Как устроен и работает тепловоз (часть 5)

Добро пожаловать в цикл статей об устройстве тепловозов, где изложение ведется простым и понятным языком. В материале я рассказываю о работе тех или иных узлов и агрегатов локомотивов. Чтобы начать с начала, или интересующего вопроса нет в этой статье, вот ссылка на первую часть.

Гидравлическая передача

Теперь рассмотрим коротко устройство и работу тепловозов с гидравлической передачей. С электрической передачей мы разобрались, а в гидравлической для передачи вращающего момента от вала дизеля к колесным парам используется энергия жидкости, в данном случае это масло.

Что-же за устройства составляют гидравлическую передачу? Назовем их гидроаппараты. К этим самым гидроаппаратам прежде всего относятся гидромуфты и гидротансформаторы. Гидромуфты состоят из гидронасоса и гидротурбины, а в гидротрансформаторах добавлен еще и неподвижный направляющий аппарат, почти как в газотурбинном двигателе самолета. Все составляющие гидромуфт и гидротрансформатров объединяются в единую конструкцию. 

В состав гидромуфты входит три основных части: насосное, турбинное колеса и колокол. Насосное колесо связано жестко с ведущим валом, а турбинное колесо расположено на ведомом валу. Колеса состоят из наружного и внутреннего корпуса, между которыми радиально расположены лопатки. Для того, чтобы масло не вытекало из рабочего пространства гидромуфты служит наружный корпус гидромуфты. Корпус соединен жестко с насосным колесом и вращается вместе с ним.

Как это все работает?

Относительно несложно: ведущий вал от дизеля вращается, вместе с ним вращается и насосное колесо, на котором радиально расположены лопатки. Эти лопатки при вращении увлекают за собой масло, которое заполняет гидромуфту. В гидромуфте благодаря этому возникает циркуляционный поток масла, передаваемый турбинному колесу, которое этот поток и вращает.

В гидротрансформаторе, как описано выше, помимо насосного и турбинного колес установлен неподвижный направляющий аппарат, на котором также радиально расположены лопатки. Этот направляющий аппарат располагается или перед насосным, или перед турбинным колесом.  В первом варианте турбинное колесо вращается только в направлении вращения насосного колеса, а во втором варианте направление вращения турбинного колеса может быть любым. Таким образом в гидротрансформаторе скорость потока масла зависит только от скорости вращения насосного колеса.

Но ни гидромуфта, ни гидротрансформатор, в отдельности не обеспечивают высокий коэффициент полезного действия при широком изменении скорости движения тепловоза. Поэтому на всех современных локомотивах применяется комбинация гидротрансформатора с механической коробкой передач (гидромеханическая передача) или в работе гидропередачи задействовано несколько гидроаппаратов: гидромуфт и гидротрансформаторов. В такой схеме каждый гидроаппарат работает только в определенном диапазоне изменения скорости.

Далее вращающий момент, создаваемый валом дизеля и всей этой системой, передается карданными валами на механические редукторы, в которых установлены колесные пары, ну а дальше, ось вращается —  поехали, точно также, как и в случае с электрической передачей. 

Есть еще один тип передачи вращающего момента, через так называемый отбойный вал, а с него на систему дышел, которые приводят во вращение колеса, почти как на паровозах, эта система устанавливается на маломощных промышленных трехосных тепловозах типа ТГМ23. 

Тележки локомотивов обоих передач унифицированы, только в случае гидропередачи практически все они двухосные. На тепловозах с электрической передачей применяются и трехосные и четырехосные тележки, на некоторых типах установлены двухосные, вес их гораздо больше из-за установленных тяговых электродвигателях, подключаемых или последовательно, или параллельно к главному генератору.

Тормоза

Тормозное оборудование локомотивов обоих типах унифицировано, тормозные колодки прижимаются к кругу катания рычажной передачей с одной стороны или с обоих сторон колеса, рычажная передача приводится в движение штоками тормозных цилиндров, которые расположены на тележках, по одному на несколько осей или по одному цилиндру на каждую ось, в зависимости от конструкции тепловоза. 

На обоих типах установлены краны машиниста усл. № 395 и краны вспомогательного тормоза («свой») усл. № 254. Воздух для тормозной и питательной магистралей вырабатывает компрессор, находящийся на валу дизеля или вращаемый электродвигателем. Сжатый воздух из компрессора поступает в главные резервуары. Системы пескоподачи также унифицированы.

Дизель

На тепловозах с гидропередачей устанавливаются дизели несколько меньшей мощности, чем на локомотивах с электрической передачей, в интервале от 700 до 1500 л.с., что связано с родом их работы. Дизель управляется также из кабины машиниста контроллером, система управления включает в себя такой-же регулятор частоты вращения (РЧВ) и управляется электрически, аналогичное управление осуществляется и в гидропередаче.

Системы защиты дизеля, охлаждения воды и масла, отбора мощности, практически ничем не отличаются от машин с электрической передачей, только на данных локомотивах необходимо еще охлаждать и масло гидропередачи. Запуск дизеля производится электродвигателем-стартером от аккумуляторной батареи, ток для питания цепей управления вырабатывается генератором управления.  Тепловозы всех типов передач оснащены унифицированными бортовыми установками пожаротушения, включающими в себя резервуары с пенообразователем и резиновый пожарный рукав, с прикрепленным к нему наконечником – генератором пены.

Система пожаротушения работает от сжатого воздуха из питательной магистрали. Помимо нее имеются огнетушители углекислотные (ОУ) или порошковые (ОП) для тушения электроустановок под напряжением. Может устанавливаться и автоматическая система пожаротушения, в которой используется либо огнетушащий газ, либо порошок.

Я не забуду случай, когда у меня на перегоне, на тепловозе 2М62У, как раз на передней секции, без всяких причин сработала эта автоматическая система пожаротушения, засыпав все в секции порошком. Долго мы с помощником приходили в себя и очищали одежду, а секция недели две очищалась в депо обтирщиками от этого порошка.  Но эта история из личного опыта так, к слову, чтобы немного отвлечься.  

Область работы

Локомотивы с гидравлической передачей обозначаются: ТГ – тепловоз с гидропередачей, далее ставится буква рода работы, например, ТГМ – маневровый. Практически все машины с гидропередачей капотного типа и работают на маневровой работе на путях общего пользования и особенно на путях промышленных предприятий. Поэтому их мощность их варьируется от 700 до 1500 л.с. Гидравлическая передача наиболее подходит для работы в условиях производств на промышленных предприятиях (загрязнение, пыль, газы, высокая влажность и т.д.). 

На магистральной грузовой или пассажирской работе тепловозы с гидропередачей  в нашей стране практически не эксплуатировались. Хотя работы в этом направлении велись активно, были спроектированы и построены магистральные двухсекционные машины типа ТГ102, которые эксплуатировались на магистралях страны, были созданы и опытные магистральные тепловозы: двухсекционный ТГ100, односекционные ТГ105 и ТГ106, на Коломенском заводе был построен опытный пассажирский ТГП50. Но на этом работы по магистральным локомотивам с гидропередачей практически закончились.

Но есть и одно легендарное исключение – магистральный двухсекционный, восьмиосный тепловоз с гидромеханической передачей ТГ16, мощностью 3280 л.с.  Данный локомотив строился Людиновским тепловозостроительным заводом для работы на железной дороге на острове Сахалин, где ширина колеи составляла, вплоть до июня 2019 года, 1067 мм, оставшееся наследие от японцев. Вот на этой островной дороге он и проработал верой и правдой, в грузовом, пассажирском и даже иногда в маневровом движении более полувека. Было создано и несколько таких машин для работы на колее 1520 мм, им был присвоен номер ТГ20. Людиновский завод построил шесть двухсекционных тепловозов ТГ16М, глубокую модернизацию ТГ16, но после их опытной эксплуатации на Сахалине они не пошли в серийное производство. 

Для справки, летом прошлого года на Сахалине закончилась перешивка колеи на общероссийский стандарт – 1520 мм и по острову повели поезда доставленные с материка такие-же ветераны, но с электрической передачей, тепловозы 2М62. У меня есть статья на эту тему, можете прочесть.

Заводы

Тепловозы с гидравлической передачей строились и строятся на Людиновском заводе. Машины малой мощности для нужд промышленности строились Муромским заводом. Некоторые типы строил и Ворошиловградский завод, например, знаменитый ТГМ3. Калужский машиностроительный завод изготавливал для работы в промышленности маломощные двухосные тепловозы ТГК2. На узкоколейных дорогах работают тепловозы с гидропередачей постройки Камбарского машиностроительного завода, к слову сказать, на этом заводе был спроектирован и построен унифицированный, для дорог с разной шириной колеи, ТГМ40, получивший на международной ярмарке в Лейпциге золотую медаль.