Передача

Самые совершенные отечественные тепловозы с электрической передачей изготавливают на Вороши-ловградском тепловозостроительном заводе. Это новые тепловозы серии ТЭ109 мощностью 3000 леи весом 120-126 т. Расположение оборудования на тепловозе показано на рис. 3. Кузов установлен на две трехосные тележки, расстояние между осями которых 11 480 мм при базе тележек 3700 мм. Общая длина локомотива по осям автосцепок 20 170 мм, высота 4545 мм и ширина кузова 2950 мм. При грузовом варианте максимальная скорость движения составляет 100 км/ч, а длительная сила тяги - 26 тыс. кГ при 24 км/ч. Пассажирский вариант обеспечивает скорость 140 км/ч.

На тепловозе ТЭ109 применен ряд новшеств: на нем можно устанавливать экономичные четырехтактные дизели типа Д49 или Д70; электрическая передача переменно-постоянного тока, разработанная в ВНИИТЭМ и изготовленная на заводе «Электротяжмаш» им. Ленина; осуществлен электрический привод вспомогательных агрегатов; с целью улучшения тяговых свойств и ходовых качеств применены шкворневые тележки с бесчелюстными осевыми буксами и односторонним расположением тяговых электродвигателей «носиками» к середине тепловоза.

Дизель-генератор состоит из дизеля и тягового генератора, соединенных между собой пластинчатой муфтой и устанавливаемых на общей поддизельной раме. Вспомогательные электрические машины укреплены непосредственно на тяговом генераторе. Дизель-шестнадцатицилиндровый, У-образ-ный, четырехтактный, с газотурбинным наддувом и промежуточным охлаждением наддувочного воздуха. Одновременно

Тепловозы (итоги и перспективы)
Рис 3 Расположение оборудования па тепловозе IЭ109 1 - передняя кабина машиниста, 2-сиденья для машиниста и помощни ка 3- песочный бункер, 4-высоковольтная камера 5-выпрямительная установка, 6-генератор для отопления поезда, 7-чоюр вентилятор ох лаждения тяговых электродвигателей передней тележки, 8- стартер гене ратор, 9- дизель, 10- мотор вентилятор кузова, /1 - выхлопная снег1 ма, 12- мотор вентилятор холодильника, 13- противопожарная установ ка, 14-радиаторные секции, 15 - мотор компрессор, 16-мотор вентиля тор охлаждения задних тяговых электродвигателей, 17-задняя кабина, 18-прожектор, 19 - ударно упряжные приборы, 20 - отопительно венти пяционная установка, 21 - котесная пара, 22 - тяговый электродвигатель, 23-воздушный резервуар, 24-отсеки аккумуляторной батареи 25-топ ливный бак, 26 - тяговый генератор переменного тока, 27 - рессорное подвешивание, 28 - вентилятор охлаждения выпрямительной установки на этом же заводе изготавливают грузовые тепловозы мощностью 3000 л. с. с новыми четырехтактными дизелями на базе рамной конструкции кузова серийных тепловозов 2ТЭ10Л с электропередачей переменно-постоянного тока.

Основной прогресс в создании новых тепловозов достигнут благодаря существенному совершенствованию электрической передачи. Со времени появления первых тяговых электродвигателей на тепловозах с электрической передачей их улучшение сводилось в основном к применению новых изоляционных материалов и лаков, позволяющих обмоткам работать при более высокой температуре. Использование силиконов в виде изоляционных лент или в виде лаков для пропитки дало возможность повысить температуру перегрева до 1б0° С по отношению к температуре окружающего воздуха. В результате возросла отдача мощности при заданном объеме тягового электродвигателя. Новые изоляционные материалы можно рассматривать также и как средство для увеличения сроков между осмотрами и ремонтами, если рабочие температуры перегрева ограничены пределом 110° С.

Опорно-осевая подвеска тягового электродвигателя имеет исключительно простую и надежную зубчатую передачу. Однако ее существенным недостатком является ограничение размера зубчатых колес и передаточного числа редуктора. Поэтому при такой системе подвески двигателя нет широких возможностей для повышения скорости вращения якоря. При диаметре ведущих колес 1000-1050 мм предельная мощность тягового электродвигателя для обеспечения надежной работы грузового локомотива составляет около 500 кет.

Что касается главных генераторов, то их мощность с возрастанием мощности дизеля неуклонно увеличивалась. Если на тепловозе ТЭ1 устанавливали главный генератор МПТ 84/39 номинальной мощностью при длительном режиме 700 кет и весом 4500 кг, то на магистральном тепловозе ТЭ10Л главный генератор МПТ 120/49 имеет уже 2000 кет, а вес его увеличен до 9200 кг Использование сталей с повышенной магнитной проницаемостью и лучших изоляционных материалов позволило увеличить мощность генераторов электрического тока, но при этом значительно ухудшились условия коммутации и работа коллекторов и щеток. При постоянном токе мощность главного генератора 2000 кет является практически предельной как по размерам электрических машин, так и по надежности работы.

При вполне обоснованной тенденции к созданию мощных тепловозов с одним дизелем проблема электрического генератора становится особенно острой. Для ее решения конструкторы электрических машин нашли новые пути, одним из которых оказалось использование электрических машин переменного тока. Эти машины не имеют коллектора и, следовательно, более надежны. Они допускают увеличение окружной скорости и рабочей температуры, что позволяет в габаритах тепловоза изготовить электрические генераторы и тяговые электродвигатели значительно большей мощности.

Первым отечественным тепловозом с генератором переменного тока стал ТЭ109. Он оборудован синхронным трехфазным генератором типа ГС 501, который весит 6500 кг, что на 2700 кг легче генератора постоянного тока тепловоза ТЭ10 той же мощности. Ток от генератора проходит через полупроводниковые кремниевые выпрямители ВКД 200 и далее направляется к шести тяговым электродвигателям постоянного тока типа ЭД 107, включенным в силовую цепь параллельно и имеющим две ступени ослабления поля в 60 и 36%.

У синхронного генератора ГС 501 две статорные обмотки, каждая из которых присоединяется к отдельному выпрямителю, собранному по трехфазной мостовой схеме. Такая схема обеспечивает меньшую пульсацию выпрямительного напряжения и надежную работу тяговых электродвигателей. Синхронный генератор обладает меньшим весом, несколько более высоким к. п. д., чем генератор постоянного тока, и общий к. п. д. генератора и кремниевого выпрямителя приблизительно равен к. п. д. генератора постоянного тока.

По аналогичной схеме работают самые мощные тепловозы с электрической передачей на железных дорогах США. Эти локомотивы имеют мощность 6600 л с , длину почти 30 м, высоту 4,6 м и ширину 3,15 м. Кузов установлен на две четырехосные тележки, расстояние между осями которых составляет около 20 м при базе тележки 5,2ж. На тепловозе размещены два 16-цилиндровых дизеля мощностью 3300 л. с. при 950 об/мин с автономными электропередачами. Вес тепловоза в рабочем состоянии 254 т. Длительная сила тяги 44 258 кг при скорости 18,1 км/ч. Максимальная скорость 145 км/ч.

Несколько иначе устроены тепловозы с электрической передачей переменно-постоянного тока, изготовленные во Франции фирмой «Альстом». На тепловозе серии СС 72000 установлен только один дизель мощностью 3600 л. с. при 1350 об/мин. Предусмотрена возможность установки на этот локомотив дизеля мощностью 5000 л. с. Кузов опирается на две трехосные тележки, каждая из которых имеет только один тяговый электродвигатель постоянного тока. Вес тепловоза 108 г, из которых 17,73 г приходится на электрическую лередачу. Одномоторные тележки позволили улучшить использование сцепного веса тепловоза на 15%) по сравнению с индивидуальным приводом колесных пар.

У всех этих тепловозов главный генератор переменного тока, а тяговые электродвигатели оставались постоянного тока со всеми их недостатками. Следующим шагом в усовершенствовании электрической передачи является создание тяговых электродвигателей переменного тока, что стало возможным после изготовления специальных полупроводниковых электронных приборов-тиристоров.

Первый тепловоз с тяговыми электродвигателями переменного тока был построен в Англии фирмой «Браш». Переменный трехфазный ток от главного генератора предварительно выпрямляется кремниевыми выпрямителями, после чего поступает в преобразователь частоты, являющийся управляемым выпрямителем - тиристором. Постоянный ток преобразуется в переменный, частота которого регулируется. Тяговые двигатели выполнены в виде асинхронных с короткозамкну-тым ротором. Преобразованный переменный ток имеет приблизительно квадратную форму волны, вполне приемлемую для питания асинхронного тягового электродвигателя.

Преимущества привода этого типа по сравнению с обычными тяговыми электродвигателями постоянного тока весьма значительны, поскольку асинхронный двигатель с короткоза-мкнутым ротором более надежен, не имеет коллектора, может быть выполнен влагонепроницаемым и работает с более высокими скоростями. Его вес, габариты и стоимость значительно ниже, чем у двигателя постоянного тока той же мощности.

На основании полученного опыта в отношении стоимости и простоты технического содержания, квалификации требующегося обслуживающего персонала, а также в отношении надежности в настоящее время установлено, что наиболее подходящим для магистральных тепловозов является дизель со средней скоростью вращения коленчатого вала и электрическая передача.

В текущем пятилетии в Советском Союзе намечается создать тепловоз с электрической передачей переменного тока.

⇐ | Дизель | | Тепловозы (итоги и перспективы) | | Экипаж | ⇒