Тепловозные передачи

При разгоне поезда или его движении с равномерной (установившейся) скоростью также требуются различные по величине значения Fк. Вспомним велосипед. Сила, которую надо прикладывать к педалям в процессе движения, не остается постоянной. Например, наибольшая сила давления на педали необходима от велосипедиста в момент трогания с места; с ростом скорости движения велосипеда величина этой силы уменьшается.

Сделаем первый вывод: значение силы тяги Fк, создаваемой колесами локомотива при взаимодействии с рельсами и необходимой для выполнения перевозочного процесса, является переменной величиной, зависящей как от характеристики профиля пути, так и от характера движения поезда (разгон, замедление и др.).

Касательная мощность Nк на ободе колес локомотива при этом не должна заметно изменяться при любых скоростях движения поезда (в идеале Nк = const).

Вспомним некоторые отличительные свойства тепловозного дизеля, а именно, что эффективный вращающий момент Ме дизеля в рабочем диапазоне частот вращения коленчатого вала nехх — nеном изменяется незначительно, а также, что по экономическим соображениям дизель целесообразно (и выгодно!) эксплуатировать в достаточно узком диапазоне частот вращения вала — в области номинального режима его работы.

На основании этих и ряда других свойств дизеля можно сделать второй вывод: если кинематически соединить коленчатый вал дизеля и колесные пары тепловоза, то конструкция локомотива будет неработоспособной.

Несоответствия между условиями эксплуатации тепловозной тяги и свойствами дизелей устраняются применением на тепловозах специального промежуточного между колесными парами и валом дизеля узла —тяговой передачи тепловоза. Итак, основное назначение тяговой передачи — это возможно полная реализация мощности дизеля на колесах тепловоза в рабочем диапазоне скоростей его движения.

Другими словами, использование тяговой передачи и делает тепловоз локомотивом, способным совершать эксплуатационную работу, т.е. обеспечивать перевозочный процесс по переменному профилю пути.

Передача должна иметь достаточно высокий кпд, минимальные габариты, массу и стоимость, большой ресурс работы и быть надежной в эксплуатации. Кроме этого, она должна разъединять коленчатый вал дизеля и колесные пары в момент пуска дизеля, обеспечивать реверсирование локомотива и выполнять ряд других требований.

Классификация передач. Передавать механическую энергию от вала дизеля к колесным парам локомотива можно с помощью самых разнообразных устройств, в которых теоретически могут быть реализованы различные принципы преобразования энергии. Практическое применение на серийных тепловозах получили три типа передач: механическая, гидравлическая и электрическая.

Перед тем как перейти к рассмотрению основных принципов работы и характеристик этих типов передач, расскажем о попытке применения на автономных локомотивах газовой (воздушной) передачи. Так, известный российский специалист в области локомотивостроения профессор А.Н. Шелест (1876 — 1954 гг.) в 1914 г. получил патент на проект тепловоза с газовой передачей, по которому в 1925 г. был построен опытный локомотив с механическим генератором газа. Под руководством профессора А.Н. Шелеста были проведены испытания этого тепловоза (позже, в 1928 г. А.Н. Шелест стал основателем и первым заведующим кафедрой «Тепловозостроение» МВТУ им. Баумана (ныне МГТУ), а также организатором подготовки инженеров-тепловозников в нашей стране).

Газовая передача состоит из генератора газа и газовой турбины, кинематически связанной с колесными парами. Рабочим телом в газовой передаче являются отработавшие газы дизеля, которые, обладая тепловой энергией, поступают в генератор, а затем, расширяясь на лопатках газовой турбины, обеспечивают преобразование тепловой энергии газов в механическую энергию привода колесных пар.

При воздушной передаче рабочим телом является воздух, сжатый в компрессоре, имеющем привод от дизеля. Сжатый воздух поступает в рабочий цилиндр поршневой машины, кинематически связанной с колесными парами локомотива.

Запатентовано множество проектов газовых и воздушных тяговых передач, но их практическая реализация на серийных тепловозах в нашей стране и за рубежом не была осуществлена из-за сложности конструкций и недостаточной их надежности, а также вследствие больших потерь при передаче энергии и, соответственно, их низкого кпд.

тепловоз тяговый гидравлический профиль

• Механическая передача
• Гидравлические передачи