 гг. Данные электровозы поступили для эксплуатации на Горьковскую, Восточно-Сибирскую дороги, но будучи не приспособленными для маневровой работы (недостаточный сцепной вес, большие нагрузки от колесных пар на рельсы) и не рассчитанные на поездную работу (ограничение скорости, малая сила тяги) эти локомотивы использовались слабо. Поэтому в маневровой работе первенство осталось и будет оставаться в обозримом будущем за тепловозами.

Всего хорошего!

Тепловоз — автономный локомотив, первичным двигателем которого является двигатель внутреннего сгорания, обычно дизель.

Дизель тепловоза преобразует энергию жидкого топлива в механическую работу вращения коленчатого вала, от которого вращение через передачу получают движущие колёса.

Дизель плохо приспособлен к переменным режимам работы, которые характерны для наземных транспортных машин. Его мощность прямо пропорциональна частоте вращения коленчатого вала (при неизменной подаче топлива), поэтому более выгодна его работа в постоянном режиме, при максимальной частоте вращения коленчатого вала. Для обеспечения возможности работы дизеля с постоянной частотой вращения вала и передачи от его вала энергии движущим колёсным парам служит специальное промежуточное устройство — тяговая передача тепловоза, которая «приспосабливает» дизель к условиям работы локомотива.

К основным узлам тепловоза относятся также экипажная часть, в которую входят кузов, главная рама с ударно-сцепными устройствами (автосцепка) и тележки с колёсными парами и упругим рессорным подвешиванием. Нормальную работу двигателя, передачи и экипажной части обеспечивает вспомогательное оборудование тепловоза; к оборудованию относятся топливная система дизеля, системы его охлаждения, смазки и подачи воздуха, а также системы охлаждения и вспомогательные устройства переда­чи, песочная система экипажной части, воздушная (тормозная) система, система пожаротушения и др. (рис. 1).

Классификация

Тепловозы могут быть классифицированы по ряду признаков. По роду службы их можно разделить на пассажирские, грузовые, маневровые, промышленного транспорта, универсальные, предназначенные для выполнения различных работ (например, грузопассажирские, маневрово-вывозные).

Назначение тепловоза определяет его технические характеристики, конструктивное исполнение, выбор типа двигателя, передачи, экипажной части. На магистральных железных дорогах эксплуатируются тепловозы с электрической и гидравлической передачами; промышленные тепловозы малой мощности (в основном до 250 кВт) выполняют и с механической передачей.

По устройству ходовых частей различают тепловозы тележечного типа и с жёсткой рамой (бестележечные); в основном выпускаются тепловозы тележечного типа.

Тепловозы делятся также по ширине рельсовой колеи, на которой они эксплуатируются, — нормальной (широкой) колеи 1520 мм на отечественных железных дорогах и 1435 мм в большинстве зарубежных стран; узкой колеи (от 600 до 1000—1100 мм).

Выпускаются тепловозы одно-, двух- и многосекционные. Односекционные поездные тепловозы имеют для управления две кабины машиниста; двухсекционные — по одной кабине на секцию; многосекционные тепловозы в промежуточных секциях кабины ие имеют, так как управляются из кабин головных секций.

Историческая справка

Первые проекты тепловозов появились в России в начале XX века.

В 1905 году инженер Н. Г. Кузнецов и полковник А. И. Одинцов выступили в Русском техническом обществе с докладом о проекте тепловоза с электрической передачей (авторы называли локомотив автономным электровозом с калорическими двигателями). На локомотиве предлагалось установить на раме два двигателя (мощностью по 130 кВт) и соединить их непосредственно с генераторами переменного тока, который передавался бы четырём электродвигателям, помещённым на осях ведущих колёс. Предложенная схема локомотива была прообразом тепловоза с электрической передачей, получившей в последующем наибольшее распространение.

В 1906 профессор В. И. Гриневецкий изобрёл оригинальный 2-тактный нефтяной реверсивный двигатель, который мог работать без проме­жуточной передачи и предназначался для применения на судах и тепловых локомотивах.

В 1911 году к постройке двигателя приступили на Путиловском заводе в Петербурге, но из-за отсутствия средств и начавшейся Первой мировой войны сборку двигателя не закончили.

В 1916 году на основе сохранившихся материалов испытаний двигателя был создан проект поездного тепловоза, который выполнили Б. М. Ошурков, Е. Н. Тихомиров и А. Н. Шелест под руководством Гриневецкого.

Попытка создания тепловоза была предпринята за границей фирмой «А. Борзиг» совместно с фирмой «Братья Зульцер» (Швейцария), которая построила двигатель под руководством Р. Дизеля. На заводе в городе Винтертур по заказу прусских казённых железных дорог начали строить оригинальный локомотив.

Главный двигатель этого тепловоза мощностью до 880 кВт представлял собой 2-тактный 4-цилиндровый дизель, коленчатый вал которого дышлами был соединён с ведущи­ми колёсами. Тепловоз этой модели в 1914 году совершил несколько опытных поездок, после чего стала ясна его непригодность для железнодорожного транспорта, и он был продан на слом.

В 1912—1913 годах группой инженеров под руководством Гриневецкого был разрабо­тан проект тепловоза с газовой передачей (проект Шелеста). Силовая установка локомотива состояла из компрессора, двигателя внутреннего сгорания и расширительной машины (так называемый комбинированный двигатель); КПД тепловоза составлял по расчётам 30—36 % (рис. 2).

На тепловоз были получены патенты (русский патент № 28189 с приоритетом (1913 год) и англ.ийский патент 5381 с приоритетом (1914)год); из-за начавшейся войны проект не был воплощён в жизнь.

На Ташкентской дороге Ю. В. Ломоносов совместно с А. И. Липецем разработали проекты тепловозов непосредственного действия (1908—1910 годы) и с электрической передачей (1913 год).

Идея применения газовой передачи была осуществлена только в 1950-е годы, когда в Швеции построили тепловоз с механическим генератором газа мощностью порядка 950 кВт. Подобный проект тепловоза создан в России в 1916 году на Коломенском заводе Ф. X. Мейнеке.

Российская железнодорожная миссия за границей, учреждённая в июне 1920 году, в которую входили Ломоносов (руководитель), Шелест и Мейнеке, создала в 1921 году два эскизных проекта тепловоза — с электрической передачей и использованием газовой турбины (системы Шелеста).

В январе 1922 года Совет Труда и Обороны принял решение о развитии тепловозостроения, Госплану было поручено разрабо­тать условия и порядок передачи проектов тепловозов для детальной заводской проработки и постройки на отечественных и иностранных заводах.

Во исполнение постановления Российская железнодорожная миссия разместила заказы за границей на постройку тепловозов взамен заказа советского правительства на паровозы серии Э. Предполагалось построить три тепловоза: с электрической передачей; с гидравлической передачей, впоследствии заменённой механической; с механическим генератором га­за — газовой передачей. Заказ на тепловоз с газовой передачей был сделан английской фирме «Армстронг-Уитуорт»; тепловозы с электрической и механической передачами заказаны в Германии.

С 1921 года в Технологическом институте в Петрограде разрабатывался проект тепловоза с электрической передачей по предложе­нию Я. М. Гаккеля и параллельно с 1922 года в Теплотехническом институте работало Тепловозное бюро государственных объединённых машиностроительных заводов под руководством Л. Н. Щукина.

В строительстве тепловоза приняли участие Балтийский судостроительный завод, «Красный путиловец», «Электрик», «Электросила». Дизель и генератор были взяты с английской подводной лодки, тяговые электродвигатели, тележки, рама проектировались заново.

НКПС присвоил строящимся и проектируемым тепловозам серию Ю и дал обозначения: электрический — Юэ001 (под руководством Ломоносова), Юэ002 (под руководством Гаккеля), Юш003 (под руководством Шелеста), Юк004 (компрессорный, системы Е. К. Мазинга, разработанный в Тепловозном бюро), Юм005 (магнитный) и другие. Не все из этих проектов были реализованы.

Первыми были построены тепловозы с электрической передачей. Тепловоз, заказанный в Германии по проекту, разработанному группой Ломоносова (рис. 3), получил наименование Ээл2. Приёмку тепловозов, изготов­ленных в Германии, в России проводи­ла комиссия под председательством М. Е. Правосудовича.

В России был построен тепловоз по проекту Гаккеля (рис. 4), получивший при поступлении на магистральные пути наименование Щэл1, так как его мощность 1000 л. с. приблизительно равнялась мощности паровоза серии Щ. На систему управления тепловоза с электрической передачей в 1926 году Гаккелю выдано авторское свидетельство.

В качестве главного дизеля в тепловозе Ээл2 использован 6-цилиндровый 4-тактный двигатель с подводной лодки мощностью 880 кВт. Двигатель через полужёсткую муфту вращал генератор постоянного тока. Пять тяговых электродвигателей приводили в движение ведущие оси тепловоза через двухстороннюю зубчатую передачу. Полная масса тепловоза 118,3 т, максимальная скорость 50 км/ч, КПД 26 % (при КПД дизеля 33 %). Силовая установка тепловоза Щэл1, состоявшая из 4-тактного 10-ци­линдрового дизеля мощностью 735 кВт и двух генераторов, размещалась на раме. Напряжение от генераторов подавалось к тяговым двигателям. Полная масса тепловоза 180 т, максимальная скорость 70 км/ч.

Для изучения первых тепловозов и их сравнительной оценки с паровозом в 1925 году на станции Люб­лино под Москвой организована Опытная тепловозная база. Локомотивы обслуживали грузовые поезда от Москвы до Курска на расстоянии 535 км, где эксплуатировались также паровозы серии Э, что давало возможность сравнивать характеристики локомотивов. Экономически невыгодный тепловоз Щэл1 по результатам испытаний был снят с эксплуатации в 1927 году. Этот тепловоз со­хранён и установлен в 1974 году на вечную стоянку на станции Ховрино (Москва). Тепловоз Ээл2 служил в депо Ашхабад до конца 1950-х годов, когда на железные дороги стали поступать новые серийные локомотивы.

В 1927 году на опытную базу прибыли тепловозы Эмх3 с механической передачей (рис. 5), которые работали на железнодорожной сети до 1941 года. Создание тепловоза Эш1 (Юш003) не было завершено в Великобритании из-за разрыва дипломатических отношений. Силовая установка была перевезена в Москву, где при Московском высшем техническом училище (МВТУ) была организована лаборатория, ставшая научным центром по изучению тепловозной тяги.

Первый серийный тепловоз Ээл типа 2—50—1 (рис. 6) выпущен в 1932 году Коломенским паровозостроительным заводом (до 1938 года в эксплуатации находилось около 40 локомотивов). На тепловозе был установлен 6-цилиндровый 4-тактный дизель, который через упругую муфту вращал вал главного генератора. Ходовая часть тепловоза включала две передние оси, объединённые в тележку; пять других осей, приводившихся в движение тяговыми электродвигателями; заднюю поддерживающую ось, оформленную в самостоятельную тележку. Тепловоз имел мощность 840 кВт, полную массу 138 т; максимальная скорость 55 км/ч.

В 1947 году на Харьковском заводе транспортного машиностроения выпущен тепловоз, являвшийся копией американского тепловоза, поступив­шего в страну в конце Великой Отечественной войны по ленд-лизу. Тепловозу была присвоена серия ТЭ1 (рис. 7). Локомотив имел мощность 735 кВт, в конструкции была применена схема использования газа, разработанная в 1942 году Якобсоном и А. А. Пойда.

Первый газогенераторный тепловоз был испытан в 1950 году.

В начале 1950-х годов производство тепловозов организовано на ряде крупных предприятий машиностроения.

Тепловозы получили широкое распространение на железнодорожной сети США, Канады, стран Западной Европы. Разработка конструкций тепловоза в этих странах ведётся с конца 1920-х — начала 1930-х годов. Первый магистральный тепловоз построен в США в 1925 году. В середине 1940-х годов тепловозная тяга широко введена в США, в 1950-е годы — в Великобритании и Германии.

В первые годы тепловозами заменяли паровозы главным образом на маневровой работе. Позднее появилась тенденция к соз­данию универсальных мощных тепловозов. В странах Западной Европы тепловозная тяга конкурирует с электрической тягой.

Технико-экономические показатели

Тепловоз как тип локомотива обладает многими достоинствами по сравнению с другими типами локомотивов. Высокий КПД тепловоза (26—30 %) определяется КПД дизеля, который достигает 42 %. Преобразование химической энергии топлива в механическую работу в таком двигателе происходит в ограниченном замкнутом объёме внутри цилиндра (внутреннее сгорание, в отличие от открытого, как в топке паровоза), что и снижает потери, и обеспечивает более высокую эффективность локомотива. К достоинствам тепловоза относятся независимость от наличия воды (как у паровоза) и автономность, в отличие от электровоза, связанного с контактной сетью. Тепловозы могут эксплуатироваться практически в любых климатических условиях, с разнообразным рельефом местности, по всем железнодорожным линиям, как магистральным, так и промышленного транспорта. Эксплуатация тепловозов не требует сооружения дорогостоящих устройств электроснабжения (контактная сеть, тяговые подстанции и т. п.), поэтому строительство железной дороги с тепловозной тягой обходится дешевле, чем электрических дорог. Более выгодно использовать тепловозы и на маневровой и вывозной работе, хотя тепловозы могут совершать пробеги до 1000 км без пополнения запасов воды и топлива по магистральным железным дорогам.

Первой дорогой, на которой на ряде участков, проходящих по пустыне, в 1931 году введена тепловозная тяга (тепловозы серии Ээл), стала Ашхабадская железная дорога (вошедшая позднее в состав Среднеазиатской железной дороги).

Характеристика тепловозов

Распространение получили тепловозы тележечного типа с электрической передачей.

Тепловоз с электрической передачей и двумя 3-осными тележками работает следующим образом: дизель вращает ротор электрического генератора переменного тока, преобразуемого в постоянный ток в силовой выпрямительной установке. Шесть тяговых электродвигателей через тяговые редукторы приводят во вращение колёсные пары. Реверс тепловоза осуществляется переклю­чением обмоток тягового электродвигателя. Пуск дизеля производится от стар­тёр-генератора, работающего в этот момент от аккумуляторной батареи. Для торможения служат тормозной компрессор и тяговые электродвигатели, которые могут работать в генераторном режиме, то есть осуществлять электрическое торможение.

Конструкцию тепловоза характеризует ряд факторов: стоимость изготовления, расход топлива, срок службы, производительность. Между стоимостью, мощностью и серийностью изготовления тепловоза существует определённая зависимость: чем мощнее тепловоз, тем он дороже; чем больше экземпляров в серии, тем изготовление становится дешевле.

Наиболее дорогой частью тепловоза является дизель, стоимость которого составляет примерно 30 % стоимости локомотива. Стоимость гидропереда­чи — около 12 %, а стоимость электропередачи — 20 %. Для уменьшения стоимости дизеля широко применяются так называемые мощностные ряды, в которые входят дизели, имеющие цилиндры одного размера и состоящие из унифицированных агрегатов, узлов и деталей. Например, тепловозные дизели Д49 с цилиндрами диаметром 26 см и ходом поршней 26 см могут составлять ряд с различным, чйслом цилиндров — 8, 12, 16 и 20, обеспечивая соответственно мощность 880, 1650, 2200, 3077 и 4415 кВт.

С увеличением массы состава поезда стоимость перевозки грузов уменьшается, но требуется большая мощность на тягу. Это обстоятельство привело к применению нескольких секций одной серии тепловозов для перевозки составов большей массы. Создание более мощных односекционных тепловозов вместо трёхсекционных меньшей мощности в секции обеспечивает существенную экономию капитальных затрат, стоимости содержания локомотива и расхода топлива.

Для организации пассажирских и грузовых перевозок требуются тепловозы различной мощности и силы тяги (рис. 8). Магистральные тепловозы с силой тяги при продолжительном режиме 2×200 кН имеют недостаточную мощность для реализации оптимальных скоростей движения. Для обеспечения перспективных потребностей в грузовых перевозках необходимы тепловозы мощностью 2940 и 4415 кВт в одной секции. Внедрение таких тепловозов позволит уменьшить эксплуатационные расходы на 10 % и поднять массу грузовых поездов до 6500 т.

Существенным резервом экономии топлива, расходуемого тепловозным парком, является переход с 2-тактных на 4-тактные дизели. Например, дизели 2Д100 и 10Д100 имеют удельный расход топлива 238 и 228 г/(кВт·ч). При замене их 4-тактными двигателями типа Д49 с удельным расходом топлива 208 г/(кВт·ч) достигается экономия топлива соответственно 14 и 10 %. Важным является также малый удельный расход топлива тепловоза дизелем на холостом ходу и на частичных режимах.

Характеристики магистральных тепловозов, выпускаемых отечественной промышленностью, представлены в таблице 1, маневровых и промышленных — в таблице 2. В обозначениях серий тепловозов используются следующие буквы: Т — тепловоз, Э — с электрической передачей, Г — с гидравлической или гидромеханической, П — пассажирский, М — маневровый, У — узкоколейный.

Преимущества тепловозов по сравнению с другими видами локомотивов определяют дальнейшие пути развития н расширения тепловозной тяги, а также совершенствование конструкций. Одной нз главных задач при этом является создание новых систем автоматического. управления, облегчающих труд машиниста. Перспективно внедрение микропроцессорной техники и ЭВМ, которые обеспечивают точное соблюдение времени движения по перегону, оптимальный режим работы силовой установки, благодаря чему возможна экономия топлива. К числу первоочередных задач относятся повышение надёжности, снижение стоимости, а также обеспечение технологичности изготовления и ремонта при техническом обслуживании, от которых зависят повышение моторесурса дизелей и увеличение межремонтных пробегов.

Внедрение полупроводниковых элементов (тиристоров) позволяет создать бесколлекторный асинхронный тяговый электродвигатель, обеспечивающий плавное регулирование скорости. Освоены и эксплуатируются на тепловозах синхронные генераторы переменного тока, создаются тепловозные асинхронные электродвигатели.

Тепловозы, выпускаемые за рубежом, имеют различные технико-экономические показатели и конструктивное исполнение (рис. 9, 10).

С конца 1980-х годов в США и Канаде сохраняется тенденция создания мощных магистральных тепловозов с электрической передачей, предназначенных для работы в диапазоне температур от —40 до 50 °C. Тепловозы серии 69РН фирмы «Дженерал моторс корпорейшен» имеют электрическую передачу переменного тока с трёхфазными асинхронными двигателями, 12-цилиндровые дизели типа 71063 мощностью 2200 кВт; максимальная скорость тепловоза 177 км/ч; сила тяги 276 кН при трогании с места и 220 кН при продолжительном режиме. В силовом оборудовании тепловоза используются тиристоры на напряжение 4500 В при силе тока до 3000 А с управляющим импульсом 1—З А. Тяговую передачу и инвертор для энергоснабжения пассажирских вагонов поставляет немецкая фирма «Сименс» («Siemens»). Тяговый импульсный инвертор с управляемыми тиристорами н фреоновым охлаждением выпускаются в модульном исполнении для питания двух асинхронных тяговых электродвигателей. С помощью инвертора, унифицированного с тяговым генератором и получающего питание от главного генератора, осуществляется электроснабжение пассажирских вагонов на переменном токе напряжением 480 В при частоте 60 Гц, мощностью 800 кВт.

В создаваемых вновь и в переоборудуемых тепловозах используется микропроцессорная техника в системах управления и контроля за работой оборудования. При перестройке тепловоза устаревшие дизели заменяют более совершенными и мощными, например, фирма «Катерпиллер» («Caterpiller») использует двигатели с программным управлением; устанавливают новые главные генераторы фирмы «Като» (Cato), электрический привод всех вспомогательных устройств, лопастной компрессор.

На железных дорогах Германии эксплуатируются тепловозы главным образом с электрической передачей. Тепловозы распространённой серии DE 1024 имеют 12-цилиндровый 4-тактный дизель фирмы МаК (MAC) мощностью 2650 кВт, который позволяет развивать максимальную скорость 160 км/ч, обеспечивает силу тяги 405 кН при трогании с места. На тепловозе используется главный генератор с инверторами и тиристорами. Инвертор служит также для питания энергией системы отопления пассажирских вагонов либо используется для увеличения силы тяги грузовых поездов.

Наиболее распространены на железных дорогах Франции тепловозы фирмы «Альстом» с электрической передачей; мощность дизеля 2650 кВт; максимальная скорость Тепловоза 140 км/ч. На ряде тепловозов этой серии установлены дизели мощностью 3100 кВт, позволившие развивать скорость до 160 км/ч (например, на участке Париж — Нант).

В Великобритании в эксплуатации находятся грузовые тепловозы фирмы «Браш» класса 60 с 8-цилиндровым 4-тактным дизелем мощностью 3100 кВт; максимальная скорость 100 км/ч; сила тяги при трогании с места 410 кН, максимальная — 500 кН. Электрическая передача имеет главный генератор переменного тока, выпрямитель и шесть тяговых двигателей постоянного тока с независимым возбуждением. В системах регулирования дизеля и электрической передачи использован микропроцессор с датчиком скорости радиолокационного типа.

Железные дороги Польши обслуживают тепловозы фирмы «Колмекс» (Colmex), имеющие электрическую передачу. На тепловозах установлен 16-цилиндровый дизель типа 2116, который изготовляется по лицензии фирмы «ФИАТ» (FIAT), имеет мощность 2200 кВт; максимальная скорость тепловоза 140 км/ч; сила тяги 155 кН при продолжительном режиме.

На железных дорогах Чехии и Словакии, ряда других стран Европы, а также на сети отечественных железных дорог эксплуатируются тепловозы завода «ЧКД Локомотивка». На железных дорогах нашей страны эти тепловозы известны как локомотивы серии ЧМЭ, предназначены для маневровой работы. Выпущены тепловозы серии ЧМЭ2 (мощность 550 кВт, ЧМЭ3 (мощность 955 кВт), ЧМЭ5 (мощность 1470 кВт0.

Венгерские тепловозы производства предприятия «Ганц-Маваг» (Gantz-Mavag) эксплуатируются на собственных железных дорогах и экспортируются в ряд стран, в том числе в нашу страну, где известны как тепловозы серии ВМЭ1 (мощность 451 кВт), используются на маневровой работе.

Общей для зарубежных стран в перспективе создания тепловозов является тенденция увеличения частоты вращения дизеля, обеспечения нагрузки на рельс от одной колёсной пары до 300 кН, широкое применение тиристорной и микропроцессорной техники, снижение массы локомотива, выпуск универсальных тепловозов.

Отечественные тепловозы

Серия	Год постройки первого образца	Осевая характеристика секции	Секционная мощность, кВт	Осевая нагрузка, т	Сила тяги длительного режима, кН	Скорость длительного режима, км/ч	Конструкционная скорость, км/ч	Длина по автосцепкам
2ТЭ10М	1981	3о-3о	2206	226	245	24,6	100	16 969
ТЭ136	1984	2о+2о-2о+2о	4412	245	470,4	25,15	100	24 750
2ТЭ126	1987	1+2о+2о-2о+2о+1	4412	245	470,4	25,6	100	24 750
2ТЭ121	1978	3о-3о	2942	245	294	27	100	21 000
2ТЭ116	1971	3о-3о	2250	226	255	24	100	18 150
ТЭП70	1973	3о-3о	2942	220,6	167	48	160	21 700
ТЭП75	1976	3о-3о	4412	225,5	176,5	70	160	21 700
М62	1965	3о-3о	1471	190	196	20	100	17 500
ТЭ127	1985	3о-3о	1765	157	176,6	25,8	120	19 000

ТЭМ33 — первый российский двухдвигательный маневровый тепловоз.

В сентябре 2017 года, компания «Трансмашхолдинг» представила на международной выставке «ЭКСПО-1520» 16 новых модификаций железнодорожного транспорта. Из представленных экспонатов, 6 были изготовлены на мощностях Брянского машиностроительного завода. Среди новинок можно выделить маневровый тепловоз ТЭМ33 – первая техника этой категории, оснащённая двумя дизельными двигателями. В качестве прототипа был использован тепловоз ТЭМ 18ДМ, успевший себя зарекомендовать исключительно с положительной стороны в плане надёжности, производительности и безопасности.

Основные узлы

Новинка представляет собой шестиосную модификацию, которая оснащается двумя дизельными установками. Агрегаты могут работать в режиме суммарной отдачи мощности или по отдельности. Такая схема помогает вариативно изменять производительность, что позволяет оптимизировать тяговое усилие и избежать перерасхода горючего. В качестве силовых установок использована продукция компании Caterpillar, модели C18 ACERT. Производительность каждой станции составляет 571 кВт, номинальная частота вращения вала – 1 800 об/мин. Двигатели отличаются высоким моторесурсом, экономичным потреблением топлива на пиковых нагрузках, соответствуют требованиям экологической безопасности.

Изменениям подверглась и ходовая часть. Здесь изменения коснулись колёсно-моторных блоков. В частности, тяговые электродвигатели теперь опираются на подшипники качения прессованного типа. Такая схема полностью исключает перекосы, которые являются основной причиной преждевременного износа подшипников и зубчатых передач, а соответственно и колёсной пары. В результате не только исключаются простои техники, вызванные незапланированным ремонтом, но и упрощается процесс обслуживания, снижаются эксплуатационные расходы.

Конструкция

Конструкция подразумевает модульную сборку, где основные узлы и механизмы разбиты на 4 отсека:

• Генераторная.
• Модуль электрооборудования.
• Пневматика.
• Кабина управления.

Основные узлы унифицированы, что заметно сокращает расходы на ремонт и переоборудование.

Кабина

Не забыли конструкторы о комфорте для машиниста. Кабина стала намного просторнее, органы контроля и управления скомпонованы по отдельным блокам. Здесь предусмотрено панорамное остекление, открывающее обзор в обоих направлениях. Кроме этого, управлять тепловозом удобно в любом положении: сидя или стоя. Внутри созданы все условия для комфортной и продолжительной работы:

• Улучшенная шумоизоляция.
• Термический модуль, где можно хранить и подогревать пищу.
• Умывальник с тёплой водой.
• Системы отопления и вентиляции.
• Биотуалет.

Кроме этого, кабина оборудована системой диагностики, которая отображает техническое состояние тепловоза перед выходом на линию, контролирует состояние основных узлов и механизмов.

Технические характеристики

Модель ТЭМ33 предназначена для выполнения тяжёлых манёвров с подвижным составом, и обладает следующими техническими параметрами:

• Эксплуатационная масса – 123 тонны.
• Производительность каждой силовой установки – 777 л. с.
• Номинальная транспортная скорость – 100 км/час.
• Номинальная тяга при скорости – 7.8 км/час.
• Экипировочная загрузка топливом и песком – 5 400 и 1 000 килограмм соответственно.
• Допустимая нагрузка на каждую ось – 20 тонн.
• Расчётное тяговое усилие – 226 кН (при новых бандажах).
• Длина по автосцепкам – 17.5 м.
• Ширина – 3.1 м.
• Высота – 5.08 м.
• Предусмотрено вариативное изменение колеи: 1 435 и 1520 мм.

Кузов относится к капотному типу, размещён на опорной раме. Расчётная продолжительность эксплуатации – не менее 40 лет.

Дальнейшие перспективы

В настоящее время, выпущен один маневровый тепловоз ТЭМ33, который недавно завершил тестовые испытания в депо «Брянск-2». Машина проработала свыше 300 часов, показав отличные результаты по всем параметрам. В частности, новинка по многим показателям превосходит все тепловозы серийного производства. Огромную роль в этом играет спаренная силовая установка с возможностью разделения потоков мощности. Маневровые тепловозы, которые сейчас работают на железных дорогах нуждаются в максимальной мощности двигателя только при разгоне. В остальное время, машинам необходимо примерно 40 % от номинальных значений. В результате, дизель-генератор работает с удивительно низким КПД и расходует топливо впустую.

На ТЭМ33 производительность двигателя настраивается в зависимости от необходимого усилия, что в среднем обеспечивает 10-15% экономии горючего. Кроме этого, данная модель тепловоза соответствует требованиям экологической безопасности, и не загрязняет окружающую среду. В настоящее время, маневровые тепловозы этой серии планируются для серийного производства, и введение их в эксплуатацию позволит сократить стоимость железнодорожных перевозок по стране в целом.