Тепловоз ТУ2
Односекционный тепловоз ТУ2 с электрической передачей переменно-постоянного тока, предназначенный для вождения грузовых и пассажирских поездов на железных дорогах, имеющих ширину колеи 750 мм, имеет две кабины управления. Производился в СССР на Калужском заводе с 1956 по 1959 год.
Конструкция
Кузов тепловоза установлен на две двухосные тележки, у которых все оси ведущие. На каждую тележку рама кузова опирается тремя точками: шаровой пятой и двумя боковыми пружинными скользунами.
В передней и задней частях кузова расположены кабины машиниста, а в средней — машинное отделение. В кабинах находятся посты управления (рис. 3), на которых размещены приборы управления тепловозом и контроля за работой отдельных агрегатов. Для обогрева кабин в зимнее время установлены калориферы. В машинном отделении размещены: дизель-генераторная установка (состоящая из дизеля 1Д12 и спаренного с ним через гибкую или пальцево-втулочную муфту главного генератора), компрессор, холодильник с вентилятором, высоковольтная камера, котелподогреватель и другие вспомогательные агрегаты. Воздух в дизель поступает по воздуховодам через фильтры типа мультициклон. Отработавшие газы по двум выпускным охлаждаемым коллекторам через глушители выбрасываются в атмосферу.
Главный генератор — постоянного тока со смешанным возбуждением и самовентиляцией. Ток, вырабатываемый главным генератором, питает тяговые электродвигатели, которые передают вращение через цилиндрическую зубчатую передачу колесным парам тепловоза. Главный генератор используется также для пуска дизеля. При этом он работает в режиме электродвигателя, получая питание от аккумуляторной батареи, расположенной под холодильной установкой.
От вала главного генератора через распределительный редуктор вращение передается: вентилятору холодильника, компрессору, вентилятору охлаждения тяговых электродвигателей передней тележки, возбудителю и вспомогательному генератору. Вентилятор охлаждения тяговых электродвигателей задней тележки приводится во вращение от переднего конца коленчатого вала дизеля.
Вспомогательный генератор предназначен для питания электроэнергией цепей управления и освещения, а также вспомогательных агрегатов тепловоза. Возбудитель питает электроэнергией независимую обмотку возбуждения главного генератора.
Холодильник тепловоза состоит из двух водяных и трех масляных радиаторов и осевого вентилятора, приводимого во вращение через фрикционную муфту и конический редуктор.
В средней части тепловоза, под кузовом, расположен топливный бак. На тележках у каждого колеса тепловоза установлены бункера пневматических песочниц. Тепловоз оборудован пневматическим прямодействующим тормозом, пневматическими стеклоочистителями и стеклообогревателями лобовых окон кабин машиниста.
По тяговым качествам тепловоз ТУ2 является самым мощным среди мотовозов и тепловозов, эксплуатирующихся на наших железных дорогах с шириной колеи 750 мм. При трогании с места он развивает силу тяги до 8 500 кг и обеспечивает движение поезда весом 375 т по подъему 9°/00 со скоростью 12 км!ч.
Максимальное значение к. п. д. тепловоза, равное 26%, достигается па 6-й позиции контроллера машиниста при скорости v = 20 км/ч. Наибольший к. п. д., реализуемый па 8-й позиции контроллера, составляет около 25%.
Кривые силы тяги и величина к. п. д. получены в результате паспортных испытаний тепловоза ТУ2, проведенных Всесоюзным научно-исследовательским институтом железнодорожного транспорта.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕПЛОВОЗА ТУ2
Тип ....................................... С двумя постами управления и электрической передачей
Род службы................................................Грузовой, пассажирский и маневровый
Осевая формула............................................2о-2о
Число ведущих осей ......................................4
» тележек .......................................................2
Мощность силовой установки.......................... 200 л. с.
Конструкционная скорость ........................... 50 км/ч
Вес служебный при полной экипировке . . 32 000кг
Давление м рельс от каждой оси . . 8 000 »
Запас топлива................................................. 700 »
» масла в системе.............................. 120 »
» воды в системе охлаждения с котлом-подогревателем .................................. 185 »
» песка ................................................. 200 »
Наименьший радиус проходимых кривых 50 м
Габаритные размеры
Тепловоз вписывается в габарит .... «В» ОСТ 10167—39
Наибольшая высота от головки рельса 3 470 мм
» ширина по выступающим частям ............................................................. 2 450 »
Длина по буферам ударно-тяговых приборов 10 740 »
Расстояние между пятами тележек . . . 5 000 »
Колесная база тележки.............................. 1 700 »
Диаметр колеса по кругу катания . . . 900 »
Колея.................................................. . . 750 »
Наименьшее расстояние от головки рельса до кожуха зубчатой передачи при новом бандаже "...................................... 100 »
Дизель
Марка................................................. 1Д12
Количество............................................................... 1
Тип......................................................................... Четырехтактный, бескомпрессорный со струйным распиливанием топлива, без наддува
Число цилиндров......................................... 12
Расположение цилиндров .......................... V-образное, под углом 60'
Порядок нумерации цилиндров ...............От механизма передачи к маховику дизеля
Ход поршня:
левого ряда.................................................... 180мм
правого ряда (с прицепными шатунами) ..................................................... 186,7 »
Диаметр цилиндра ..................................... 150 »
Номинальная (длительная) мощность при
1 500 об/мин коленчатого вала .... 300 л. с.
Максимальная мощность (в течение 2 ч непрерывной работы) .............................. 330 л. с.
Направление вращения коленчатого вала .... Против часовой стрелки, если смотреть со стороны генератора
Максимальное число оборотов в минуту коленчатого вала дизеля на холостом ходу ........................................................1560 об/мин Минимальное устойчивое число оборотов в минуту коленчатого вала дизеля на холостом ходу.......................................... 500 об мин
Дизель
Дизель 1Д12 представляет собой 12-цилиндровый четырехтактный быстроходный двигатель со струйным распылением топлива, водяным охлаждением и V-образным расположением цилиндров.
Он имеет следующие механизмы и системы: кривошипно-шатунный механизм, механизм передач, механизм газораспределения, топливоподающие аппараты, воздухоподающую и выпускную системы, топливную систему, систему охлаждения, систему смазки.
Вспомогательное оборудование
Основная статья: Вспомогательное_оборудование_тепловозных_дизелей
Вспомогательное оборудование обеспечивает нормальную работу дизеля, передачи и экипажной части, а также тепловоза в целом. К нему относятся топливная, водяная и масляная системы дизеля, его устройства охлаждения и воздухоснабжения, а также системы охлаждения и вспомогательные устройства передачи, песочная система экипажа, воздушная (тормозная) система тепловоза, система пожаротушения и т. п.
Топливная система
Топливная система обеспечивает питание дизеля жидким топливом. Она состоит из топливных баков 11, вспомогательных подкачивающих насосов 4, топливных фильтров грубой очистки 5 и тонкой очистки 17, топливоподогревателей 17, основных топливных насосов 18 и форсунок, распыляющих топливо в цилиндрах дизеля.
1—кнопка включения вспомогательного топливного насоса; 2 — провод от электросети; 3 — электродвигатель насоса; 4 — вспомогательный топливный насос; 5 — фильтр грубой очистки; 6 — отстойник; 7 — мерная рейка; 8 — пробка для слива топлива; 9 — крышка промывочного люка; 10—-наливная горловина; 11—топливный бак; 12— трубка отвода воздуха из фильтра тонкой очистки; 13 — трубки слива топлива из насоса и форсунок; 14 — кран отвода воздуха из фильтра тонкой очистки; 15 — манометр давления топлива; 16 — компенсатор манометра; 17 — фильтр тонкой очистки; 18—топливоподкачивающий насос БНК-12ТК; 19 — перепускной клапан; 20, 22 — краны; 21 — котел-подогреватель; 23 — вестовая труба; 24 — топливный бак котла-подогревателя; 25— масляный бак
Одним из условий нормальной работы дизеля является бесперебойная подача топлива к топливному насосу. Для этой цели служит топливоподкачивающий насос 18, установленный на дизеле. Вследствие того что топливный бак расположен ниже дизеля, для подвода топлива к топливоподкачивающему насосу перед его пуском, а также для поддержания во всасывающей трубе его необходимого напора в топливную систему включен вспомогательный насос 4 с электродвигателем 3.
Водяная система
Система водяного охлаждения дизеля (водяная система) служит для отвода теплоты от его цилиндров и включает в себя циркуляционный водяной насос и радиаторы, в которых теплота от воды передается атмосферному воздуху. Для более интенсивного отвода теплоты от радиаторов воздух через них прогоняется принудительно специальным вентилятором.
Масляная система
Масляная система служит для подачи смазки масла к трущимся частям дизеля, а также частично и для отвода теплоты от них, и от поршней дизеля. У дизеля 1Д12 применяется принудительная система смазки под давлением по принципу сухого картера. Запас масла в системе составляет 120 л, причем большая его часть находится в баке 6 емкостью 96 л.
Масло из бака 6 шестеренным насосом 1 подается в фильтр 8, а затем через гильзу центрального подвода смазки во внутреннюю полость хвостовика коленчатого вала.
К гильзе центрального подвода смазки масло поступает с давлением 6—9 кг/см2, что необходимо для подвода его в достаточном количестве к седьмому коренному подшипнику коленчатого вала.
Вытекающее через зазоры вкладышей коренных и шатунных подшипников масло разбрызгивается движущимися частями шатуннокривошипного механизма и попадает на рабочие поверхности гильз цилиндров, поршней, поршневых пальцев и вкладышей верхних головок шатунов, обеспечивая тем самым их смазку. Часть масла, поступающего к гильзе центрального подвода смазки, по каналам в нижней и верхней частях картера подводится к подшипникам передачи. Для смазки опор механизмов передач масло поступает под давлением около 1 кг/см2 через жиклеры с калиброванными отверстиями, установленными в маслопроводах.
Масло, стекающее в нижнюю часть картера, собирается в двух маслоотстойниках — переднем и заднем, откуда насосом направляется в радиаторы холодильника. Для того чтобы масло, не требующее охлаждения, не попадало в радиаторы, на трубопроводе, подводящем к ним масло от откачивающих секций насоса, установлен перепускной клапан 13. Ввиду большой вязкости холодного масла сопротивление его проходу через радиаторы возрастает, вследствие чего увеличивается давление в трубопроводе, под действием которого отжимается шаровой клапан, и масло возвращается в масляный бак, минуя радиаторы. При горячем масле, имеющем меньшую вязкость, давление в трубопроводе перед радиаторами не повышается настолько, чтобы преодолеть усилие пружины перепускного клапана, и масло полностью поступает в радиаторы.
Воздушная система тепловоза
Воздушная система тепловоза (тормозной компрессор, главные и запасные резервуары сжатого воздуха и др.) обеспечивает работу тормозных средств всего поезда, а также ряда вспомогательных устройств тепловозов.
Системы воздухоснабжения и воздушного охлаждения состоят из агрегатов, предназначенных для подачи воздуха (воздуходувки и нагнетатели — для дизеля, вентиляторы — для охлаждения электрических машин), воздухозаборных устройств (окна, жалюзийные решетки), воздухоочистителей и воздуховодов.
Вспомогательное оборудование тепловоза
Вспомогательным оборудованием тепловоза называется совокупность устройств, обеспечивающих нормальную работу дизеля, передачи в экипажной части. К вспомогательному оборудованию, обеспечивающему работу передачи, могут быть отнесены система воздушного охлаждения тяговых электрических машин и система охлаждения рабочей жидкости гидропередачи. Вспомогательным оборудованием экипажной части являются песочная система, система вентиляции кузова, противопожарные устройства и система пожарной сигнализации. Общей для основных агрегатов тепловоза является воздушная система управления.
Передача
Электрическая передача тепловоза ТУ2 состоит из:
- главного генератора, превращающего механическую энергию дизеля в электрическую;
- четырех тяговых электродвигателей, которые в свою очередь превращают электрическую энергию в механическую;
- комплекта вспомогательных машин и аппаратов.
Схема электрических соединений тепловоза ТУ2 приведена на рисунке.
Рис. 64. Схема электрических соединений:
Г —главный генератор; 111 — шунтовая обмотка главного генератора; ДС—добавочное сопротивление; ПК — противокомпаундная обмотка; ПО — пусковая обмотка; Я—независимая обмотка возбуждения: В — возбудитель; 111В —шунтовая обмотка возбуждения возбудителя; ВГ — вспомогательный генератор; ШВГ — шунтовая обмотка вспомогательного генератора; PH —регулятор напряжения; БА —аккумуляторная батарея; /, 2, 3, 4 — тяговые двигатели; С/, С2, СЗ, С4 — сериесные обмотки тяговых двигателей; 11112, 11134 — шунтирующие сопротивления тяговых двигателей
Электрическая передача позволяет автоматизировать управление тепловозом и обеспечивает при работе по системе многих единиц управление с одного поста всеми локомотивами.
Машинная система автоматизации управления, примененная на тепловозе ТУ2, дает возможность полностью использовать мощность дизеля при скоростях движения тепловоза от 8 до 35 км/ч, что охватывает практически весь диапазон рабочих скоростей.
Рис. 65. Тяговая характеристика или внешняя характеристика тягового генератора
Для полного использования мощности дизеля необходимо, чтобы он работал при номинальной скорости с номинальным крутящим моментом, т. е. с вала дизеля при всех условиях должна сниматься постоянная номинальная мощность. Известно, что мощность генератора постоянного тока равна произведению напряжения на его клеммах на ток якоря. Условие отбора постоянной мощности выполнимо в том случае, если напряжение на клеммах главного генератора изменяется обратно пропорционально току его якоря, т. е. при увеличении, например, тока в два раза, напряжение на клеммах генератора должно уменьшиться в два раза. Графически такая зависимость изображается гиперболой; таким образом внешняя характеристика генератора — зависимость напряжения на его клеммах от тока нагрузки — должна быть в рабочей части гиперболической (рис. 65).
Гиперболическая характеристика главного генератора обеспечивается: наличием у него независимой, шунтовой и противокомпаундной обмоток, определенным сочетанием ампер-витков этих обмоток, их включением и небольшой просадкой оборотов коленчатого вала дизеля.
При большой скорости движения величина тока в силовой цепи мала и размагничивающие ампер-витки противокомпаундной обмотки невелики. При таком режиме напряжение на клеммах генератора высоко.
При понижении скорости движения тепловоза ток в силовой цепи, а значит и в противокомпаундной обмотке, увеличивается, вследствие чего суммарные намагничивающие ампер-витки генератора уменьшаются, что приводит к понижению напряжения на его клеммах. Указанный процесс изменения напряжения генератора происходит автоматически в зависимости от величины тока в силовой цепи.
Трогание с места и увеличение скорости движения тепловоза ТУ2 осуществляется изменением числа оборотов коленчатого вала дизеля, что вызывает соответствующее увеличение напряжения на клеммах главного генератора и тяговых электродвигателей.
Дальнейшее увеличение скорости движения тепловоза достигается за счет ослабления поля тяговых электродвигателей путем шунтирования их обмоток возбуждения. Переход на ослабленное поле и обратно на полное поле осуществляется автоматически с помощью реле перехода.
Экипажная часть
Рама тепловоза сварной конструкции состоит из двух хребтовых балок 8, скрепленных между собой промежуточными креплениями 3 и по концам — шкворневыми балками 13. Средняя часть 1 рамы между шкворневыми балками с помощью боковых кронштейнов 6 связана с обносными угольниками 7. Нижние листы И перекрывают среднюю часть по всей длине. Такое сочетание элементов придает раме необходимую прочность и жесткость в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Концевые части 5 рамы имеют каркас из угольников, покрытый сверху листами 9. По контуру обносных угольников рама тепловоза посредством сварки соединена с обвязочным угольником каркаса кузова. Наружная обшивка боковых стен приварена к нижним настильным листам средней части рамы и вместе с каркасом кузова воспринимает вертикальные нагрузки. Для установки дизеля тягового генератора и распределительного редуктора на верхних поясах хребтовых балок предусмотрены накладки, опорные поверхности которых расположены в одной плоскости и обрабатываются на строгальном станке за одиц проход. Опорные поверхности накладок под установку дизеля и главного генератора пригоняются припиловкой и шабровкой с проверкой по линейке. При этом зазор между линейкой и обработанными поверхностями опор дизеля и генератора не должен превышать 0,2 мм. Рама опирается на каждую тележку тремя опорами: центральной шаровой пятой и двумя боковыми скользунами (рис. 94). Обе пяты служат для передачи тягового усилия при движении тепловоза. Сферическая форма пяты обеспечивает подвижность тележки, что улучшает динамические качества тепловоза. Боковые скользуны воспринимают на себя примерно 30% от общей нагрузки на тележки и придают раме необходимую поперечную устойчивость. Каждый скользун состоит из расположенной на кронштейне тележки подушки 3, по которой перемещается подпятник 5, армированный бронзовой шайбой 4, и плунжера 7 с пружиной 10 в направляющем стакане 8, укрепленном на раме. Пружина 10 имеет предварительное сжатие, что обеспечивает поперечную устойчивость рамы с кузовом и вместе с тем не препятствует наклонам тележки. Трущиеся поверхности боковых скользунов предохранены от попадания на них пыли, песка и воды чехлами 6. Кузов тепловоза (рис, 95) состоит из каркаса и наружной и внутренней обшивок с промежуточным слоем теплоизоляции из мипоры. Каркас сварной из профильной штампованной стали коробчатого и углового сечений и состоит из боковых и торцовых стен, связанных поверху крышей, а внизу — общим обносным угольником. Боковые стены имеют проемы для дверей и окон, а также для установки радиаторов холодильника. На торцовых стенах в кабинах машиниста установлены большие смотровые окна. В крыше над машинным отделением предусмотрен люк для установки дизеля и генератора внутрь кузова. Люк перекрывается съемной частью крыши, в которой находятся заборные отверстия для всасывающих коллекторов дизеля, вентиляционных каналов тягового генератора, отверстия для глушителей и люки вентиляции машинного помещения. С каждой стороны тепловоза, у кабин машиниста, имеется по одной входной двери с лестницами для входа в кузов. Боковые окна кабин машиниста выдвижные.
Тележка
Тележка тепловоза состоит из сварной рамы 6, рессорного подвешивания, двух колесных пар 7 с роликовыми буксами 8 и ударно-тягового прибора 2. Каждая колесная пара тележки имеет привод от тягового электродвигателя 15. Тележки оборудованы односторонним колодочным тормозом на обе колесные пары, пневматическими песочницами под все четыре колеса, путеочистителем и двумя предохранительными цепями, предусмотренными для ограничения поворота тележки при сходе ее с рельсов.
Рама тележки сварная из листовой стали марки М16С толщиной 20мм. Она состоит из двух боковых листов, связанных между собой по концам междурамными листовыми креплениями и в середине шкворневой балкой коробчатого сечения. В шкворневой балке укреплен подпятник опорной пяты рамы кузова. К боковым листам приварены кронштейны для подушек скользунов рамы. К нижней кромке рамы укреплены брусья 19, которыми тележка ложится на рельсы в случае ее схода с рельсов. Для уравновешивания ударно-тягового прибора, установленного в передней части тележки, на заднем междурамном креплении установлены два противовеса.
Рессорное подвешивание экипажа служит для передачи веса тепловоза на колесные пары и смягчения ударов, испытываемых экипажем тепловоза при движении по неровностям пути. В каждой из четырех точек подвешивания тележки надбуксовые рессоры выполнены двойными и состоят из соединенных последовательно одной листовой рессоры и двух цилиндрических пружин.
Листовая рессора 6 (рис. 97) своим хомутом лежит на корпусе буксы. Пружины 3 установлены между кронштейнами 4, укрепленными к боковым листам рамы, и шайбами 2, через которые пропущены подвески 5 с гайками 1 и 9, служащими для регулирования рессор. Нагрузка от рамы тележки через кронштейн 4 передается на пружины 3, шайбы 2, подвески 5, листовые рессоры и от них на буксы колесных пар. Листовые рессоры собраны из желобчатой листовой стали марки 55С2 сечением 100 X 13; они состоят из семи листов (в том числе трех коренных), связанных в средней
части хомутом. Цилиндрические пружины изготовляются из прутка диаметром 30 мм из стали марки 55С2 с термообработкой до твердости /7В =
155 =400~-480. При правильно отрегулированном рессорном подвешивании тележек тепловоза зазор между кромкой выреза рамы и буксой должен быть не менее 30 мм.
Колесная пара. Колесная пара состоит из оси 1 (рис. 98), двух цельнокатаных колес 2, имеющих диаметр по кругу катания 900 мм, и зубчатого колеса, состоящего из центра 3 и венца 4. Оси колесных пар изготовляются из осевых заготовок углеродистой стали марки ОС. Л. ГОСТ 4728—53. Материал осей, его химические и механические свойства должны соответствовать ГОСТ 3874—47. Ось имеет шейки под буксовые роликоподшипники, предподступичные и подступичные части, на которые напрессовываются колеса, участок под запрессовку центра зубчатого колеса и шейки моторно-осевых подшипников тягового электродвигателя. Зубчатое колесо состоит из литого стального центра и кованого венца из стали марки 40Х, посаженного на центр в горячем состоянии.
Буксы предназначены для передачи подрессоренного веса тепловоза на оси колесных пар и вместе с тем они воспринимают от колесных пар и передают на раму тележек тяговое или тормозное усилие при движении тепловоза. На тепловозе установлены буксы с двумя роликовыми подшипниками — однорядным с цилиндрическими роликами № 32320 (ГОСТ 294—54) и двухрядным сферическим № 3620 (ГОСТ 5721—54).Цилиндрический роликовый подшипник воспринимает только радиальную нагрузку, а сферический — радиальную и осевую.
См. также
Литература
Валентин Алексеевич Грибков, Павел Васильевич Григорьев, Валерий Иванович Сарин, Григорий Андреевич Сливин
УЗКОКОЛЕЙНЫЙ ТЕПЛОВОЗ ТУ2
Сдано в набор 26/IX 1958 г. Подп. к печ. 7/XII 1958 г ТРАНСЖЕЛДОРИЗДАТ, Москва, Басманный туп., 6а.