МАНЕВРОВЫЙ ТЕПЛОВОЗ
DIESEL-LOCOMOTIVE SHUNTER

Изобретение относится к области тепловозостроения и касается конструкции маневровых тепловозов, выполненных с возможностью работы на дизельном и газодизельном топливе, и их топливных баков.
Известна конструкция газотепловоза ТЭМ2У, состоящая из дизеля, передачи, включающей тяговый генератор и электродвигатели; экипажной части, включающей кузов, главную раму, тележки с колесными парами, и вспомогательного оборудования, включающего систему воздухоснабжения, газовое оборудование, водяную, масляную и топливную системы (см. "Локомотив", 1994, №11, с.37-39).
Два топливных бака установлены под площадкой в передней части тепловоза. Газовое оборудование расположено следующим образом:
десять газовых баллонов подвешены в специальной кассете к раме тепловоза. С правой стороны тепловоза в специальном кожухе расположена система подготовки и подачи газа, состоящая из запорного клапана, редукторов, теплообменников и регулятора низкого давления. Система газоподачи включает коллектор, газовые клапаны, дозаторы, блок управления газовым регулятором и электропневматический вентиль. В кабине машиниста установлен пульт управления и индикации с тумблерами отключения топлива и включения газоанализатора, контролирующего концентрацию газа, и приборы, контролирующие температуру и давление газа в коллекторе.
Недостатком известного решения является сравнительно небольшой запас газа в баллонах. Использование же дополнительной тендерной (бустерной) секции с топливом приведет к увеличению затрат на техническое обслуживание и ремонт.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому решению является конструкция маневрового тепловоза ТЭМ18Г, выполненного с возможностью работы на дизельном и газодизельном топливе, который содержит кузов с кабиной машиниста, ходовую часть, дизельный двигатель, электронно-управляемую систему подачи газа и размещенные под рамой тепловоза емкости для хранения газа (см. "Локомотив", 1998, №6, с.11-13). В данной конструкции газотепловоза установлен газодизель, который включает в себя систему газоподачи. Сжатый газ содержится в газовых баллонах, объединенных в блок, который прикреплен в средней части главной рамы тепловоза между тележками и к которому с двух сторон подведен трубопровод для заправки сжатым природным газом. Система газоподготовки скомпонована в блоке газового оборудования и размещена в отсеке холодильной камеры с левой стороны передней части. Она соединена трубопроводами с газодизелем и газовыми баллонами. Запас дизельного топлива хранится в четырех топливных баках, расположенных под боковыми переходными площадками в средней части главной рамы тепловоза (над баллонами). Вентиляция над газодизелем, генератором, компрессором и в кабине машиниста осуществляется при помощи электровентиляторов.
Недостатком данной конструкции также является сравнительно небольшой запас газа в баллонах, что приводит к необходимости дозаправки тепловоза, а также невысокая надежность системы подачи газа при повышении его расхода.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является обеспечение надежной и долговечной работы системы подачи газа и топливной эффективности газодизеля за счет более точного дозирования газа, при одновременном увеличении запаса газового топлива и периода работы тепловоза без заправки.
Указанный технический результат достигается тем, что маневровый тепловоз, выполненный с возможностью работы на дизельном и газодизельном топливе, содержит кузов с кабиной машиниста, ходовую часть, дизельный двигатель, электронно-управляемую систему подачи газа и размещенные под рамой тепловоза емкости для хранения газа, причем электронно-управляемая система подачи газа выполнена электропневматической, в отсеке аккумуляторов за кабиной машиниста размещены дополнительные емкости для хранения газа, а аккумуляторные батареи размещены под рамой тепловоза, причем емкости для хранения газа выполнены в виде металлокомпозитных баллонов.
Маневровый тепловоз, в котором электропневматическая система подачи газа может содержать электромагнитный и пневматический клапаны, причем быстродействие магнитного и пневматического клапанов одинаковы.
Заявляемое изобретение иллюстрируется на фиг.1-3, где на фиг.1 схематично показан продольный разрез заявляемого маневрового тепловоза, на фиг.2 - электронно-управляемая система подачи газа в цилиндр газодизеля с электромагнитными клапанами (прототип), на фиг.3 - электронно-управляемая система подачи газа в цилиндр газодизеля с электромагнитными и пневматическими клапанами (заявляемое решение).
Маневровый тепловоз 1, выполненный с возможностью работы на дизельном и газодизельном топливе (газотепловоз), содержит кузов 2 с кабиной машиниста 3, ходовую часть 4, дизельный двигатель 5. Часть емкостей 6 для хранения газа размещена под рамой 7 тепловоза 1, другая часть емкостей (дополнительные емкости) 8 - в отсеке аккумуляторов за кабиной машиниста 3, где в соответствии с прототипом раньше были размещены аккумуляторные батареи. В заявляемом решении аккумуляторные батареи 9 размещены под рамой 7 тепловоза 1, причем емкости 6 и 8 для хранения газа выполнены в виде металлокомпозитных баллонов. Система подачи газа в соответствии с прототипом содержит микропроцессор 10, электронный блок управления 11, электромагнитный клапан 12, газовую магистраль 13 и цилиндр газодизеля 14.
В соответствии с заявляемым решением система подачи газа содержит микропроцессор 15, электронный блок управления 16, газовую магистраль 18, цилиндр газодизеля 19 и исполнительный пневматический клапан 20, приводимый в действие пилотным электромагнитным клапаном 21 и связанный с магистралью сжатого воздуха 22. В данном случае под пилотным клапаном понимается маломощный электромагнитный клапан, который выбирается из условия возможности привода в действие исполнительного (рабочего) пневматического клапана.
В маневровом тепловозе в соответствии с заявляемым решением, как и на газотепловозе ТЭМ18Г (прототип) установлена электронно-управляемая система подачи газа в цилиндры газодизеля. Однако в варианте прототипа (газотепловоз ТЭМ18Г) система подачи газа в цилиндры газодизеля работает следующим образом. По заданию микропроцессора 10 и по команде электронного блока управления 11 происходит открытие электромагнитного клапана 12 и газ под давлением и в требуемом количестве поступает из газовой магистрали 13 вместе с воздухом в цилиндр газодизеля 14, где после сжатия воспламеняется, производя механическую работу.
Проблемой при использовании электромагнитных клапанов являются накладываемые ограничения на расход газа (производительность устройства), т.к. при перемещении более массивного сердечника неизбежен рост электрических нагрузок, который ведет к нагреву обмоток, особенно при продолжительной работе тепловоза.
Для обеспечения надежной и долговечной работы более мощного по сравнению с прототипом (ТЭМ18Г) и с большим потреблением газа маневрового тепловоза следовало бы установить по два электромагнитных клапана на каждый цилиндр при их одновременной синхронной работе.
Проблема была решена путем применения электронно-управляемой системы управления с исполнительным устройством с пневматическим приводом. В заявляемой системе подачи газа по команде электронного блока управления 16 происходит срабатывание маломощного пилотного электромагнитного клапана 21, открывающего магистраль сжатого воздуха 18 (газовая магистраль) и приводящего в действие исполнительный пневматический клапан 20. При открытии исполнительного пневматического клапана 20 газ под давлением поступает из газовой магистрали 18 в цилиндр газодизеля 19. Для получения оптимального результата быстродействие пневмоклапана 20 такое же, как и электромагнитного клапана 21, что обеспечивает равномерную, без пропусков подачу газа в цилиндры газодизеля 19.
На маневровом тепловозе ТЭМ18Г (прототип) для хранения газа использованы стальные баллоны, объединенные в блок общей массой 5,5 тонн. Из-за своей высокой массы такой блок баллонов может быть размещен только в центре рамы тепловоза, на месте топливного бака.
В заявляемом решении предлагается использовать легкие металлокомпозиционные баллоны, которые могут быть размещены конструктивно в различных объемах кузова тепловоза.
Одним из основных потребительских свойств таких баллонов является их малый относительный вес или эффективность и большое число циклов зарядки-разрядки при относительно невысокой стоимости. Это качество (малый вес) позволило решить проблему увеличения запаса газового топлива заявляемого тепловоза, выполненного с возможностью работы на дизельном и/или газодизельном топливе (он возрос по сравнению с ТЭМ18Г в 1,3 раза до 790 кг), в том числе и за счет расположения дополнительных баллонов в отсеке аккумуляторов за кабиной машиниста, при этом аккумуляторная батарея перенесена из отсека за кабиной под раму тепловоза, все вышеперечисленное не нарушило при этом развески тепловоза и не превысило ограничений по нагрузке на ось локомотива.