На основании анализа условий эксплуатации тепловозов на промышленных предприятиях Муромский тепловозостроительный завод им. Ф. Э. Дзержинского проводит работу по дальнейшему совершенствованию конструкции тепловозов ТГМ23. На базе этого тепловоза создан тепловоз ТГМ23А (рис. 84), предназначенный как для работы внутри страны, так и для поставки на экспорт, в том числе в страны с тропическим климатом.
Новый тепловоз отличается от тепловоза ТГМ23 конструкцией кабины машиниста и капотов, которые выполнены в соответствии с требованиями технической эстетики и эргономики и значительно улучшают внешний вид тепловоза.
Кабина машиниста с улучшенной герметизацией и обзорностью в сочетании с устройством бдительности и новым пультом управления обеспечивает возможность управления тепловозом в одно лицо, что ежегодно дает народному хозяйству экономию 6 - 6,5 тыс. руб. на локомотив.
На тепловозе предусмотрена новая холодильная установка шахтного типа с вертикально расположенным вентиляторным колесом и теплообменником для охлаждения масла дизеля и масла гидропередачи, которая обеспечивает работоспособность тепловоза при температуре окружающего воздуха до 55° С, что особенно важно в горячих цехах металлургических предприятий и в странах с тропическим климатом. Привод вентилятора гидравлический, что-позволяет снизить динамические инерционные нагрузки на детали привода, повысить долговечность и надежность работы узла привода вентилятора в 1,5 - 2 раза.
На тепловозе ТГМ23А предусмотрена установка как серийной унифицированной гидропередачи УГП350 - 500 л. с. с учетом ее дальнейшей модернизации, так и новой двухтрансформаторной гидропередачи. Модернизация существующей гидропередачи УГП350 - 500 л. с. осуществляется путем замены гидротрансформатора ТП-500 новым, высокоэкономичным гидротрансформатором с оптимальным передаточным отношением I = 0,5; замены серийных гидромуфт более энергоемкими и экономичными гидромуфтами и применения новой системы автоматического управления силовой установкой «дизель-гидропередача» с ограничением топлива по позициям контроллера.
На серийно выпускаемых тепловозах ТГМ23 применена одноимпульсная система автоматического управления силовой установкой со всережимным регулятором дизеля. Переключение гидроаппаратов гидропередачи происходит только в зависимости от скорости тепловоза. При работе дизеля на частичных нагрузках такая система неудобна в эксплуатации и неэкономична, так как приводит к незначительным провалам по к. п. д. гидропередачи и выходу дизеля на внешнюю моментную характеристику. Анализ совместной работы дизеля с гидропередачей, имеющей ступени гидромуфт, показывает, что основное преимущество ступеней гидромуфт, а именно их высокая экономичность, может быть использовано только при работе дизеля по скоростным'
характеристикам. В этом случае возможно осуществить переключение с гидротрансформатора на гидромуфту в зависимости не только от скорости тепловоза, но и от нагрузки дизеля, и, следовательно, делается возможным включение гидромуфты на частичных нагрузках с одновременным расширением скоростного диапазона использования гидромуфты.
Система управления дизель-гидропередачей состоит из привода регулятора скорости вращения дизеля с ограничителем подачи топлива для получения скоростных характеристик дизеля на ступенях гидромуфты и системы автоматического управления гидропередачей.
Как известно, всережимный регулятор дизеля во всех случаях при включении гидромуфты устанавливает рейку топливного насоса на максимальную подачу топлива, при этом дизель работает с повышенной тепловой и механической напряженностью. Перегрузку дизеля при включении гидромуфты можно исключить, если на каждой позиции контроллера машиниста ограничивать подачу топлива до определенной величины.
Привод регулятора обеспечивает управление дизелем через всережимный регулятор на холостом ходу и на режиме гидротрансформатора и путем изменения положения рейки топливного насоса (подачи топлива) при полностью затянутой пружине всережимного регулятора - на режиме гидромуфты.
Система автоматического управления гидропередачей предназначена для автоматического переключения гидроаппаратов в заданной последовательности в зависимости от перегрузки дизеля и скорости движения тепловоза. Кроме того, система эта включает в себя устройство защиты турбинных колес гидропередачи от разрушения при превышении скорости движения тепловоза, а также дизеля от разноса при превышении предельно допустимой скорости вращения вала дизеля.
Рис. 84. Продольный разрез и план тепловоза ТГМ23А
Система автоматического управления гидропередачей производит переключение гидроаппаратов в зависимости от отношения двух параметров: входных и выходных оборотов гидропередачи. В зависимости от соотношения этих параметров выдается сигнал на управляющие электроды тиристоров, в результате этого тиристоры поочередно включаются и выключаются, включая и выключая соответственно электрогидравлические вентили, которые в свою очередь включают в работу тот или иной гидроаппарат.
Дистанционный привод регулятора дизеля с устройством ограничения подачи топлива и перевода всережимного регулятора в однорежимный при работе на гидромуфте работоспособен и в сочетании с системой автоматического управления гидропередачей, обеспечивает оптимальные тягово-экономи-ческие характеристики тепловоза.
Новая система управления дизель-гидропередачей разработана Всесоюзным научно-исследовательским тепловозным институтом (ВНИТИ) совместно с Муромским тепловозостроительным заводом и проходит эксплуатационные испытания на опытных образцах тепловозов ТГМ23. Проведенная оценка экономичности тепловозов, оборудованных опытной системой управления дизель-гидропередачей, по сравнению с серийными тепловозами, не оборудованными такой системой, показывает, что опытные тепловозы расходуют топлива в среднем на 10 - 12% меньше серийных, а на отдельных режимах работы к. п. д. тепловозов с новой системой управления на 8 - 10% выше к. п. д. серийных тепловозов.
Значительная экономия топлива объясняется улучшением]экономических характеристик опытных тепловозов на частичных нагрузках в зоне наиболее часто повторяющихся в эксплуатации скоростей.
Новая двухтрансформаторная гидропередача, установленная на опытных тепловозах ТГМ23А, по сравнению с существующей трехаппаратной гидропередачей тепловозов ТГМ23 имеет значительно уменьшенные габариты и вес, надежней по конструкции и дешевле в изготовлении. Переключение гидротрансформаторов при равных значениях к. п. д. поддерживается автоматически на всех режимах работы тепловоза, что исключает возможность снижения к. п. д. гидропередачи на частичных режимах. Это особенно важно для маневрово-промышленных тепловозов. Скоростной диапазон двухтранс-форматорной гидропередачи (отношение максимальной скорости тепловоза к минимальной при к. п. д. не ниже 80%) равен 5 вместо 3,5 - гидропередачи УГП350 - 500 л. с. тепловоза ТГМ23.
Это значительно повышает тяговые качества тепловоза во всем диапазоне его скоростей и экономичность его работы в зоне малых скоростей, что крайне необходимо для тепловозов промышленного транспорта. Следует также отметить, что двухтрансформаторная гидропередача лучше согласуется в работе с дизелем 1Д12Н-500, что в конечном счете повышает ресурс турбокомпрессоров и дизеля в целом.
Расчетный срок службы двухтрансформаторной гидропередачи (моторесурс) не менее 20 000 ч вместо 15 ООО ч гидропередачи УГП350 - 500 л.с.
На опытных тепловозах ТГМ23А установлен новый, более совершенный реверс-режимный редуктор, внедрение которого началось в 1971 г. на серийных тепловозах ТГМ23.
На рис. 85 показан поперечный разрез нового реверс-режимного редуктора.
Поперечный вал реверса / опирается на четыре подшипника, которые попарно установлены в ступицах ведомых конических шестерен 3. На наружные поверхности ступиц ведомых конических шестерен установлены подшипники, через которые шестерни вместе с валом опираются на корпус. Ведомые конические шестерни находятся в постоянном зацеплении с ведущей конической шестерней. На шлицах вала / расположены две зубчатые муфты 8, лоторые могут свободно перемещаться по валу и сцепляться с внутренними
зубьями на ступицах ведомых конических шестерен, жестко связывая вал с одной из шестерен; при этом вторая муфта должна быть выведена из зацепления с конической шестерней.
Цилиндрическая шестерня 2 насажена на вал на шпонках, от нее через шестерню 6 вращающий момент передается на отбойный вал.
На наружной поверхности ступицы одной из шестерен 3 (правой по ходу тепловоза) нарезаны зубья, с которыми сцепляется цилиндрическая шестерня 11, от которой через коническую зубчатую пару 9 приводится во вращение датчик скоростемера 12.
Крышки 5 и 10 служат для фиксации в осевом направлении подшипников вала реверса. Кроме того, в крышках размещены механизмы переключения зубчатых муфт реверса, включающие переводные вилки 7 и переводные валы 4 с приваренными к ним рычагами. Для лучшего доступа к деталям механизма переключения крышки 5 и 10 выполнены разъемными, а с торца закрываются штампованными крышками.
По сравнению с серийным реверс-режимным редуктором новая конструкция реверса имеет лучшее направление муфт на шлицах вала, что уменьшает усилие, потребное при переключении, и устраняет случаи заеданий и перекосов муфт при переключении.
Форма и размеры муфт делают их более технологичными как при механической, так и при термической обработке. Вследствие того что опорные подшипники вала реверса расположены ближе друг к другу, облегчаются условия работы вала. Конструкция вала более технологична. Упрощены механизмы привода скоростемера и повышена его надежность. Повышена ремонтопригодность редуктора, так как обеспечивается возможность разборки редуктора без снятия его с тепловоза, облегчен доступ к узлам привода скоростемера, переключения режима, блокировочному клапану. Моторесурс нового реверс-режимного редуктора не менее 20 ООО ч вместо 15 ООО ч серийного редуктора.
Большие работы проводятся Барнаульским заводом транспортного машиностроения по дальнейшему совершенствованию конструкции и повышению надежности дизеля 1Д12Н-500. На тепловозе ТГМ23 № 666 установлен и проходит эксплуатационные испытания опытный дизель 1Д12Н-500М (8ЧН 21/21).
В отличие от серийного на опытном дизеле установлены:
турбокомпрессоры с повышенным давлением наддува;
коллекторы выпуска разделенные (импульсные), охлаждаемые с двумя каналами, каждый из которых объединяет выпуск трех цилиндров. Патрубок (переходник) подсоединения турбокомпрессора к коллектору выпуска также имеет два канала;
расширено устройство для слива масла из турбокомпрессоров. На верхнем картере дизеля установлен литой патрубок, к которому при помощи діоритового шланга и хомутов подсоединена труба слива масла большего диаметра;
в головках блока направляющие втулки клапанов, изготовленные из бронзы. Направляющие втулки клапанов имеют кольцевую канавку, в которую установлено уплотнительное резиновое кольцо, предупреждающее попадание масла в цилиндр дизеля;
поршни измененной геометрии с сульфоцианированными маслосъемны-ми кольцами повышенной упругости;
форсунки с гидрополированными отверстиями распылителей;
патрубок для перепуска охлаждающей жидкости из головки правого блока в выпускной коллектор с шестью резьбовыми отверстиями для установки датчиков автоматического контроля температуры охлаждающей жидкости при оборудовании силовой установки системой АПС и защиты;
кронштейны турбокомпрессоров измененной конструкции. Для предупреждения поломки фланцев коллектора и корпуса турбины при монтаже каждый кронштейн установлен на кожухе маховика на трех регулировочных болтах и закреплен к кожуху при помощи двух шпилек;
приспособление для промывки компрессора без остановки дизеля. Система промывки компрессора без остановки дизеля служит для поддержания в эксплуатации оптимальных параметров дизеля, турбокомпрессора и обеспечения надежной работы как турбокомпрессора, так и дизеля. Промывка проточной части компрессора на работающем дизеле производится топливом с помощью специального устройства, представляющего собой систему из клапана впрыска топлива, трубопроводов- и жиклеров.
На тепловозе ТТМ23А прорабатывается установка нового дизеля 8ЧН21/21, создаваемого Свердловским турбомоторным заводом. Новый дизель 8ЧН21/21 четырехтактный с У-образным расположением цилиндров водяного охлаждения, с газотурбинным наддувом и охлаждением наддувочного воздуха. Удельный расход топлива на номинальной мощности дизеля 160 +5% г/э. л. с. ч, при работе в диапазоне 60 - 90% номинальной мощности - 155 + 5% г/э. л. с. ч.
Удельный расход масла на угар номинальной мощности не более 2,5 г/э. л. с. ч.
Система охлаждения дизеля водяная, замкнутая с принудительной циркуляцией, состоящая из двух контуров: контура охлаждения дизеля и контура охлаждения наддувочного воздуха.
Система смазки циркуляционная под давлением с «мокрым» картером, имеет два контура с двумя масляными насосами. Первый контур, служащий для прокачки масла с давлением 2 - 3 кГ/см2 через теплообменник, устанавливается отдельно от дизеля. Второй контур обеспечивает подачу масла через масляные фильтры в двигатель при давлении 5 - 7 кГ/см2. Система электрической сети дизеля двухпроводная, постоянного тока.
Система управления дизелем дистанционная, электропневматическая с пульта управления тепловозом. Дизель будет иметь оборудование, необходимое для обеспечения автоматизации процессов пуска и остановки, дистанционного управления, контроля и защиты. Дизель будет обеспечивать надежную
работу на частичных нагрузках, включая пуск и холостой ход, без выбрасывания топлива и масла, а также разжижения смазочного масла топливом. На раме тепловоза дизель монтируется через упругие амортизаторы.
Конструкция и компоновка агрегатов и узлов дизеля обеспечат свободный доступ к ним при обслуживании и удобный монтаж и демонтаж на тепловозе. Новый дизель 8ЧН 21/21 находится на уровне лучших зарубежных двигателей аналогичного класса и отвечает всем требованиям, предъявляемым к современным тепловозным дизелям.
Учитывая многочисленные пожелания эксплуатирующих организаций, заводом проводятся мероприятия по увеличению сцепного веса тепловоза ТГМ23 до 48 - 50 т и повышению тормозного усилия на 30 - 50%.
Наряду с совершенствованием конструкции тепловоза ТГМ23 заводом намечается провести в девятой пятилетке (1971-1975 гг.) опытно-конструкторские работы по созданию нового промышленного тепловоза мощностью 400-600 л. с., наиболее полно удовлетворяющего все возрастающие требования железнодорожного промышленного транспорта. При рассмотрении вопроса о выборе типа передачи для промышленного транспорта на перспективу предпочтение следует отдать гидравлической передаче, хотя к. п. д. электрической передачи несколько выше, чем гидравлической.
Неоспоримыми преимуществами гидравлической передачи являются:
лучшие тяговые свойства тепловоза с гидропередачей при трогании и возможность длительной реализации высокой силы тяги при очень низких скоростях;
меньшая чувствительность к тяжелым климатическим условиям, особенно при больших количествах осадков и запыленности воздуха;
меньшая стоимость гидравлической передачи по сравнению с электрической;
меньший объем и стоимость ремонтных работ и обслуживания тепловозов с гидравлической передачей.
Как известно, маневрово-промышленные тепловозы работают в условиях широкого диапазона нагрузок и скоростей движения, в связи с чем значительная часть работы трансмиссий происходит в условиях переходных режимов: трогания и разгона, торможения и реверсирования. Относительный расход времени на осуществление этих переходных процессов определяет маневровые качества тепловоза. В гидравлической передаче переходные процессы связаны с опорожнением одних и заполнением других гидроаппаратов. В связи с этим большой интерес представляет выполненная коллективом конструкторов Муромского тепловозостроительного завода в объеме эскизно-технического проекта работа по созданию новой гидравлической передачи с гидрореверсированием. Проектная передача включает в себя два одинаковых блока гидротрансформаторов, каждый из блоков состоит из двух гидротрансформаторов: пускового и маршевого. В зависимости от заполнения маслом гидротрансформаторов первого или второго блока осуществляется передний или задний ход тепловоза, причем переключение, осуществляемое гидравлическим путем, выполняется во время движения тепловоза.
При движении, например, вперед и включении пускового трансформатора гидроблока заднего хода вначале осуществляется торможение, а затем после остановки тепловоза - плавный переход в обратное направление движения. Интенсивность торможения регулируется оборотами дизеля.
Вследствие того что заполнение гидротрансформатора маслом начинается до остановки тепловоза, гидроаппарат к моменту начала движения после реверсирования оказывается заполненным, а его момент стабилизирован, что значительно, в несколько раз, сокращает время на переходные процессы при реверсировании. Вместе с тем гидравлическое реверсирование позволяет избавиться от механического реверса, упрощает систему блокировки механических ступеней передачи, делает излишней установку специального блокировочного клапана и пневмоэлектрических систем, необходимых при механическом реверсировании.
При малых скоростях отпадает надобность в применении колодочного тормоза, а это, помимо улучшения маневрирования тепловоза, приведет к значительной экономии тормозных колодок и уменьшению износа колесных пар.
Тепловоз с гидропередачей с гидравлическим реверсированием может оказаться особенно эффективным в условиях производства, связанного с частыми изменениями направления движения и торможения, например в металлургическом производстве.
На перспективном тепловозе предусматривается вариант установки механической передачи. Механическая передача является наиболее простой по своему конструктивному исполнению и обладает очень высоким к. п. д. Смысл применения механической передачи возрастет, если будет создан двигатель с высоким коэффициентом приспособляемости и степенью эластичности, а также хорошим полем удельных расходов топлива в рабочей зоне изменения скорости вращения вала. Созданием такого двигателя занимается в настоящее время Центральный научно-исследовательский дизельный институт.
Большой интерес представляет схема гидромеханической передачи с разделением потока мощности, состоящая из дифференциала, двух гидротрансформаторов, работающих параллельно с механической передачей. Тягово-экономические характеристики такой передачи особенно высоки и выгодно отличаются от чисто механических и гидравлических передач.
Перспективный тепловоз должен быть оборудован:
системой, обеспечивающей возможность управления тепловозом в одно лицо;
локомотивной радиостанцией, а также устройством, обеспечивающим радиосвязь машиниста со сцепщиком или составителем;
установкой для кондиционирования воздуха в кабине машиниста с направленным действием охлаждающего воздуха на машиниста и помощника;
устройством, обеспечивающим постоянный подпор очищенным воздухом в машинном отделении;
системой звуковой и световой сигнализации о возникновении пожара;
установкой для гашения пожара;
устройством для нейтрализации выпускных газов;
малогабаритным холодильником для хранения пищи;
электроподогревателем закрытого типа для подогрева пищи;
рукомойником и санузлом;
скоростемером, обеспечивающим достаточную точность измерения скорости в диапазоне 3 - 5 км/ч;
устройством для обдува стрелочных переводов и другими устройствами.
Подъемочный ремонт | Конструктивные особенности и техническая характеристика тепловоза |