Дипломная (вкр): Грузовой тепловоз мощностью 3000 кВт. Дизель-генератор

Рис. 1.4 - Тепловоз серии 2016

В локомотиве есть два боковых прохода - для машиниста и для обслуживающего персонала депо. Первый напрямую соединяет две кабины управления. Из него машинист может попасть в любой из отсеков при выполнении мероприятий, необходимых для подготовки локомотива к поездке или выполняемых по ее завершении. Поперечный проход, соединяющий оба боковых, находится между отсеками электрооборудования и дизель-генератора. Под боковым проходом для обслуживающего персонала проложены воздушные трубопроводы, линии питания тяговых двигателей и кабель магистрали электроснабжения поезда. Под другим боковым проходом расположены линии питания вспомогательного оборудования, кабели систем управления и сигнализации, а также информационные шины. Благодаря такому пространственному разделению кабелей с большими токами и линий управления исключается их взаимное мешающее влияние.

При проектировании механической части тепловоза серии 2016 нужно было обеспечить: низкий уровень излучаемого шума; пониженное содержание вредных компонентов в выхлопных газах; высокую пассивную безопасность; удобство проведения технического обслуживания и ремонта; совершенствование технологических процессов изготовления компонентов оборудования и их монтажа.

Решению этих задач в большой степени способствовало использование модульного принципа. Были разработаны новые, компактные и готовые к монтажу модули, предварительно испытанные в заводских условиях. Благодаря этому сокращены затраты времени на сборку и выполнение ремонтных работ.

Благодаря использованию современных принципов конструирования, новых материалов и технологий удалось вскрыть большие резервы в области снижения уровня шумоизлучения и обеспечения удобства технического обслуживания. В качестве примера можно назвать панели боковых стенок сотовой конструкции, крепящиеся к каркасу. Дизель, являющийся основным источником шума, полностью экранирован. Несмотря на это, пути распространения шума, ориентированные прежде всего вдоль воздухоподводов, дополнительно снабжены кулисными глушителями, а эффективный звукопоглощающий материал стенок уменьшает уровень шума непосредственно в машинном отделении. Вредные выбросы дизеля снижены до минимума благодаря современной системе регулирования и повышенному давлению впрыска.

Форма лобовой части локомотива разработана компанией Siemens в тесном сотрудничестве с представителями ÖВВ на базе аэродинамических расчетов и в соответствии с заданной максимальной скоростью.

Каркас кабины состоит из трех основных частей: пол, боковые стенки с оконными и дверными проемами, а также задняя стенка с проемом для двери в машинное отделение являются частью сварного каркаса всего кузова; лобовая часть со скосами, образующими переходы к боковым стенкам, представляет отдельный сварной модуль, который крепится на болтах к каркасу кузова на этапе сборки; крыша кабины из пластика, армированного стекловолокном, и цельное лобовое стекло крепятся с помощью клея к лобовой части, смонтированной в окончательном положении.

Лобовая часть, несущую конструкцию которой образуют нижний, средний и верхний опоясывающие профили, а также скосы переходов к боковым стенкам, соединяется с каркасом кузова в жесткую стальную конструкцию. Она служит для восприятия всех основных нагрузок на кузов локомотива, в том числе аэродинамических сил, продольных, возникающих при наезде на препятствие, и изгибных, действующих при подъеме локомотива с одного конца.

Кузов имеет сварную конструкцию. Его рама выполнена из балок коробчатого сечения. Боковые продольные балки по концам соединены массивными буферными брусьями, а в промежутках - шкворневыми и дополнительными поперечными балками для установки дизеля. По продольной оси рамы проходит хребтовая балка коробчатого сечения, связанная со всеми поперечными. Она служит для восприятия сил тяги и торможения, передаваемых через шкворень, и распределения их между буферными брусьями. В центре кузова расположен дизель-генераторный агрегат, имеющий собственную опорную конструкцию. Места для строповки при подъеме находятся по концам локомотива под буферными брусьями и по бокам в зоне шкворневых балок.

Опорная конструкция дизель-генераторного агрегата, соединительные элементы модулей охлаждения, основания центрального блока электроники и стенда тормозного оборудования, а также консоли для крепления подкузовного оборудования являются интегрированными составными частями рамы.

Боковые стенки кабины управления и машинного отделения, а также задние стенки кабин управления являются несущими конструктивными элементами цельнометаллического кузова. Каркас боковых стенок машинного отделения представляет собой решетчатую конструкцию, которая во время окончательной сборки оклеивается алюминиевыми сотовыми панелями. Крышевые скосы соединяются между собой поперечными дугами, крепящимися с помощью болтов, и также образуют несущую конструкцию. Поперечные дуги являются составной частью перегородок машинного отделения. В машинном отделении основные компоненты оборудования расположены в основном по центру, поэтому слева и справа вдоль стен образуются два боковых прохода. Перегородки между отсеками в зоне боковых проходов имеют двери. Такая конструкция экранирует дизель, что значительно снижает уровень излучаемого шума.

В дизельном отсеке кроме двигателя расположены системы для турбонаддува и охлаждения наддувочного воздуха, предварительного обогрева, гидростатический привод вентилятора системы охлаждения, глушитель шума, воздухоподвод для дизеля и частично генератор. За исключением глушителя шума все указанные агрегаты крепятся непосредственно к двигателю или связаны с ним.

Дизель типа MTU 16V 4000 R 41 модифицирован изготовителем по заданию компании Siemens Krauss-Maffei Lokomotiven, Мюнхен.

Дизельный отсек вентилируется с помощью генератора, который забирает свежий приточный воздух из отсека электрооборудования. Через выходное вентиляционное окно генератора несколько нагретый воздух поступает в машинное отделение. Из зоны дизеля отработавший воздух удаляется вентилятором модуля холодильника. Он забирает воздух из дизельного отсека через окно в перегородке и выбрасывает наружу.

В холодильном отсеке размещен цельноблочный алюминиевый холодильник с расширительным баком для воды, вентилятором с гидростатическим приводом, уравнительным масляным резервуаром для гидросистем и глушителем. Холодильник поставляется в виде контейнера, являющегося полностью укомплектованным и готовым к эксплуатации модулем. Глушитель проходит через окно в перегородке дизельного отсека. Через него отработанный воздух удаляется из машинного отделения. Охлаждающий воздух поступает снаружи через решетки в боковых стенках. С выхода холодильника нагретый воздух удаляется через крышу с помощью вентилятора. Генератор через проем в перегородке частично выходит в отсек электрооборудования, где, кроме электрической, электронной и тормозной аппаратуры, размещается воздушный фильтр дизеля. В этот отсек воздух подается снаружи через две решетки и центробежный очиститель. Монтаж и демонтаж всех крупных агрегатов производится через крышу.

В отличие от других новых локомотивов, поставляемых на сеть ÖВВ, тепловоз серии 2016 имеет кабины с дверями, расположенными с двух сторон. Внутреннее оборудование кабины и концепцию размещения органов управления компания Siemens разрабатывала совместно с ÖBB. Пульт, спроектированный в соответствии с требованиями эргономики, расположен почти по центру кабины. Он содержит все элементы, необходимые для эксплуатации локомотива на сетях Австрии, Германии и Словении.

Электрически управляемые наружные зеркала для наблюдения за поездом и кнопка аварийного отключения в грибковом исполнении повышают уровень безопасности. Кабины оборудованы системой кондиционирования воздуха и имеют шумо- и теплоизоляцию. На задней стенке кабины закреплено откидное сиденье. Все окна изготовлены из триплекса, цельное лобовое стекло локомотива и зеркала имеют электрический обогрев.

Рама тележки сварена из балок коробчатого сечения: двух продольных, шкворневой и двух концевых. Кузов опирается на тележку через пружины вторичного рессорного подвешивания, которые для уменьшения возвращающего момента используются в комбинации с подпятниками. С целью сведения к минимуму разгрузки колесных пар силы тяги и торможения передаются на кузов локомотива через низко расположенный шкворень тележки. Упор, интегрированный в резинометаллический упругий элемент, предохраняет шкворневой узел от повреждений. Для демпфирования колебаний в вертикальном и поперечном направлениях служат гидравлические гасители. Каждая тележка оборудована также двумя гасителями, демпфирующими колебания виляния, что способствует повышению плавности хода. Оси колесных пар выполнены полыми. Цельнокатаные колеса оснащены тормозными дисками. Буксовые узлы выполнены на цилиндрических роликоподшипниках. Корпуса букс соединены с рамой тележки треугольными поводками. В их конструкции использованы резинометаллические упругие элементы. Тележка опирается на буксы с помощью винтовых рессор типа Flexicoil.

Топливный бак и аккумуляторная батарея предварительно монтируются в заводских условиях в один модуль. Дополнительно в него интегрируются соответствующие компоненты топливной системы.

Сварной кожух модуля представляет собой самонесущую конструкцию. Он крепится в четырех местах к раме локомотива под кузовом. Вместимость топливного бака составляет 2500 л.

Тяговые приборы состоят из поглощающего аппарата с кольцевой пружиной, тягового крюка и винтовой сцепки. Ударные устройства, выполненные в виде буферов, могут быть пружинными или гидравлическими. Последние способны поглощать бóльшее количество энергии и по классификации МСЖД относятся к классу С.

Для восприятия сильных толчков при соударениях или наезде последовательно с буферами смонтированы сминаемые элементы, способные поглотить энергию удара до 1 МДж. Благодаря им снижаются нагрузки на основную конструкцию локомотива при столкновении на скорости до 40 км/ч.

Дизель MTU 16V 4000 R41 является четырехтактным двигателем с непосредственным впрыском Common-Rail, двухконтурной системой жидкостного охлаждения, газотурбинным наддувом и внешним охлаждением наддувочного воздуха. Система непосредственного впрыска Common-Rail обеспечивает высокое давление впрыска, оптимально регулируемого в соответствии с характеристиками двигателя.

При полной нагрузке дизеля удельный расход топлива составляет 195 г/кВт·ч, что отвечает требованиям инструкции ERRI 1997, нормирующей вредные выбросы. Дизель будет также отвечать требованиям разрабатываемой инструкции ERRI 2003, ориентированной на меньшие значения удельного расхода топлива.

Тяговый генератор, имеющий фланцевое соединение с дизелем, вырабатывает переменный трехфазный ток. Подключенный к нему выпрямитель на кремниевых диодах, соединенных в трехфазную мостовую схему, питает промежуточный контур постоянного напряжения. Последний обеспечивает питание трехфазного инвертора, к которому по параллельной схеме подключены четыре асинхронных тяговых двигателя трехфазного тока, а также однофазного инвертора, питающего магистраль электроснабжения поезда.

Трехфазный импульсный инвертор скомпонован из охлаждаемых водой фазовых модулей на запираемых тиристорах, которые широко используются на подвижном составе различных типов. Модули характеризуются высокой мощностью и компактной конструкцией. Один инвертор питает все четыре асинхронных тяговых двигателя трехфазным током, напряжение и частота которого регулируются.

Асинхронные трехфазные тяговые двигатели типа 1ТВ24 с короткозамкнутым ротором имеют продолжительную мощность 410 кВт. Электрические и магнитные параметры выбраны таким образом, что двигатели обеспечивают необходимую мощность и имеют высокий КПД. Высокая тактовая частота тягового инвертора, а также использование в его системе регулирования оптимизированного импульсного алгоритма способствуют уменьшению тепловых потерь тяговых двигателей. Максимальное значение напряжения на зажимах двигателя в режиме тяги составляет 1872 В, крутящего момента - 6500 Н·м и частоты вращения - 3710 об/мин. Тепловоз серии 2016 является первым на сети ÖВВ локомотивом, где использована передача с полым валом. Речь идет о редукторе, корпус которого с зубчатым колесом, шестерней и подшипниками опирается на полую ось колесной пары, в то время как тяговый двигатель подрессорен системой первичного подвешивания. Крутящий момент от вала двигателя к шестерне редуктора передается с помощью стальной пластинчатой муфты, крепящейся на болтах. Это облегчает проведение ремонтных работ, так как позволяет быстро разъединять тяговый двигатель и редуктор. Основным преимуществом такой конструкции перед обычно использовавшейся на ÖВВ передачей с опорно-осевым подвешиванием является снижение неподрессоренных масс.

РАЗДЕЛ 2. КОНЦЕПЦИЯ ПЕРСПЕКТИВНОГО ТЕПЛОВОЗА

2.1 Кузов и общая компоновка

В качестве базового кузова перспективного тепловоза, был выбран кузов тепловоза ТЭП 150. Основанием выбора такого базового варианта в первую очередь было то, что производство такого кузова находится в Украине на Луганском тепловозостроительном заводе. Во-вторых, конструкция кузова и технология его производства в достаточной степени отработаны, что было подтверждено испытаниями электровоза ТЭП 150.

Одним из основных достоинств такого кузова является его несущая конструкция, позволяющая существенно уменьшить общую массу тепловоза, не снижая показателей прочности, что особенно важно при использовании тепловоза в пассажирском движении.

Основное снижение массы кузова достигнуто благодаря максимальному использованию облегченных конструкций. Это стало возможным при использовании современных принципов конструирования, использованию в конструкциях более тонкого листового материала. Жесткость деталей из него повышали за счет отбортовки краев и штамповки гофров.

Лобовая часть кузова имеет улучшенную аэродинамическую форму в расчете на движение со скоростями до 200 км/ч.

К торцовым балкам нижней части кузова привариваются сминаемые защитные элементы, обеспечивающие защиту при столкновении с препятствием со скоростью до 15 км/ч или воздействии силы 300 кН.

Поскольку при проработке концепции тепловоза в основу был положен модульный принцип, конструкция кузова предусматривает его сборку из отдельных блоков - модулей, таких как: средняя часть кузова с главной рамой и автосцепками, кабины и переходные тамбуры. Путем стыковки модулей можно получить локомотив с одной кабиной и переходным тамбуром, с двумя кабинами и с двумя переходными тамбурами (бустерная секция). Кабины и переходные блоки не включаются в силовую схему несущей конструкции кузова.

Крыша над машинным отделением выполнена в виде единой сварной конструкции. При ее снятии возможен монтаж крупных агрегатов длиной до 6 м, в частности, дизель-генератора. Блоки инверторов, компрессор, двигатели вентиляторов охлаждения тяговых двигателей вынимают через люки без снятия крыши.

Отсутствие второй кабины позволяет разместить компрессор и другие узлы тормозной системы в задней части локомотива, а блоки систем управления и контроля непосредственно рядом с кабиной. Это позволяет уменьшить протяженность, упростить монтаж и обслуживание модулей соединительных шин. Кроме указанных преимуществ, такое размещение оборудования позволяет снизить до минимума уровень шума и вибрации в кабине.

Забор воздуха для дизеля и охлаждения тяговых двигателей производится через фильтры расположенные в крышевых секциях кузова и закрытых жалюзи с целью уменьшения попадания пыли.

Таким образом, концепция кузова перспективного тепловоза предусматривает использование модульного принципа сборки, применение легких конструкционных материалов, несущую конструкцию кузова, применение аэродинамической формы, использование защитных элементов, удобство компоновки узлов и систем, комфортные условия работы локомотивной бригады.