Как устроен и работает тепловоз (часть 4)

Добро пожаловать в цикл статей об устройстве тепловозов, где изложение ведется простым и понятным языком. В материале я рассказываю о работе тех или иных узлов и агрегатов локомотивов. Чтобы начать с начала, или интересующего вопроса нет в этой статье, вот ссылка на первую часть.

Устройста защиты

На всех тепловозах кроме защиты по температуре воды и масла, а также по давлению масла, существует и защита от коротких замыканий, пробоя изоляции, например, в силовых цепях – реле «земли» РЗ. При резком возрастании тока, что происходит при КЗ, РЗ сработает и немедленно разберется цепь тяги, отключится цепь возбуждения главного генератора и говоря профессиональным языком произойдет сброс нагрузки, на пульте машиниста загорится сигнальная лампочка и будет подан звуковой сигнал. 

Также в цепях возбуждения находится реле обрыва полюсов – РОП, но его работу рассматривать не будем. Существует еще одна очень серьезная опасность в работе дизеля, это пробой газов в его картер. Величина разряжения в картере контролируется устройством под названием – дифференциальный манометр (дифманометр). Если произойдет пробой газов в картер дизеля и величина разряжения изменится, то изменится уровень контрольной жидкости в одной из его трубок, это приведет к размыканию электрического контакта в дифманометре, цепь разомкнется через реле и дизель остановится. Мы уже рассматривали остановку дизеля по давлению масла, сейчас познакомились с дифманометрам, а вот в какой цепи стоят контакты реле давления масла и дифманометра? 

Что конкретно останавливает дизель? 

Все эти реле стоят в цепи блок-магнита. Блок-магнит установлен на объединенном регуляторе частоты вращения и мощности (РЧВ) и имеет шток, который связан с золотником, регулирующем подачу масла под поршни гидравлического сервомотора РЧВ.

Вот когда дизель запущен, то блок-магнит постоянно получает питание, его шток убран и не влияет на работу золотника. Но при срабатывании одного из реле защиты электрическая цепь размыкается и блок-магнит теряет питание. Соответственно его шток переводит золотник РЧВ на остановку и масло из полости под поршнем сервомотора стекает в бак регулятора, поршень сервомотора перемещает топливные рейки в положение прекращения подачи топлива и дизель останавливается. Все не очень сложно. 

Защита от боксования

Тепловозы оборудованы и защитными устройствами при боксовании колесных пар. На разных типах локомотивов устройства разные, существуют и целые комплексные противобоксовочные системы, но суть их одна – вовремя среагировать и прекратить боксование, при невозможности сбросить нагрузку дизеля, то есть разобрать схему тяги. Принцип работы этого устройства прост – катушки реле боксования (РБ) включены на выводах обмоток якорей ТЭД и настраиваются на разность напряжений, которые обязательно возникают в цепях якоря при боксовании.

Если все нормально и не один ТЭД не боксует, то напряжение на выходе обмоток якорей одинаково и величина тока в катушке реле боксования равна нулю. Ну а если ТЭД забоксовал, например, первый, обороты якоря резко возросли и в нем наводится большая противоЭДС, соответственно ток в данном якоре уменьшится, уменьшится и напряжение на выходе обмотки этого якоря. Так как на якоре небуксующего соседнего ТЭД величина тока и напряжения остаются неизменными, то из-за разницы этих напряжений в катушке РБ возникает ток и реле срабатывает, результат я описал выше. Машинист увидит загорание сигнальной лампы на пульте, услышит сигнал зуммера и уменьшит позиции контроллера или сбросит их до нуля, подаст песок под колесные пары, если он этого не сделает, то за него все это сделает противобоксовочная система.

Скажу сразу, в основном боксование происходит при трогании с места и при мокрых рельсах (дождь или снег). Увидеть и почувствовать, что боксует ТЭД где-нибудь в середине тепловоза или на другой секции со своего рабочего места машинисту практически невозможно, вот тут сигналы системы очень кстати. Но в основном боксовке подвержен первый ТЭД и ТЭД первой тележки. Здесь боксовка чувствуется конкретной тряской и характерным звуком, который издает боксующий ТЭД, ну и стрелки килоамперметра и киловольтметра прыгают. Меры к прекращению боксования принимаешь сам, немедленно.

Песочная система

Раз уж мы заговорили о боксовании и песке, который его хорошо прекращает, то поговорим немного о песочной системе тепловоза. Каждый тепловоз имеет песочную систему, как и все типы локомотивов. Система состоит из бункеров для песка, трубопроводов, электропневматических вентилей, трубок подачи песка непосредственно под колеса и органов управления – ножных педалей и кнопок.

Бункера заполняются исключительно просушенным и имеющим определенные размеры песчинок песком. Это для того, чтобы песок не смерзался при наличии влаги и не забивал трубопроводы и вентили. Если надо подать песок, то машинист нажимает под ногой педаль, срабатывают электропневматические вентили и песок из бункеров под давлением воздуха по трубопроводам устремляется под колесные пары и высыпается под них через трубы с резиновыми наконечниками, направленными аккурат под круг катания колеса. Если надо подать песок только под первую колесную пару, то машинист может это сделать кнопкой на пульте управления. Трубы с резиновыми наконечниками располагаются под крайними колесными парами каждой тележки и песок подается по ним в зависимости от направления движения.

Валы отбора мощности

Вернемся к дизелю. На тепловозе расположено много машин и агрегатов, использующих вращающий момент, берется он конечно от вала дизеля, а как, и посредством чего? На дизелях с обоих торцов установлены редукторы отбора мощности. В задней части дизеля установлен задний распределительный редуктор, через него посредством карданных валов, получают вращение вал гидромуфты вентилятора и приводы вентилятора ТЭД задней тележки.

Впереди со стороны главного генератора установлен передний редуктор отбора мощности, через него также посредством карданных валов вращающий момент передается вентилятору главного генератора, вентилятору ТЭД первой тележки, двухмашинному агрегату, еще производится отбор мощности и на синхронный подвозбудитель.

Вентиляторы ТЭД и главного генератора представляют собой обычные небольшие вентиляторные колеса. Ну и на валу дизеля находится еще и компрессор, установленный обычно впереди главного генератора. Компрессор качает воздух в главные резервуары, расположенные под рамой тепловоза. Вся эта система отбора мощности очень серьезно ее и отбирает у дизеля, существенно снижая его мощность на валу. Поэтому на современных тепловозах приводы вентиляторов, компрессоров и других машин делают электрическими. Но опять-таки, все зависит от конструкции конкретного тепловоза. 

Тяговые электродвигатели

Немного о тяговых электродвигателях. Как передается тяговое усилие через раму тележки на раму и кузов тепловоза я описал выше, а вот как в раме этой самой тележки устанавливаются ТЭД и как они вращают колесные пары? Существует два вида подвески ТЭД: опорно-осевая и опорно-рамная. В первом случае один торец ТЭД жестко крепится через пружины к балке рамы тележки, а другой опирается на ось колесной пары через моторно-осевые подшипники, которыми ось и крепится к ТЭД. На валу якоря ТЭД напрессовываются шестерни с двух или с одной стороны, в зависимости от конструкции. На колесных парах напрессованы шестерни побольше, которые входят в зацепление с шестернями ТЭД, все это закрывается кожухом и называется редуктором.

Вот так, посредством двух шестерней в редукторах и передается вращающий момент от вала якоря ТЭД к колесной паре. Все ТЭД подключены к силовой цепи изолированными силовыми кабелями, разделенными друг от друга и закрепленными в деревянных клицах. Во втором случае ТЭД крепится к раме тележки, вращающий момент передается от вала якоря ТЭД к колесной паре через редуктор, только редуктор имеет конструктивные отличия, но принцип тот-же. Зато опорно-рамное подвешивание ТЭД не требует установки моторно-осевых подшипников и постоянного контроля уровня смазки в них.

Кабина управления

Управление дизель-генераторными установками и всеми системами тепловоза осуществляется с пульта управления, установленного в кабине машиниста. На тепловозе установлен прожектор, имеющий два режима – тусклый и яркий, переключаемый машинистом, буферные фонари, которые не освещают путь, но необходимы в системе осигнализирования тепловоза, определенной в инструкции по сигнализации.

Двери в кабины имеют хорошую звукоизоляцию, на некоторых локомотивах существует еще и тамбур между дизельным отделением и кабиной машиниста (2М62). Кабины, особенно современных тепловозов вполне комфортабельны, имеют все необходимое для обеспечения нормальной работы локомотивной бригады. В дизельных отделениях устанавливаются санузлы, хотя есть один неплохой тепловоз, где их нет, это 2М62, но умывальники на них все-же установлены.

Многообразие моделей

Тепловозы выпускаются односекционными с кабинами машиниста с обоих сторон, как правило это высокоскоростные пассажирские тепловозы. Грузовые тепловозы строятся в двухсекционном исполнении и даже в трех и четырехсекционном (знаменитый 4ТЭ10С, работающий на БАМе). Управление ДГУ и всеми системами на многосекционных тепловозах осуществляется с одного пульта машиниста. Секции тепловоза соединены между собой электрическими кабелями управления (ЖОКСАМи).

Тормозная, питательная и импульсная магистрали каждой секции соединены резиновыми рукавами и работают от тормозных приборов из одной кабины. Маневровые тепловозы яркие представители тепловозов «капотного» типа. Дизель устанавливается впереди, за ним кабина машиниста, и за ней устанавливается отсек с аккумуляторными батареями. Дизель закрыт капотом, в котором установлены двери, для его осмотра и обслуживания, передвижение вокруг ДГУ осуществляется по площадке, оборудованной ограждением. Локомотивной бригаде при смене направления движения не требуется переходить из кабины в кабину через весь тепловоз, а нужно просто повернуть голову и кресло в противоположную сторону, что конечно очень удобно при маневровой работе.

Принятые обозначение

Тепловозы с электрической передачей имеют обозначение – ТЭ. Род службы может добавляться отдельной буквой, например, ТЭП (Пассажирский), ТЭМ (Маневровый), род службы грузового тепловоза не указывается, но зато впереди цифрой указывается количество секций и в конце добавляется буквенный символ модификации, например, 2ТЭ10В, т.е. две секции тепловоза ТЭ10, грузовой, В – модификация, ну и так далее – 2ТЭ10Л; В; М; 3ТЭ10М; 4ТЭ10С. Только один легендарный тепловоз выбился из этой системы обозначений – М62, потому что, сразу проектировался и строился на экспорт, в чуть меньшем габарите и сначала в односекционном исполнении  для грузовой работы. Но так получилось, что эта, не побоюсь этого слова, славная и легендарная машина, сразу же прижилась на железных дорогах нашей страны и здорово работает на них по сей день, пережив кучу модернизаций, став многосекционным тепловозом – 2М62; 2М62У; 3М62У. А еще один его вариант – ДМ62 водил специальные поезда – передвижные ракетные комплексы, грозу американских милитаристов, которые впоследствии по их же указке и уничтожили.

Тепловозостроительные предприятия

Тепловозы строили:

• Коломенский тепловозостроительный завод, лидер по производству пассажирских тепловозов серии ТЭП, строит их он и сегодня;
• Ворошиловградский (Луганский) тепловозостроительный завод, практически все грузовые тепловозы строились на нем, это был поистине огромный завод, жалко, что был, по известным причинам мы его потеряли, да и видимо Луганская Республика его не сможет поднять; 
• Людиновский тепловозостроительный завод, специализируется на строительстве тепловозов с гидравлической передачей, но завод отметился очень хорошим маневрово-вывозным восьмиосным тепловозом с электрической передачей, мощностью 2000 л.с. – ТЭМ7 и двумя газотурбовозами-рекордсменами с электрической передачей ГТ1.
• Маневровые тепловозы серии ТЭМ строил и строит Брянский машиностроительный завод.

Практически это все заводы, что остались на сегодняшний день. Все современные тепловозы оснащаются микропроцессорной системой управления (МСУД).