Вагоны промышленного транспорта

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Подвижной состав промышленного железнодорожного транспорта»

Для студентов дневного и заочного отделения специальности

6.070101.02 «Организация перевозок и управление на транспорте (ведомственном)»

Мариуполь 2012 г.

УДК 656.2.073(072)

Конспект лекций для изучения курса дисциплины “Подвижной состав промышленного железнодорожного транспорта” (учебное пособие) для студентов специальности 6.070101.02 “Организация перевозок и управление на транспорте (ведомственном)” / Сост. Красулин А.С. – Мариуполь.: ПГТУ,- 2012.

Приведена программа курса “Подвижной состав промышленного железнодорожного транспорта”, указания к изучению программного материала, перечислены учебные программные вопросы.

Составитель:

ст. преподаватель А.С. Красулин

Рецензент:

к. т. н., доцент Ю.В. Гусев

Ответственный за выпуск:

Зав. Кафедрой “Промышленный транспорт”

д. т. н., профессор В.Э. Парунакян,

Утверждено на заседании кафедры «Промышленный транспорт»

протокол № 1 от « 29 » 08 2012 г.

Рекомендовано методической комиссией

факультета транспортных технологий

протокол № 7 от « 12 » 09 2012 г.

Лекция 1

Введение. Общие сведения по подвижному составу железнодорожного транспорта. Характеристика перевозочного процесса и особенности эксплуатации подвижного состава в условиях промышленных предприятий. Требования, предъявляемые к подвижному составу.

Подвижной состав используют для перевозок пассажиров и грузов. Различают тяговый п/с, который движется сам, и вагоны, прицепляемые к нему. В зависимости от источника энергии и машин для превращения её в механическую работу тяговый п/с разделяют на автономный и неавтономный. Автономный – не требующий подвода энергии из вне, т.е. он имеет первичный двигатель, например дизель (тепловозы). Неавтономный – получает энергию от внешнего источника питания – энергосистем или электростанций.

В условиях перехода к рыночной экономике повысились требования к качеству транспортного обслуживания предприятий и организаций народного хозяйства. Особенно это касается промышленного транспорта, обслуживающего непосредственно производство и участвующего в его технологическом процессе.

Промышленный транспорт является составной частью единой транспортной системы (ЕТС), но в отличие от магистрального, не функционирует как единое хозяйство в масштабе всей страны ни в техническом, ни в организационном отношении, находясь, как правило, в ведении обслуживаемого предприятия.

По территориальному признаку и связи с технологическим процессом производства ПТ разделяется на внешний и внутренний (межцеховый и внутрицеховый). Внешний ПТ предназначен для доставки сырья, топлива, материалов, оборудования и др. грузов, а также вывоза с территории предприятий готовой продукции. Внутренний ПТ осуществляет перевозки грузов между цехами и складами, между карьерами, отвалами, обогатительными фабриками. Если эти перевозки входят в технологический процесс производства готовой продукции, то этот транспорт называют внутренним технологическим.

Промышленный транспорт предприятий бывает различных видов: железнодорожный широкой и узкой колеи, автомобильный, водный, конвейерный, канатно-подвесной, трубопроводный, а также других специализированных видов. Развитие промышленного ж/д транспорта стимулировалось ростом объёма внутренних перевозок грузов, усложнением условий перевозочной работы, повышением требований производства к транспортному обслуживанию.

ПТ предприятий металлургии занимает ведущее место в системе промышленного транспорта страны, и, прежде всего в развитии технических средств и технологий перевозок. Это обусловлено тем, что металлургия является самой транспортноёмкой отраслью промышленности страны.

Например: на 1 т стали на заводе с полным металлургическим циклом требуется перевозка примерно 12 т руды, флюсов, шлака и других грузов, из которых до 8 т перемещается в пределах предприятия, а общий объём перевозок на 1 т стали по отрасли составляет 20, 7 т.

На долю ж/д транспорта в промышленности приходится около ⅓ всего объёма перевозок промышленным транспортом. Развёрнутая длина ж/д путей промышленного транспорта составляет почти 75% развёрнутой длины магистральных железных дорог, а объём перевозок грузов превышает почти в 3 раза.

Ж/д транспорт предприятий металлургии представляет собой сложное многоотраслевое хозяйство, на нём занято около 10% всех работающих отрасли. За период своего развития он прошёл путь от чугунных дорог до крупнейших современных предприятий, оснащённых современными тепловозами, электровозами (тяговыми агрегатами), специализированными вагонами (окатышевозами, коксовозами, агловозами и др.). До Великой Отечественной войны основным локомотивом на железных дорогах был паровоз. Наряду с паровозами наша промышленность осваивала производство электровозов (с 1932г) и тепловозов (с 1924г). В послевоенные годы неэкономичные паровозы стали интенсивно заменять более совершенными, мощными и экономичными локомотивами: электровозами и тепловозами. Экономическая природа ж/д промышленного транспорта определяет два основных требования к его техническим средствам и организации работы: с одной стороны, ПТ должен полностью удовлетворять условиям технологического процесса работы предприятия и иметь уровень развития, полностью соответствующий уровню данного производства, а с другой стороны - соответствовать уровню развития магистрального транспорта, с которым он находится в постоянном взаимодействии, и подвижной состав которого (локомотивы, вагоны) обращается по путям промышленного транспорта.

Технологический процесс основного производства накладывает свои ограничения на скорость движения поездов. Силовая установка локомотива работает в режиме непрерывно изменяющейся нагрузки – от холостого хода до полной мощности. В металлургической промышленности при перевозке горячих грузов (жидкого чугуна, шлаков, горячих слитков, горячей обрези металла и др.) подвижной состав подвергается воздействию высоких температур (200-440°С). Внутризаводские пути имеют уклоны до 20‰, а для путей технологических перевозок введены значительно большие ограничения крутизны уклонов (жидкий чугун – до 5‰, жидкий шлак - 15‰, горячие слитки - 4‰). Заводские пути, как правило, имеют большое число кривых малого радиуса (40 м). Количество стрелочных переводов достигает до 9 на 1 км пути. Большой коэффициент застройки заводской территории приводит к тому, что видимость пути, а, следовательно, и скорость передвижения составов на внутризаводских путях ограничены.

Конструкции первых промышленных тепловозов не учитывали указанных особенностей на промышленных предприятиях, в результате чего тепловозы первого поколения имели ряд серьёзных недостатков, ограничивающих сферу применения дизельных локомотивов для обеспечения перевозками основного производства. В настоящее время поставляются новые маневровые и промышленные локомотивы для промышленного ж/д транспорта. Промышленные маневровые тепловозы в отличие от маневровых тепловозов магистральных железных дорог имеют: автосцепку с расцеплением из кабины, возможность вписывания в кривые минимальных радиусов – 40 и 50 м, топливные, масляные и воздушные фильтры, обеспечивающие нормальную работу дизелей на предприятиях с повышенной запылённостью воздуха; гидропередачи маневровых тепловозов, позволяющие ускорять процессы наполнения и опорожнения гидроаппаратов; минимальные вентиляционные потери в гидромуфтах, высокий КПД гидропередачи в зоне малых скоростей движения тепловоза; автоматическую систему подогрева дизеля после длительной стоянки в зимнее время; специальные противопожарные устройства, обеспечивающие использование тепловозов на пожаро- и взрывоопасных участках предприятия; сцепку для соединения тепловоза со сталеразливочными составами (на ТГМ 23) и устройства тепловой защиты, для перевозки горячих грузов (ТГМ 23).

Эксплуатация транспортных средств промышленного ж/д транспорта осуществляется в особых условиях, которыми определяются основные параметры и конструктивные особенности подвижного состава ПТ.

Размеры любой единицы подвижного состава в порожнем или груженом состоянии не должны выходить за пределы габарита подвижного состава. В соответствии с ГОСТ 9238-83 под габаритом подвижного состава понимают предельное поперечное (перпендикулярное оси пути) очертание, в котором должен помещаться подвижной состав на прямом горизонтальном пути. Габарит подвижного состава соответствует габариту приближения строений, внутрь которого не должны заходить никакие части сооружений и устройств, не предназначенные для непосредственного взаимодействия с подвижным составом (исключение составляют контактный провод с деталями крепления, вагонные замедлители в рабочем состоянии и так далее).

Освоению возросших объёмов перевозок и внедрению новых локомотивов и вагонов способствует развитие теории тяги поездов. Она позволяет выбрать оптимальные массы поездов, определять пути повышения провозной и пропускной способности линий, улучшения использования локомотивов и повышения эффективности их работы. Это всё достигается в результате проведения тяговых расчётов, в которые входит определение масс составов, скоростей движения поездов, времён хода, затрат электроэнергии или топлива на тягу и использования мощности локомотивов.

Лекция 2

Вагоны промышленного транспорта

Общие сведения и классификация вагонного парка. Техническая характеристика вагонного парка.

Подвижной состав ПЖДТ используют для перевозок пассажиров и грузов. Различают тяговый п/с, который движется сам, и вагоны, прицепляемые к нему.

Вагоны железных дорог предназначены для перевозки грузов и пассажиров.

По назначению– разделяют на грузовые и пассажирские. К грузовым относятся крытые вагоны, полувагоны, платформы, цистерны, изотермические и вагоны специального назначения, служащие для перевозки определенных видов грузов (цементовозы, транспортеры, специализированные цистерны, вагоны для технических нужд и т.д.).

Парк пассажирских вагонов состоит из вагонов дальнего следования, межобластного и пригородного сообщения.

По условиям эксплуатацииразличают вагоны магистральные, промышленного и городского транспорта.

В зависимости от ширины колеи бывают: широкой (1520 мм) и узкой (750, 900 и 1060 мм).

По габариту п/с различают вагоны, предназначенные для обращения по всей железнодорожной сети; вагоны обращения которых допустимо только на реконструированных участках дорог; и вагоны для международного сообщения.

По материалам и технологии изготовления кузова вагоны делятся на цельнометаллические, с деревянной или металлической обшивкой, сварные и с отдельными клепаными сборочными единицами:

- по числу осей – на 4-х, 6-ти, 8-ми и многоосные. Подавляющее большинство грузовых вагонов – 4-х осные. Имеется незначительное количество 6-ти осных полувагонов, а также 8-ми осных полувагонов и цистерн.

Пригодность грузовых вагонов для использования на промышленном транспорте определяется прежде всего их способностью в заданных условиях эксплуатации эффективно и качественно выполнять функции по перевозке грузов. Основными показателями, характеризующими надежность, экономное использование сырья, материалов, топлива, энергии.

К показателям назначения, которые характеризуют свойства вагонов относятся – грузоподъемность (т), масса тары (материалоемкость, т), объем кузова или площадь пола (для платформ), расчетная нагрузка от колесной пары на рельсы (кН), габарит и др.

Показатели надежности характеризуют способность вагонов выполнять заданные функции, сохраняя во времени работоспособность, при соблюдении режима и условий использования, т.о. и ремонта. Показатели надежности – назначенный полный срок службы (лет), назначенный срок службы до первого капитального ремонта (лет), среднее время восстановления работоспособного состояния (часы), параметр потока отказов (1/сутки), установленная безотказная наработка элементов, влияющих на безопасность движения (колесных пар, осей и т.д.)

Показатели экономного использования сырья, материалов, топлива, энергии характеризуют свойства вагона, отражающие его техническое совершенство по уровню потребляемых им в эксплуатации материалов, энергии и трудовых ресурсов. Основным показателем для вагонов является удельная материалоемкость – масса тары, приходящаяся на 1 тонну грузоподъемности или единицу объема (т/т, т/м³).

В вагонном парке промышленных предприятий имеются вагоны различных моделей и конструкций. Среди вагонов общего назначения в парке имеется наибольшее количество универсальных полувагонов, платформ и крытых (это вагоны магистрального типа).

Они выполнены в габарите 1-Т и 01-Т, имеют нагрузку от колесной пары на рельсы 232,75 кН. Вагоны имеют ходовые части, кузов, ударно-тяговые приборы и тормозное оборудование.

Полувагоны общего назначения имеют цельнометаллический открытый кузов, образованный двумя боковыми стенками из штампованных листов и стек. С торцов вагона открывающиеся во внутрь торцевые стены в виде 2-х створчатых дверей с запорами и фиксаторами в открытом и закрытом положении. В полу 4-х осного вагона имеется 14 крышек люков с запорами и закрепленными на хребтовой балке.

У 6-ти осных вагонов – 16 крышек люков.

У 8-ми осных вагонов – 22 крышки люков.

В настоящее время выпускаются специализированные вагоны с глухим кузовом; без торцевых дверей и люков в полу. Он предназначен для перевозки сыпучих, крупнокусковых грузов с последующей разгрузкой их на вагоноопрокидывателях. В этих вагонах можно перевозить штучные и другие грузы, не требующие защиты от атмосферных осадков, с погрузкой и разгрузкой при помощи кранов.

Таблица 2.1 – Техническая характеристика универсальных вагонов

Продолжение табл. 7.1.

Платформа общего назначения– относится к открытому п/с и, как правило, не имеет кузова, с деревянным настилом. С 1984 г. выпускают с рельефным комбинированным настилом: посредине вдоль лежит металлический лист, шириной 1200 мм, а по обеим сторонам листа деревянный настил. В основном для перевозки техники и штучного груза.

Таблица 2.2 – Техническая характеристика универсальных платформ

Крытые вагоны общего назначения имеют сварную несущую металлоконструкцию кузова с металлической наружной обшивкой. В боковых стенках имеются по 2 загрузочных люка и дверной проем с задвижными дверями. Крыша кузова цельносварная.

Таблица 7.3 – Техническая характеристика универсальных крытых вагонов

Устройство вагонов: все вагоны имеют ходовую часть, раму, автосцепное и тормозное оборудование, кузов.

Ходовая часть – тележки с колесными парами, буксами, подшипниками, рессорами или пружинами.

Рама вагона является основанием кузова. Она воспринимает вертикальные и горизонтальные усилия, действующие на вагон. И состоит из продольных и поперечных балок.

Кузов вагона прочно укреплен на раме и составляет с ней одно целое. Конструкция кузова, как видно из характеристик вагонов зависит от назначения самого вагона.

Ударнотяговые приборы предназначены для сцепления вагонов между собой и с локомотивом, передачи растягивающих и сжимающих усилий от одного вагона к другому, а также смягчения действия продольных усилий.

Состоит: автосцепка с механизмом; удароцентрирующий прибор упряжного устройства с поглощающим аппаратом расцепного привода.

Тормозное оборудование вагонов состоит из:

- тормозной магистрали, соединяющей рукава и концевые краны, разобщительный кран, который отсоединяет воздухораспределитель вагона от тормозной магистрали, воздухораспределитель, запасной резервуар, тормозной цилиндр.

В настоящее время на новых вагонных также модернизируют и вагоны раннего выпуска между тормозным цилиндром и воздухораспределителем устанавливают сцепной прибор – авторежим, который автоматически изменяет давление воздуха в тормозном цилиндре в зависимости от нагрузки вагона. На самой тормозной магистрали вагона пассажирского и вагона с тормозной площадкой устанавливают стоп-кран.

Содержание вагонов в исправном состоянии, обеспечивающем безопасность движения и сохранность перевозимых грузов, осуществляется на основе планово – предупредительного ремонта и технического обслуживания.

В настоящее время действует система т/о и ремонта вагонов. Под ней понимают проводимые с различной периодичностью разные виды работ по поддержанию работоспособности вагонов и их восстановление. Основными видами работ являются: т/о, текущий и капитальный ремонт.

Текущий ремонт вагонов необходим для обеспечения или восстановления их работоспособности и состоит в замене или восстановлении отдельных элементов.

Капитальный ремонт – для восстановления работоспособности вагонов путем замены или восстановления ресурса до следующего капитального ремонта основных узлов элементов.

Для вагонов промышленных предприятий, обращающихся на путях общего пользования, т.о и ремонт выполняются в сроки и по нормативам, установленным системой т.о. и ремонта для вагонов парка МПС. Периодический ремонт этих вагонов производится по правилам, инструкциям, техническим указаниям и в сроки, тоже установленные для вагонного парка МПС. А межремонтные сроки для грузовых вагонов промышленных и строительных предприятий и организаций, обращающихся на путях общего пользования в таблице на стр. 48. Вагоны парка предприятий, не входящие на пути общего пользования проходят ремонт и т.о. по техническим указаниям, правилам и инструкциям и другим нормативным документам, утвержденным соответствующими министерствами. Исходя из условий эксплуатации промышленных, а также надежности и ремонтопригодности вагонов, устанавливают сроки ремонта и объем выполняемых при этом работ.

Система т.о. и ремонта вагонов на металлургических предприятиях включает:

ТО-1 – текущее безотцепочное обслуживание вагонов типов в составах и поездах;

ТО-2 – текущее отцепочное обслуживание порожних вагонов всех типов. Для вагонов – самосвалов, работающих на открытых горных разработках, выполняется ежесуточно;

ТО-3 – профилактическое обслуживание специализированных вагонов. Выполняется по графику, утвержденному руководителем предпориятия.

Эти виды т.о. проводятся для поддержания вагонов в работоспособном состоянии, обеспечивающем его бесперебойную работу и безопасность движения.

В систему ТО и Р включены капитальный (К.Р.) и текущий ремонты (Т.Р.).

При К.Р. вагонов выполняют: смену, правку и наращивание хребтовой балки рамы и замену ее отдельных элементов; смену или ремонт концевых балок; замену или ремонт отдельных балок рамы кузова вагона; смену или ремонт торцевых бортов или продольных кузова с заменой листов обшивки или других элементов с проверкой плотности всех сварных и клепаных соединений и т.д.

Между К.Р. проводят текущие ремонты, периодичность которых приведена в таблице 20 на стр. 51 (ремонт ваг-в ПТ./ под. ред. к.т.н.
В.Н. Жданова).

Основными видами ремонта, направленными на восстановление работоспособности вагонов является ТР-1 и ТР-2. Они различаются характером, объемом и продолжительностью работ, выполняемых во время остановок вагонов для ремонта.

Длительность простоя вагонов в ремонте и т.о. определяется с момента начала ремонта или обслуживания по день (час) приемки его мастером или бригадиром из ремонта. В зависимости от наличия рабочего парка вагонов, состояния и технической оснащенности ремонтной базы, применяемых методов ремонта, квалификации ремонтных рабочих на предприятии устанавливаются нормы трудоемкости и простоя вагонов на ремонте единым для каждого вида ремонта и типа вагона.

По нормам технологического проектирования ремонтного хозяйства и экипировочных устройств железных дорог колеи 1520 мм промежуточных предприятий, разработанным Промтранс НИИ проектом, продолжительность ремонтов и ТО-ия устанавливается в зависимости от типа и общей величины рабочего парка вагонов:

Лекция 3

Локомотивы. Общие сведения. Классификация локомотивов.

Особенности эксплуатации локомотивов. Тепловозы. Виды тепловозов. Основные технические характеристики тепловозов.

Устройство тепловозов. Тепловозные дизели. Экипажная часть.

Вспомогательное оборудование. Передачи. Автотормоза.

В зависимости от источника энергии и машин для превращения её в механическую работу тяговый п/с разделяют на автономный и неавтономный. Автономный – не требующий подвода энергии из вне, т.е. он имеет первичный двигатель, например дизель (тепловозы). Неавтономный – получает энергию от внешнего источника питания – энергосистем или электростанций.

Тяговый п/с подразделяют на локомотивы, электро и дизель-поезда, автомотрисы, дрезины, мотовозы. К локомотивам относятся электровозы, тепловозы, паровозы, газотурбовозы.

Электровоз – локомотив с электрическими тяговыми двигателями, получающими питание от энергосистемы через тяговые подстанции и контактную сеть. Тяговые электродвигатели преобразуют электрическую энергию в механическую, которую используют для движения поезда. Моторный вагон электропоезда, как и электровоз, получает питание от энергосистемы через контактную сеть. Один или несколько моторвагонов, соединённые с прицепными вагонами, составляют секцию. Несколько таких секций с головными вагонами в голове и хвосте поезда составляют электропоезд, предназначенный для перевозки пассажиров в пригородах крупных городов, а иногда и в пределах одной-двух областей.

Тепловоз – представляет собой локомотив с двигателем внутреннего сгорания – дизелем, превращающим химическую энергию, заключённую в топливе, в механическую (через ТЭД или УГП).

Паровоз – имеет котёл и паровую машину, с помощью которых химическая энергия топлива преобразуется в механическую.

Газотурбовоз – локомотив, приводимый в движение газовой турбиной.

Дизель-поезд – состоит из моторных и прицепных вагонов и приводится в движение от дизелей, располагаемых в моторных вагонах. Предназначен для перевозки пассажиров на не электрифицированных линиях. Турбопоезд имеет вместо дизеля газовую турбину.

Автомотриса – самоходный пассажирский ж/д вагон с ДВС. К ней могут быть прицеплены один-два вагона, платформы.

Авто- и мотодрезины – самоходные повозки соответственно с автомобильным или мотоциклетным двигателем.

Мотовозы с ДВС используют на разъездных путях промышленный предприятий.

Контактно-аккумуляторные поезда – имеют тяговые двигатели и на моторных вагонах. Они получают питание или от контактной сети, как электропоезда, или от аккумуляторов, расположенных под вагонами. Их используют для перевозки пассажиров на электрифицированных линиях.

По роду выполняемой работы локомотивы подразделяются на магистральные и маневровые.

Магистральные локомотивы бывают грузовые, пассажирские и грузопассажирские. Пассажирские локомотивы предназначены для вождения пассажирских поездов, развивают высокую скорость при сравнительно небольшой силе тяги. Грузовые развивают значительную силу тяги, имеют наибольшую допустимую нагрузку от оси на рельс. Их скорость меньше, чем у пассажирских. Грузопассажирские локомотивы могут работать в двух режимах: грузовом и пассажирском.

Маневровые локомотивы работают главным образом на малых скоростях и с большой силой тяги. Их используют на станциях, пунктах погрузки и выгрузки, подъездных путях и в основном на промышленных предприятиях. Для промышленных предприятий характерным в конструкциях локомотивов является низкая конструктивная скорость (до 50-55 км/ч), а также возможность вписывания экипажа в кривые малых радиусов (min=100 м, а в тяжёлых условиях 80 м). На мартене комбината «Азовсталь» при непосредственном въезде под печи (7-й пост) радиус кривой 60 м (ТГМ 23).

Особенности эксплуатации локомотивов определяет выбор их основных параметров (мощности, силы тяги, скорости) и конструкцию (осевую характеристику, диаметр колёс). Осевую характеристику имеют ходовые части локомотива. Например, - показывает, что локомотив 6-тиосный, состоит из 2-х трёхосных тележек.

“0” – соответствует индивид. приводу;

“+” – тележки связаны шарнирно и тяговое усилие передаётся через их рамы.

История развития тепловозной тяги начинается с речного теплохода, который был построен Сормовским Заводом в 1903 году. На нём был установлен двигатель, созданный в 1899 году в Петербурге, что заинтересовало русских учёных и натолкнуло на мысль о создании нового типа локомотива – тепловоза.

В настоящее время на промышленных предприятиях страны и всего СНГ используются маневровые и поездные тепловозы различных серий и с различными видами тяги – это тепловозы серии ТЭМ, ТГМ, ЧМЭ 3 (чехословацкий). Тепловозы серии ТЭМ 1 (1958г. построен на базе Харьковского ТЭ 1), ТЭМ 2 (с 1960г.), ТЭМ 2 УМ выпускаются Брянским тепловозостроительным заводом. ТЭМ 7, ТГМ 3, ТГМ 4, 6 – Людиновским тепловозостроительным заводом. ТГМ 23 (1960-1961г.г.) построен на базе ТГМ 1 (с 1956г.), сейчас – ТГМ 23 В (были А, Б) – Муромский тепловозостроительный завод. Коломенский – выпускал тепловозы серий ТЭП-50,60,75. Калуга – специализируется в основном на выпуске гидропередач.

Был создан экспериментальный тепловоз серии ТЭМ 12 №0001 для маневровых и вывозных работ на дорогах промышленного транспорта.

В зависимости от области применения и назначения тепловозы делят на локомотивы: магистрального ж/д транспорта – пассажирские, грузовые, грузопассажирские и маневровые; промышленного ж/д транспорта, работающие на предприятиях, карьерах горнодобывающей промышленности.

По типу передачи мощности тепловозы бывают с электрической, гидравлической и механической передачами. Электрическая в свою очередь может быть постоянного, переменного и постоянно-переменного тока. По числу секций – одно-, двух- и многосекционными. В зависимости от ширины колеи – нормальный 1520 (1524 и 1435 мм – во многих зарубежных странах) и узкоколейный (750-1100 мм).

Уже много лет существует система обозначения тепловозов.

В 1931 г. была введена система обозначения следующая:

первые два знака серии – первые две буквы имени и фамилии видных политических деятелей или организаций, которые их выпускают;

две цифры – нагрузка от движущих колёсных пар на рельсы; далее тара и номер локомотива.

Имели обозначения электровозы ВЛ 19-01 – Владимир Ленин и паровозы ФД 20-01 – Феликс Дзержинский и СО 17-01 – Серго Орджоникидзе.

Обозначение тепловозов существенно отличается от обозначения серии электровозов и паровозов после Великой Отечественной войны. Буквенная часть серии состоит из двух или трёх букв: Т – локомотив является тепловозом, Д или Г – тепловоз имеет электрическую или гидравлическую передачу; П или М – тепловоз рассчитан на пассажирскую или маневровую работу. Цифры перед буквами серий тепловозов обозначают количество секций: например, ТЭ 10 – одна секция, а 2 ТЭ 10 – 2-х секционный, а ТЭ 2 и ТЭ 3 не имели таких обозначений.

В связи с широким внедрением на транспорт ЭВМ разработана и внедрена единая система цифрового обозначения тягового подвижного состава. Это позволяет по первому знаку определить вид п/с: пассажирский вагон – 0, тяговый и спец-й п/с – 1, грузовые вагоны – 2-9. Всего предусмотрено использование семи знаков для обозначения подвижной единицы и восьмого (контрольного) для проверки правильности считывания и занесения в первичные документы номера п/с.

Кроме обозначения серии тепловоза одной из важных характеристик является осевая характеристика, которая указывает число и расположение движущих колёсных пар локомотивов. Для тепловозов, рама и кузов которых расположены на тележках, осевые характеристики записываются следующим образом:

для односекционных тепловозов с электрической передачей –

пример: серии ТЭМ1, ТЭМ2 - ;

для 2-хсекционных с электрической передачей –

ТЭ3, 2ТЭ10Л, 2ТЭ10В – 2( );

для тепловозов с гидравлической передачей –

ТГМ3, ТГМ4, ТГМ6 – 2-2

Цифры 2 и 3, написанные без скобок или в скобках соответствуют числу движущих осей в тележках, количество этих цифр указывает количество тележек. Знак “тире” показывает, что тележки не соединены друг с другом. Цифра перед скобкой указывает количество секций. “0” – ставится только для электрической передачи и указывает, что оси имеют индивидуальный привод.

Пример: ТГМ 23 – осевая характеристика 0-3-0. “0” – указывает на отсутствие бегунковых и поддерживающих осей.

К характеристикам также относятся: осевая нагрузка, служебная и сцепная масса, габарит.

Осевая характеристика: (нагрузка от оси на рельс, обычно измеряется в единицах силы Н, кН) характеризует статическое воздействие локомотива на ж/д путь. Для магистральных локомотивов наибольшие допустимые нагрузки составляют 225 кН.

Служебной массой тепловоза называются его полная масса с локомотивной бригадой, полными запасами воды и масла, ⅔ запасов топлива и песка. Масса, приходящаяся на движущие колёсные пары и участвующая в создании силы тяги, называется сцепной массой. Т.к. почти у всех современных тепловозов все оси являются движущими, то для них сцепная масса равна служебной.

Габаритом называется предельное поперечное очертание (⊥ оси пути), за пределы которого не должна выступать ни одна часть локомотива. Для локомотивов стандартом установлены габариты Т и 1Т. Наиболее распространённый 1Т имеет наибольшие предельные ширину (3400 мм) и высоту (5300 мм). Действительные допускаемые размеры имеют меньшие значения с учётом возможных смещений локомотива. Тепловозы, предназначенные для экспорта, выполняются по западноевропейским габаритам 01-Т, 02-Т (ГОСТ 9238-83).

Устройство тепловозов:

Тепловоз – это локомотив, силовой установкой которого является ДВС (дизель). Вращающий момент коленчатого вала дизеля передаётся через звенья привода ведущим колёсным парам тепловоза. Звенья привода образуют передачу. Назначение передачи заключается в том, чтобы сохранить неизменным режим работы дизеля: вращающий момент дизеля остаётся постоянным, в то время как на движущих колёсах тепловоза он изменяется в соответствии с тяговой характеристикой.

Наиболее распространённые виды передач – электрическая и гидравлическая.

Электрическая передача: вращающий момент коленчатого вала дизеля непосредственно передаётся валу якоря тягового генератора. Ток главного генератора по кабелям направляется к тяговым электродвигателям, которые соединены зубчатыми колёсами с ведущими колёсными парами и сообщают последним необходимое вращение.

В процессе работы гидравлической передачи вращающий момент коленчатого вала дизеля через зубчатые колёса передаётся одному из входящих в систему передачи и включённых при данном режиме движения тепловоза аппаратов – гидромуфте или гидротрансформатору. От включённого гидроаппарата через силовые трансмиссии необходимое вращение сообщается ведущим колёсным парам тепловоза.

Устройство маневровых тепловозов, которые работают на промышленном ж/д транспорте рассмотрим на примере ТЭМ 2 и ТГМ 6 (техническая характеристика из табл. 2 стр.21).

Кузов секции тепловоза представляет собой помещение, в котором локомотивная бригада и всё оборудование тепловоза надёжно защищены от холода, ветров, атмосферных осадков, выли.

В кузове маневровых тепловозов, как правило, оборудована кабина локомотивной бригады, в которой размещены многочисленные приборы для управления тепловозом и контроля за работой отдельных агрегатов.

Кузов тепловоза ТЭМ 2 капотного типа, внутри которого размещены его основные узлы. Силовая установка состоит из 4^хтактного дизеля типа ПД1М мощностью 880 кВт и тягового генератора типа ПГ-3006. Эта силовая установка размещена на раме тепловоза в средней её части под топливным баком. Кузов тепловоза образует шахту холодильника, в боковых стенках которой размещены секции радиатора, а в центре – вентилятор. Средняя часть кузова (капот) – съёмная. Она ограждает машинное отделение дизель-генераторную установку со вспомогательным оборудованием, в которое входят тормозной компрессор и 2^хмашинный агрегат. Капот имеет боковые двери и люки в крыше для возможности обслуживания агрегатов силовой установки. Кабина машиниста с пультом управления и высоковольтной камерой примыкает к машинному отделению. Ещё имеется помещение для А.Б. Тепловоз имеет 2 3-хосные тележки, на которых установлены по 3 тяговых электродвигателя типа ЭД107 и ЭД107А (305 кВт), на ТЭМ 1 – ЭД-200Б (206кВт).

Вращающие моменты этих двигателей переедаются через зубчатые колёса на движущие колёсные пары тепловоза.

На тепловозах с гидропередачей расположение оборудования, как правило, отличается лишь наличием самой передачи. Место тягового генератора занимает гидропередача с реверсивным устройством. Вместо тяговых электродвигателей на осях размещаются осевые редукторы, соединённые с гидропередачей с помощью карданных валов и распределительных редукторов.

Силовая установка ТГМ 6 состоит из 4^хтактного дизеля типа 3А-6Д49 мощностью 883 кВт. Главным показателем работы тепловозов является производительность и себестоимость перевозок, которые определяются целым рядом факторов, основными из которых являются серия и стоимость тепловозов, расходы на их эксплуатацию и ремонт, продолжительность простоя в ремонте и т.п.

В соответствии с нормами амортизационных отчислений срок работы тепловоза с электрической передачей – 32 года (общая норма амортизации 6,5%, из них 3,1% на восстановление и 3,4% на ремонт), а с гидравлической передачей – только 17,5 лет (общая норма амортизации 9,3%, из них на восстановление 5,7% и 3,6% на ремонт). Тепловозы с баланса предприятий списывают при повреждениях, требующих восстановительного ремонта, если его общая стоимость больше 60% первоначальной стоимости тепловоза.

Тепловозные дизели.

В России один из первых бензиновых двигателей был предложен в 1879 году, а в 1885 построен О.С. Костовичем. В 1883 году немецкий инженер Р. Дизель (1858-1913гг.) разработал ДВС, в котором воспламенение керосина, вводимого непосредственно в цилиндр, совершалось благодаря повышению температуры сжатого в цилиндре воздуха. Двигатель такой конструкции получил название «дизель». В России впервые был построен двигатель, который мог работать на солярном масле и нефти.

Как известно в основе любого теплового двигателя лежит тот или иной термодинамический цикл, т.е. совокупность рабочих процессов, совершаемых рабочим телом – идеальным газом – в цилиндре такой же идеальной машины. С термодинамической точки зрения ДВС, как любой тепловой двигатель, должен работать по циклу Карно, обладающему самым высоким термическим КПД в заданном интервале температур . Этот цикл состоит из двух изотермических и двух адиабатных процессов. Однако, вследствие конструктивных трудностей ДВС, в котором сообщение и отвод теплоты происходили бы по изотермам, создать не удалось.

Для и , имеющих место в современных ДВС, осуществление цикла Карно потребовало бы давления около 300 МПа и соответствующих этому давлению размеров двигателя. В реальных ДВС давление достигает 8-11 МПа. Поэтому наиболее удобным оказалось подводить теплоту по изохоре, изобаре или по совмещённому способу – изохоре и изобаре. В соответствии с этим разработана 3 теоретических цикла: с подводом теплоты при V=const (изохорный процесс), с подводом теплоты при P=const (изобарный процесс), со смешанным подводом теплоты при V=const и P=const (см. рис.)

На рис.1 – теоретический цикл с изохорным подводом Q. Состоит из 2-х адиабат и 2-х изохор. Адиабата ac – сжатие, изохора cd – сгорание (подвод теплоты Q₁), вследствие чего давление повышается до P₃. После этого продукты сгорания адиабатно расширяются (процесс db). В изохорном процессе ba от газа отводится теплота Q₂.

Термический КПД этого цикла:

, (1)

где - степень сжатия, выражающаяся отношением объёмов цилиндра в начале и в конце сжатия;

- показатель адиабаты ( - изобарная и изохорная теплоёмкости рабочего тела).

Этот цикл является теоретическим для ДВС, работающих лёгком жидком топливе (бензин, керосин).

На рис. 2 – изобарный процесс (P=const). Состоит из 2-х адиабат, изобары и изохоры (рабочее тело); ac – сжатие с повышением давления и температуры. Подвод тепла Q₁ происходит по изобаре cd, в результате чего при P=const температура растёт. Адиабатное расширение идёт по линии db, а по линии ba – отдача тепла Q₂ холодному источнику.

Термический КПД цикла при P=const:

, (2)

где - степень предварительного расширения при изобарном подводе тепла.

На рис.3 – смешанный подвод тепла: ac – адиабатное сжатие, cd – изохорный подвод тепла ; - изобарный подвод теплоты ; db – адиабатное расширение, ba – изохорный отвод теплоты Q₂.

Термическое КПД цикла:

, (3)

где - степень повышения давления при изохорном подводе тепла.

Значение возрастает с увеличением степени сжатия , уменьшением степени предварительного расширения и повышением степени увеличения давления .

Рабочий процесс безкомпрессорных тепловозных дизелей соответствует идеальному смешанному циклу.

Расстояния между ВМТ и НМТ. составляет ход поршня. Объём между крышкой цилиндра и поршнем, находящимся в ВМТ – объём камеры сжатия или камеры сгорания – обозначается . Объём, описываемый поршнем между ВМТ и НМТ, называется рабочим объёмом цилиндра .

Полный .

Степень сжатия .

Бывают 2х и 4хтактные ДВС:

В 4^хтактном ДВС цикл проходит за 2 оборота коленчатого вала, в 2^хтактном – за один проход.

Технико-экономические показатели ДВС

К основным технико-экономическим показателям относятся мощность, стоимость единицы работы, КПД, масса и габариты. В зависимости от назначения и условий работы двигателя роль этих показателей изменяется.

Мощность – определяется требованиями к силовой установке, для которой он предназначен (имеется ввиду эффективная мощность, т.е. на фланце отбора мощности).

Стоимость единицы работы – складывается из затрат на топливо, возмещения расходов на изготовление двигателя, ремонты всех видов, обслуживание. Затраты на топливо зависят от КПД ДВС, рода топлива и от продолжительности работы в разных режимах; возмещение расходов по изготовлению – от размеров, конструкции двигателя, массивности производства, интенсивности эксплуатации; затраты на ремонт – от моторесурса и сложности конструкции.

КПД – зависит от затрат на топливо, а поэтому влияет на стоимость единицы работы.

Габарит двигателя – длина, ширина и высота между крайними точками.

Для тепловозных дизелей наиболее важно достижение минимального удельного эффективного расхода топлива и максимального эффективного КПД.

По условиям работы ДВС делятся на следующие группы:

Стационарные – отличаются тем, что скорость вращения вала обычно постоянна, а мощность меняется от холостого хода до полной нагрузки;

Транспортные (соединённые с механической передачей) – характеризуются тем, что скорость вращения их изменяется в процессе эксплуатации в зависимости от внешних сопротивлений, в том числе и от профиля пути;

Двигатели, соединённые с винтом (судовые и авиационные) – отличаются тем, что их мощность и частота вращения связаны между собой уравнением винтовой характеристики, т.е. мощность, поглощаемая винтом, пропорциональна третей степени числа оборотов.

Транспортные двигатели (соединённые с электрической передачей) – к этой группе относятся основная часть тепловозных дизелей и некоторые судовые.

Для оценки мощностных и экономических качеств дизелей при различных режимах работы используются зависимости между основными параметрами, которые называются характеристиками, которые можно понять на графике: N_e – мощность, n – количество об/мин

Генераторная характеристика представляет собой зависимость мощности, затрачиваемой на привод главного генератора тепловоза, от скорости вращения (эта характеристика близка к прямой линии и зависит от регулировки системы возбуждения главного генератора).

Винтовая – представляет собой графики распределения эффективной мощности по положениям контроллера (вид кубической параболы).

Нагрузочной характеристикой называется зависимость между параметрами, полученная при постоянной частоте вращения вала (n) и переменном положении топливорегулирующих органов, которая соответствует изменяющейся нагрузке. В координатах – это прямая вертикальная линия.

Скоростная – это характеристика, при которой положение регулирующего органа постоянно.

Анализируя условия эксплуатации промышленных тепловозов можно указать ряд требований к тепловозным двигателям:

надёжность, долговечность, высокая топливная эффективность, надёжный запуск при всех условиях эксплуатации, улучшение приёмистости дизеля, уравновешенность (допустимый шум в кабине машиниста 80 дБ, частота вращения 800 Гц), удельная масса дизеля, уровень амортизации должен соответствовать, большое внимание уделяется человеческому фактору, токсичность и загрязнённость.

На ПТ широко используются тепловозы различных серий с различными дизелями. На тепловозах серии ТГМ 1 (А, Б, В) применяли дизель марки 1Д12, который имеет 12 цилиндров расположенных в 2 ряда V-образно. Мощность этого дизеля ; об/мин.

На тепловозе ТГМ 23 установлен дизель 1Д12Н-500 с турбонаддувом. Это быстроходные и, как следствие, обладают большой мощностью. Моторессурс до первого кап. ремонта 7 тыс. часов.

Дизель ЧН 21/21 (211Д-2) – 4^хтактный быстроходный (1350-1500 об/мин) с непосредственным впрыском топлива. Этот дизель устанавливают на тепловозах ТГМ 4 и ТГМ 4 А, который был создан на базе ТГМ 3. Моторессурс дизеля до первой переборки – 10 тыс. часов, а до первого кап. ремонта – 32 тыс. часов.

Дизель 8ЧН 26/26 (заводское обозначение 3А-6Д49) – 4^хтактный, 8^мицилиндровый, с V-образным расположением цилиндров, газотурбинным наддувом и промежуточным охлаждением воздуха. Устанавливаются на тепловозе ТГМ 6 А. Они бывают 8, 12, 16, 20 цилиндровые. Изменение мощности достигается за счёт изменения количества цилиндров, степени повышения давления воздуха в системе газотурбинного наддува, охлаждения надувочного воздуха. Моторессурс до первой переборки – 12 тыс. часов, до первого кап. ремонта – 44 тыс. часов. Система охлаждения – водяная, принудительная, 2^хконтурная.

Дизель Д50 (ПД1М) – 4^хтактный однорядный 6^ицилиндровый, с наддувом и электрическим пуском. Имеет мощность 735-880 кВт. Широко применяются такие дизеля на маневровых тепловозах ТЭМ 1 (2Д50, 2Д50М, ПД1), ТЭМ 2 (ПД1М). Эти дизели надёжны, имеют повышенный Моторессурс (10-14 тыс. часов до 1^й переборки и 36-50 тыс. часов до 1^го кап. ремонта), пониженный расход топлива.

Передача мощности от дизеля к колёсным парам.

Передачей называют устройство, предназначенное для передачи мощности от дизеля к колёсным парам. Без передачи, когда вал дизеля соединялся непосредственно с движущимися осями колёсных пар, тепловоз получился бы простым и экономичным. Однако из-за целого ряда свойств дизеля это почти невозможно для практического использования. К основным из этих свойств относятся:

1. Крутящий момент на валу коленчатого вала дизеля почти не изменяется от частоты его вращения, одновременно тепловозу необходимо получить соответственную тяговую характеристику. Идеальной тяговая характеристика будет в том случае, если при любой скорости движения локомотива от его силовой установки будет отбираться постоянная мощность, т.е. произведение касательной силы тяги на скорость.

в любой точке тяговой характеристики будет оставаться величиной постоянной.

I – ограничение по сцеплению;

II – гиперболическая часть тяговой характеристики;

III – ограничение по конструктивной скорости;

1, 2 – произвольно выбранные точки с соответствующими силами тяги и скоростями .

Сам по себе дизель без передачи такую тяговую характеристику тепловоза не может обеспечить, поскольку зависимость момента дизеля от частоты вращения коленчатого вала далека от гиперболической формы.

Момент дизеля и частота вращения коленчатого вала при непосредственной передаче (т.е. когда отсутствует передача) находится в определённой пропорциональной зависимости от силы тяги и движения тепловоза:

, ,

где v - скорость движения локомотива; - диаметр движущегося колеса по круг катания; n – частота вращения коленчатого вала дизеля; - сила тяги локомотива на ободах движущихся колёс; - передаточное отношение передачи; - КПД передачи; М – крутящий момент двигателя.

Таким образом, тепловоза пропорциональна частоте вращения коленчатого вала, а сила тяги тепловоза – моменту на валу двигателя. Т.е. , а => кривые по формуле аналогичны. Отсюда видно, что без передачи тяговая характеристика тепловоза далека от идеальной и непригодна.

2. Мощность дизеля при постоянной цикловой подаче топлива почти пропорциональна частоте вращения коленчатого вала. Без передачи получилось бы, что в наиболее трудных условиях движения тепловоза на подъёме и при трогании с места, когда тепловоза небольшая, от дизельной установки отбиралась бы ограниченная мощность. С помощью передачи удаётся реализовать полную мощность дизелей при любой движения тепловоза. Если сила тяги постоянная, мощность тепловоза можно определить по формуле

где - мощность тепловоза; 367 – переводной коэффициент.

Из графика видно, что (сила тяги) с изменением скорости движения локомотива при непосредственной передаче почти неизменна. Следовательно, в этом случае мощность тепловоза пропорциональна скорости его движения. А это невыгодно для локомотива. Чаще при более низких скоростях (при трогании с места ил движении на подъём) локомотиву приходится использовать максимальную мощность. При непосредственной передаче этого достичь невозможно.

3. Любой дизель работает устойчиво только в диапазоне определённой частоты вращения коленчатого вала от до - это значит, что тепловоз может работать в диапазоне скоростей от до , т.е. не сможет самостоятельно развивать скорость от “0” до . Такой локомотив можно было бы использовать только в качестве толкача по определённым участкам движения поездов.

4. Дизель неодинаково работает при разных частотах вращения коленчатого вала и разной нагрузке. Применяя передачу, можно добиться , чтобы дизель постоянно работал в экономичном режиме, независимо от скорости движения локомотива и его загрузки.

5. Дизель сам по себе плохо поддаётся реверсированию. Требуется дополнительный узел, для изменения направления вращения. Более удобно это делать при помощи передачи.

Механическая передача.

Механической передачей называется передача, при которой мощность от дизеля к колёсным парам тепловоза передаётся только механическим путём через валы, шестерни и муфты. Расчёты показывают, что такая передача имеет как положительные, так и отрицательные качества.

Преимущества:

1. По сравнению с другими видами механическая передача характеризуется относительно высоким КПД.

2. Она наиболее просто по конструктивному исполнению и в эксплуатации.

3. Технология ремонта механической передачи также не отличается сложностью.

Недостатки:

1. При переключении скоростей движения и особенно при трогании с места фрикционные диски проскальзывают, выделяя большое количество тепла, а это вызывает повышенный износ муфты и затруднения с отводом тепла.

2. Длительность включения фрикционной муфты ограничивается по времени, что приводит к резкому изменению силы тяги, к рывкам при трогании с места и изменении скоростей движения локомотива.

3. С увеличением передаваемой мощности управление механической передачи затрудняется, снижая её надёжность.

Эти недостатки не позволяют применять такие передачи на тепловозах большой мощности.

Гидравлическая передача.

Гидравлической называется передача, при которой мощность от дизеля к колёсным парам передаётся при помощи потока жидкости, циркулирующей в замкнутом объёме. Применяется на тепловозах небольшой мощности: ТГМ 23, ТГМ 4, ТГМ 6 – эти тепловозы выполняют маневровые работы на станциях МПС и эксплуатируются на промышленном транспорте.

Основные узлы: гидроагрегаты, включающие в себя гидромуфты и гидротрансформаторы; механическая часть, состоящая из шестерён, валов и различных соединений; система управления гидропередачей.

В гидромуфте крутящий момент от насосного колеса к турбинному передаётся без изменения. В гидротрансформаторе за счёт перепускного аппарата крутящий момент турбинного колеса может в 4-5 раз увеличиться в начальный период вращения и постепенно уменьшаться по мере увеличения частоты вращения турбинного колеса.

При трогании тепловоза гидравлическая передача начинает работать на гидротрансформаторе, по мере увеличения скорости движения тепловоза переходит на работу других гидроагрегатов.

12
• 3
• 4
• 5
• Далее ⇒