Рессорное подвешивание

Рессорное подвешивание (рис. 17) предназначено для передачи нагрузки от кузова тепловоза на буксы колесных пар и представляет собой упругую систему, смягчающую толчки и удары, возникающие при движении по неровностям пути, стыкам рельсов, стрелкам, крестовинам.

 

 

Рис. 17. Рессорное подвешивание

1 – кольцо резиновое; 2 – опора; 3 – пружина; 4 – прокладка

регулировочная; 5 – балансир; 6 – ось; 7 – втулка.

 

Рессорное подвешивание тепловоза индивидуальное (на каждое колесо) и состоит из двух спиральных пружин 3. Для более равномерного распределения нагрузки между пружинами последние соединены снизу балансиром 5, который посредством оси 6 передает нагрузку от подрессоренных частей тепловоза буксе. В отверстие балансира под ось запрессована закаленная стальная втулка 7. Между верхней опорой пружины 3 и торцом челюсти установлено резиновое кольцо 1, гасящее высокочастотные колебания, передаваемые от неподрессоренных частей тепловоза. При эксплуатации тепловоза необходимо следить за состоянием осей балансира и пружин.

Устройство и работа основных узлов и агрегатов тепловоза

Силовая установка

Силовая установка (рис. 18) предназначена для выработки крутящего момента и передачи его на колесные пары двух тележек, чтобы преобразовать крутящий момент в поступательное движение и уменьшить число оборотов на колесных парах.

Рис. 18. Силовая установка

1 – радиатор и охладитель надувочного воздуха; 2 – дизель; 3 – гидромеханическая передача; 4, 6, 8 – карданные валы; 5 – реверс-редуктор; 7 – редуктор.

 

Силовая установка состоит из: радиатора с охладителем наддувочного воздуха 1, двигателя 2, гидромеханической передачи 3, реверс-редуктора 5, карданных валов 4, 6, 8 и редуктора 7.

Крутящий момент от двигателя 2 и гидромеханической передачи 3 через карданный вал 4 передается на первичный вал реверс-редуктора 5, затем с выходного вала реверс-редуктора 5 передается на первичный вал редуктора 7 через карданный вал 8. К осевым редукторам колесных пар тележек тепловоза крутящий момент от выходного вала редуктора 7 передается карданными валами 6.

Карданные валы своими фланцами крепятся к фланцам гидромеханической передачи и редукторов специальными (призонными) болтами и корончатыми гайками. Гайки шплинтуются для предотвращения самопроизвольного откручивания.

Силовая установка (кроме редуктора 7) установлена на подрамнике 6, который составляет единое целое с главной рамой (см. рис. 9).

Редуктор 7 установлен на специальных кронштейнах между хребтовыми балками главной рамы.

Радиатор и охладитель надувочного воздуха 1 жестко крепятся кронштейнами на стойки подрамника болтовым соединением, т.е. без резиновых амортизаторов.

Двигатель 2 задней частью устанавливается на стойки подрамника на специальные кронштейны через резиновые амортизаторы и крепится болтовым соединением. Передней частью двигатель жестко крепится к стойкам подрамника болтовым соединением через поперечную балку. Центральная опора в передней части двигателя, состоящая из скобы и регулировочных пластин, крепится в центре балки.

Гидромеханическая передача 3 передней частью крепится к двигателю через переходной фланец. Сзади гидромеханической передачи предусмотрены специальные кронштейны, которые крепятся к корпусу гидропередачи болтами. Далее, через резиновые амортизаторы, болтовым соединением гидромеханическая передача крепится к опорам подрамника.

Реверс-редуктор 5 устанавливается на опоры подрамника и жёстко крепится болтовым соединением, т.е. без резиновых амортизаторов.

Редуктор 7 своими опорами ставится на основания, которые приварены к специальным кронштейнам, расположенным между хребтовыми балками главной рамы и жёстко крепится болтовым соединением.

Двигатель

На тепловозе установлен быстроходный шестицилиндровый двигатель Ярославского моторного завода ЯМЗ 6563.10жидкостного охлаждения с V – образным расположением цилиндров, с непосредственным впрыском дизельного топлива и турбонаддувом. Двигатель отвечает нормам EURO-3 (рис 19).

 

 

Рис. 19. Внешний вид дизеля 6563.10

 

Управление работой двигателя заключается в воздействии на механизм электромеханический исполнительный (ЭМИ). Он размещен в корпусе, крепящемся к корпусу топливного насоса высокого давления (ТНВД).

На двигателе установлена электронная система управления (ЭСУ), которая поддерживает заданную частоту вращения коленчатого вала в зависимости от режима нагрузки, минимальную устойчивую частоту вращения холостого хода при снятии нагрузки. При движении рукоятки управления числа оборотов двигателя (см. рис.9, поз. 14) на пульте управления в направлении «вперед» (от себя) электрический сигнал подается на электронный блок управления (ЭБУ). Блок обрабатывает этот сигнал и, в зависимости от различных условий, подает свой сигнал на электромеханический исполнительный механизм (ЭМИ). ЭМИ, получив сигнал, через систему рычагов обеспечивает перемещение топливной рейки в полном диапазоне от максимальной подачи топлива до полного выключения подачи.

При номинальной частоте вращения коленчатого вала 1900 об/мин двигатель развивает мощность 169 кВт (230л.с.). Охлаждение двигателя водяное, принудительное.

Запуск двигателя производится электростартером от аккумуляторной батареи.

Устройство дизеля аналогично устройству дизеля 1Д12, но имеются некоторые отличия. Система смазки в данном двигателе с «мокрым» картером. Это значит, что запас масла, хранится в нижнем картере дизеля. Нижний картер является просто поддоном для хранения масла. Уровень масла контролируется масломерным щупом. Внутри нижнего картера имеется перегородка для уменьшения пенообразования и расплескивания масла при работе двигателя. Внизу установлена пробка для слива отработанного масла. Соединяется с верхним картером болтами. Место соединения уплотняется прокладкой (рис 20).

 

 

Рис. 20. Нижний картер

1 – нижний картер; 2 – уплотнительная шайба; 3 – сливная пробка; 4, 5 – уплотнительные прокладки; 6 – крышка; 7 – пружинная шайба; 8, 9 – болт.

 

Следующее отличие от дизеля 1Д12 – это турбонаддув с охладителем надувочного воздуха (интеркулером). Дизель оборудован турбокомпрессором ТРК90. Турбонаддув и охладитель надувочного воздуха обеспечивают охлажденным воздухом с избыточным давлением.

Что такое турбонаддув?

Несомненно, каждый из нас замечал на автомобилях надпись «turbo». Что это значит?

Автомобильные конструкторы постоянно стремятся увеличивать мощность моторов. Мощность двигателя напрямую зависит от количества сжигаемого топлива за один рабочий цикл. Чем больше топлива мы сжигаем, тем больше мощность. И если требуется увеличить мощность двигателя, значит нужно сжечь больше топлива. Тут-то нас и поджидают проблемы. Дело в том, что для горения топлива необходим кислород. Так что в цилиндрах сгорает не топливо, а топливно-воздушная смесь. Смешиваться топливо с воздухом должно в определённом соотношении. К примеру, на одну часть топлива полагается 14–15 частей воздуха — в зависимости от режима работы, состава горючего и прочих факторов. Как мы видим, воздуха требуется весьма много. Если мы увеличим подачу топлива, нам также придётся значительно увеличить и подачу воздуха. Обычные двигатели засасывают его самостоятельно из-за разницы давлений в цилиндре и в атмосфере. Зависимость получается прямая — чем больше объём цилиндра, тем больше кислорода в него попадёт на каждом цикле. Так и приходилось поступать, выпуская двигатели с огромным объёмом цилиндров и умопомрачительным расходом горючего. А есть ли способ загнать в тот же объём больше воздуха? Оказывается есть, и впервые придумал его господин Готтлиб Вильгельм Даймлер (Gottlieb Wilhelm Daimler). В 1885 году он догадался закачивать воздух в цилиндры с помощью нагнетателя, представлявшего собой вентилятор (компрессор), который получал вращение непосредственно от вала двигателя и загонял в цилиндры сжатый воздух (рис21). Подобный нагнетатель начал применяться на тепловозах серии ТЭ 3, и применяется до сих пор на тепловозах 2ТЭ10, М62, и некоторых других.

 

Рис. 21. Механический нагнетатель воздуха.

 

Швейцарский инженер-изобретатель Альфред Бюхи (Alfred J. Büchi) пошёл ещё дальше. Он заведовал разработкой дизельных двигателей в компании Sulzer Brothers. Двигатели в те времена были большими и тяжёлыми, а мощности развивали мало. Поэтому отнимать энергию у двигателя, чтобы вращать приводной компрессор, ему также не хотелось. В 1905 году господин Бюхи запатентовал первое в мире устройство нагнетания, которое использовало в качестве движителя энергию выхлопных газов. Он изобрёл первый в мире турбонаддув, и первый в мире турбодизель.

Турбокомпрессор состоит из двух «улиток» — через одну проходят отработавшие газы, а вторая нагнетает воздух в цилиндры (см. рис. 22).

Выхлопные газы из двигателя вращают ротор турбины, тот, в свою очередь, приводит в движение компрессор, который нагнетает сжатый воздух в цилиндры двигателя.

В турбомоторе воздух, который попадает в цилиндры, часто приходится дополнительно охлаждать. Воздух, проходящий через турбину, нагревается от сжатия, а также от деталей, нагретых выхлопными газами.

Перед тем, как попасть в цилиндры, воздух проходит через охладитель надувочного воздуха и охлаждается. Этим самым повышается плотность воздуха, а значит и количество, которое поступает в цилиндры двигателя (рис.23), а значит, увеличивается мощность двигателя. Охладитель – это обычный радиатор, установленный на пути воздуха от компрессора к цилиндрам двигателя. Такая система была применена на тепловозах серии ТЭП60 и ТЭМ2.

Идея очень проста. Как ветер вращает крылья мельницы, так и отработавшие газы крутят колесо с лопатками. Разница только в том, что колесо это очень маленькое, а лопаток очень много. Колесо с лопатками называется ротором турбины и находится на одном валу с колесом компрессора. Условно узел состоит из двух частей — ротора и компрессора. Ротор получает вращение от выхлопных газов, а соединённый с ним компрессор, работая в качестве «вентилятора», нагнетает дополнительный воздух в цилиндры. Весь этот узел называется турбокомпрессор (от латинских слов turbo — вихрь и compressio — сжатие) или турбонагнетатель (рис. 24).

Рис. 24.

1 – корпус турбины; 2 –корпус подшипников; 3, 6, 9 – уплотнительные кольца; 4 – соединительное кольцо; 5 – выхлопной канал; 7 – роторное колесо; 8 – подшипники; 10 – турбинное колесо; 11 – гайка.

Чем больше выхлопных газов попадает в турбину, тем быстрее она вращается и тем больше дополнительного воздуха поступает в цилиндры, тем выше мощность. Эффективность применения турбонаддува по сравнению, например, с механическим нагнетателем в том, что расход мощности двигателя всего 1,5%. Ротор турбины получает энергию от выхлопных газов не за счёт их замедления, а за счёт их охлаждения — после турбины выхлопные газы идут по-прежнему быстро, но более холодные. Кроме того, повышается КПД двигателя. Да и возможность снять с меньшего рабочего объёма большую мощность означает меньшие потери на трение, меньший вес двигателя. Всё это делает двигатели с турбонаддувом более экономичными в сравнении с их атмосферными собратьями равной мощности. Но не всё так просто.

Во-первых, скорость вращения турбины может достигать 200 тысяч оборотов в минуту, во-вторых, температура раскалённых газов достигает 1000°C! Поэтому сделать турбонаддув, который сможет выдержать такие нагрузки длительное время, весьма дорого и непросто. Выхлопные газы разогревают и выпускную систему, и турбокомпрессор до очень высоких температур.

Но сложность и дороговизна конструкции — не единственные недостатки. Эффективность работы турбины сильно зависит от оборотов двигателя. На малых оборотах выхлопных газов немного, ротор раскручивается слабо, и компрессор почти не задувает в цилиндры дополнительный воздух. Поэтому бывает, что на низких оборотах двигатель совсем не тянет, и только когда обороты вала двигателя значительно увеличиваются, резко увеличивается мощность. Это явление называется турбоямой. Причём чем больше турбина, тем она дольше будет раскручиваться. Поэтому моторы с очень высокой удельной мощностью и турбинами высокого давления, как правило, страдают турбоямой в первую очередь. А вот у турбин, создающих низкое давление, никаких провалов тяги почти нет, но и мощность они поднимают не очень сильно.

Почти избавиться от турбоямы помогает схема с последовательным наддувом, когда на малых оборотах двигателя работает небольшой малоинерционный турбокомпрессор, увеличивая тягу на «низах», а второй, побольше, включается на высоких оборотах с ростом давления на выпуске.

Но чаще, по-прежнему, встречается пара одинаковых турбокомпрессоров, параллельно обслуживающих отдельные группы цилиндров. Типичная схема для V-образных турбомоторов, где у каждого блока свой нагнетатель.

Заставить турбокомпрессор работать эффективнее во всём диапазоне оборотов, можно ещё изменяя геометрию рабочей части. В зависимости от оборотов внутри «улитки» поворачиваются специальные лопатки и варьируется форма сопла. В результате получается «супертурбина», хорошо работающая во всём диапазоне оборотов. Идеи эти витали в воздухе не один десяток лет, но реализовать их удалось относительно недавно. Причём сначала турбины с изменяемой геометрией появились на дизельных двигателях, благо, температура газов там значительно меньше. А из бензиновых автомобилей первый примерил такую турбину Porsche 911 Turbo.

Конструкцию турбомоторов довели до ума уже давно, а в последнее время их популярность резко возросла. Причём турбокомпрессоры оказалось перспективным не только в смысле форсирования моторов, но и с точки зрения повышения экономичности и чистоты выхлопа. Особенно актуально это для дизельных двигателей. Редкий дизель сегодня не несёт приставки «турбо».