ТЕПЛОВОЗ МАНЕВРОВО-ВЫВОЗНОЙ

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции тепловозов. Заявляемый тепловоз может быть использован на железных дорогах колеи 1520 мм на предприятиях черной и цветной металлургии для маневровой и вывозной работы.
Обычно источником питания тепловоза является дизельный агрегат. В настоящий момент существует новое, более экологически чистое и энергосберегающее техническое решение, в котором дизельный привод заменен гибридным.
Из уровня техники наиболее близким к заявляемой полезной модели является маневрово-вывозной тепловоз ТЭМ-9 производства Людиновского тепловозостроительного завода (ОАО «ЛТЗ»). Известный тепловоз состоит из одной секции, которая содержит главную раму, на которой установлен кузов локомотива. Кузов локомотива содержит: машинное отделение, вспомогательный отсек, кабину машиниста, охлаждающее устройство. В машинном отделении размещены: дизель-генератор, винтовой компрессорный агрегат, центробежный вентилятор для охлаждения тяговых электродвигателей. Вспомогательный отсек содержит высоковольтную камеру, электроаппаратуру управления локомотивом и санитарно-бытовой отсек. В кабине машиниста установлены основной и вспомогательный пульты управления, контрольно-измерительная аппаратура, обеспечивающая управление локомотивом. Холодильный модуль содержит водовоздушные секции для отвода тепла от охлаждающей жидкости дизеля и два мотор-вентилятора. В кузове также установлена силовая установка, состоящая из дизеля и агрегата тягового, которые соединены между собой. Под рамой установлена аккумуляторная батарея, которая служит источником питания для пуска дизеля и освещения. Агрегат тяговый состоит из тягового генератора, который является источником питания для тяговых электродвигателей и двигателей охлаждающего устройства дизеля, а также из стартера-генератора, который осуществляет пуск дизеля, а после пуска дизеля обеспечивает электроэнергией вспомогательные цепи, электродвигатель компрессора, электродвигатели привода масло - и топливоподкачивающих насосов. Электропередача переменно-постоянного тока состоит из тягового генератора переменного тока, выпрямителя, аппаратуры управления и 4-х тяговых электродвигателей с опорно-осевой подвеской. Тяговые электродвигатели с опорно-осевой подвеской смонтированы на двух двухосных бесчелюстных тележках. Разбивка кузова на отделения является условной: все узлы и аппараты устанавливают непосредственно в кузове. Журнал «Локомотив», 2009 г., №9 (сентябрь).
Недостатками известного тепловоза являются ограниченные технические возможности, препятствующие экономии энергоресурсов и снижению показателей загрязнения окружающей среды, а также необходимость больших трудозатрат, связанных с ремонтом.
Техническим результатом, достигаемым с помощью заявляемой полезной модели, является расширение технических возможностей для экономии энергоресурсов и снижения показателей загрязнения окружающей среды, а также повышение ремонтопригодности.
Технический результат достигается тем, что в известном тепловозе маневрово-вывозном, состоящем из одной секции, которая содержит главную раму, установленную на две двухосные бесчелюстные тележки с тяговыми электродвигателями, смонтированными на раму тележек, при этом на главной раме расположена кабина машиниста с основным и вспомогательным пультами управления, контрольно-измерительными приборами и аппаратами, предназначенными для управления тепловозом, контроля за работой силовой установки и тормозного оборудования, кузов капотного типа, в котором смонтирован дизель и его системы, тяговый генератор, центробежный вентилятор для охлаждения тяговых электродвигателей и блока управления выпрямителей возбуждения тягового генератора, электрооборудование, тормозное оборудование, санитарный отсек, водовоздушные секции для отвода тепла от охлаждающей жидкости дизеля, мотор-вентиляторы охлаждающего устройства, новым является то, что тяговые электродвигатели выполнены асинхронными, а все оборудование предварительно установлено в отдельных съемных модулях, а именно в модуле кабины машиниста, модуле подготовки чистого воздуха, модуле накопителя и преобразователей энергии, модуле дизель-генератора, модуле подготовки сжатого воздуха, модуле блока охлаждения, при этом модуль кабины машиниста установлен между модулем подготовки чистого воздуха, к которому вплотную смонтирован модуль накопителя и преобразователей энергии, и модулем дизель-генератора, к которому вплотную смонтированы модуль подготовки сжатого воздуха и модуль блока охлаждения, при этом модуль кабины машиниста содержит санитарный отсек, основной и вспомогательный пульты управления, контрольно-измерительные приборы и аппараты, в модуле подготовки чистого воздуха смонтированы блоки электропневматических приборов, тормозное оборудование и вентилятор охлаждения тяговых электродвигателей, а модуль накопителей и преобразователей энергии содержит преобразователи тяговые, преобразователи вспомогательных электрических цепей, преобразователи заряда батарей, неуправляемые тяговые выпрямители, накопитель энергии, батарею суперконденсаторов с функцией снижения глубины и длительности переходных процессов дизельного двигателя, при этом модуль дизель-генератора содержит дизель и его системы, тяговый синхронный генератор, блок охлаждения дизеля, а модуль подготовки сжатого воздуха содержит агрегат компрессорный винтовой, снабженный шумопоглощающим капотом и системой автоматизации, предназначенной для выработки и снабжения сжатым воздухом пневматической системы.
Новым является также то, что модуль кабины машиниста подсоединен к электрическим, жидкостным и пневматическим цепям локомотива через разъемные соединители, выведенные на внешние стенки модуля. Новым является также и то, что модуль подготовки чистого воздуха содержит устройства, предназначенные для очистки воздуха, поступающего к вентилятору.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где:
На фиг.1 изображен тепловоз маневрово-вывозной, общий вид;
На фиг.2 изображено сечение А-А на фиг.1.
В связи с тем, что общий вид (фиг.1) и сечение А-А на фиг.1 (фиг.2) плохо читаются при вертикальном расположении длинных сторон листа, целесообразно было расположить лист горизонтально, что позволило существенно укрупнить чертеж.
Тепловоз маневрово-вывозной (фиг.1, фиг.2) состоит из одной секции, которая содержит главную раму 1, установленную на две двухосные бесчелюстные тележки 2.1, 2.2 с тяговыми асинхронными электродвигателями 3.1, 3.2, 3.3, 3.4. На главную раму установлен модуль 4 кабины машиниста, который содержит санитарный отсек 5, контрольно-измерительные приборы и аппараты, предназначенные для управления тепловозом, контроля за работой силовой установки и тормозного оборудования, а также основной пульт 6 управления и вспомогательный пульт 7 управления. Модуль кабины машиниста установлен между модулем 8 подготовки чистого воздуха и модулем 11 дизель-генератора. Модуль чистого воздуха содержит вентилятор 9 охлаждения тяговых электродвигателей, блоки электропневматических приборов, а также тормозное оборудование и устройства, предназначенные для очистки воздуха, поступающего к вентилятору. Рядом с модулем чистого воздуха смонтирован модуль 10 накопителя и преобразователей энергии, который содержит преобразователи тяговые, преобразователи вспомогательных электрических цепей, преобразователи заряда батарей, неуправляемые тяговые выпрямители, накопитель энергии, батарею суперконденсаторов. Модуль 11 дизель-генератора, содержит дизель 12 и его системы, а также тяговый синхронный генератор 13. Рядом расположен модуль 14 блока охлаждения дизеля. К модулю блока охлаждения дизеля примыкает модуль 15 подготовки сжатого воздуха, который содержит агрегат 16 компрессорный винтовой, снабженный шумопоглощающим капотом и системой автоматизации, предназначенной для выработки и снабжения сжатым воздухом пневматической системы.
Заявленную полезную модель осуществляют следующим образом. При изготовлении тепловоза маневрово-вывозного (фиг.1 - фиг.2) изготавливают главную раму 1. Соединение конструкционных элементов рамы выполняют сваркой. Основными элементами рамы являются две продольные хребтовые балки, усиленные снизу и сверху поясами, и два обносных швеллера. Хребтовые балки связывают между собой по концам сварными стяжными ящиками. Внутри рамы между балками устанавливают перегородки толщиной 12 мм, создающие дополнительную жесткость рамы и имеющие вырезы под монтаж воздуховодов, кондуитов и пр. В горизонтальной плоскости между верхним и нижним поясами продольных балок приваривают стальные листы, имеющие вырезы под установку оборудования. Процесс изготовления тележек 2.1, 2.2 осуществляют следующим образом. Основу тележек составляют сварные рамы, к которым крепят все узлы и детали тележек: два колесно-моторных блока с буксами, тяговые буксовые поводки, рычажную передачу тормоза, рессорное подвешивание, гидравлические гасители колебаний, буксовые предохранительные устройства, подвески тяговых электродвигателей. Раму тележки сваривают из двух боковин, соединенных между собой шкворневой балкой и двумя концевыми балками. Боковины изготавливают из элементов коробчатого сечения листовой стали. Шкворневую балку выполняют литой, усиливают приварными элементами, выполняют пазы под воздуховоды. На шкворневой балке устанавливают подвеску электродвигателя. На боковинах рамы тележки располагают роликовые опоры, через которые передаются вертикальные нагрузки от кузова. Горизонтальные усилия передает шкворневое устройство. Конструкция задней 2.1 и передней 2.2 тележек одинаковая. Единственное их отличие заключается в наличии расположения на тележке 2.1 рычажной передачи ручного тормоза и кронштейнов для ее установки. На тележке 2.2 такая передача отсутствует.
На каждую ось тележки 2.1 устанавливают тяговые электродвигатели 3.1, 3.2. Также на каждую ось тележки 2.2 устанавливают тяговые электродвигатели 3.3, 3.4. Тяговые электродвигатели аналогичны между собой по устройству и представляют собой трехфазные асинхронные электрические машины с короткозамкнутым ротором и принудительной вентиляцией. Подвеску тяговых электродвигателей выполняют опорно-осевой. Подачу охлаждающего воздуха осуществляют через люк в верхней части корпуса статора со стороны, противоположной конусному концу вала, выход воздуха - через окна (отверстия) в подшипниковом щите со стороны конусного конца вала.
В модуле 4 кабины машиниста размещают средства управления тепловозом, устройства безопасности, средства связи, рабочие места персонала. Состав размещаемого оборудования предусматривает возможность управления работой тепловоза из одной (рабочей) кабины по системе многих единиц до четырех единиц в сцепе. Для создания безопасных и комфортных условий труда локомотивной бригады кабину оборудуют системой обеспечения микроклимата, а в интерьере реализовывают современные требования, предъявляемые к условиям труда локомотивной бригады и средствам управления тепловозом, что позволяет также обеспечивать удобный и быстрый доступ к агрегатам и механизмам при их эксплуатации и техническом обслуживании.
Санитарный отсек 5 является вспомогательным помещением персонала, управляющего тепловозом. В нем размещают экологически чистый туалет закрытого типа.
В кабине управления устанавливают основной 6 и вспомогательный 7 пульты управления, предназначенные для задания машинистом в систему управления команд управления.
В модуле 8 чистого воздуха размещают установку 9 вентилятора охлаждения тяговых электродвигателей, электро- и пневмоаппаратуру. Модуль выполняют из металла при помощи сварки, на его боковых стенках располагают двери с установленными в них кассетами для очистки воздуха.
Блок электропневматических приборов является исполнительной частью крана машиниста. Блок выполняют в виде панели с размещенными на ней пневматическими и электропневматическими приборами.
Тормозное оборудование, расположенное в блоке, включает в себя электромагнитные клапаны, управляющие работой звуковых сигналов, работой песочниц; электропневматические вентили, которые управляют работой цилиндров привода жалюзи и расцепкой автосцепок.
Установку вентилятора охлаждения тяговых электродвигателей составляют из вентилятора радиального типа и электродвигателя. Электродвигатель устанавливают на тумбу. К корпусу вентилятора подсоединяют воздуховод, который прикрепляют к фланцу воздуховода главной рамы. Нагнетаемый вентилятором воздух поступает на главную раму и охлаждает тяговые электродвигатели.
В модуле чистого воздуха устанавливают два устройства, предназначенные для очистки воздуха, поступающего к вентилятору, которые работают параллельно. Воздух поступает из атмосферы через жалюзи в стенке и двери кузова модуля. Пройдя воздухоочистители, чистый воздух попадает в воздухосборник, который монтируют в модуле. Основными частями устройства являются корпус и кассета. В корпусе устанавливают поддон с блоком циклонов. У входного отверстия прикрепляют поворачивающуюся заслонку для прохода воздуха в циклоны. Масло в корпус заливают через горловину, которую закрывают крышкой с маслоизмерительным щупом. На дне корпуса устанавливают сливной кран с пробкой. В кассету воздухоочистителя вставляют фильтрующую набивку, которую изготавливают из капроновых нитей. За набивкой (по ходу воздуха) располагают маслоулавливающую ступень, которую набирают из проволочных сеток квадратного плетения. Корпус и кассету соединяют между собой стержнем и гайками. Стержень верхним концом подвешивают к траверсе сборника воздуха. Гайки, расположенные под корпусом, затягивают, чем обеспечивают прижатие корпуса к кассете и сжимают резиновую уплотнительную рамку при сборке с воздухосборником.
Модуль 10 накопителя и преобразователей энергии состоит из следующих компонентов электрооборудования:
- преобразователя повышения напряжения, предназначенного для повышения выпрямленного напряжения тягового генератора;
- двух тяговых трехфазных преобразователей, предназначенных для формирования напряжения питания четырех трехфазных асинхронных тяговых двигателей;
- трех преобразователей системы 380 В, предназначенных для питания вспомогательных машин тепловоза;
- преобразователя разрядки/зарядки накопителя энергии, предназначенного для организации процесса накопления и отдачи энергии;
- двух трехфазных выпрямителей, предназначенных для выпрямления системы двух трехфазных выходных напряжений тягового генератора;
- комбинированного накопителя электроэнергии, предназначенного для буферизации энергии;
- вспомогательного преобразователя, предназначенного для питания цепей управления, обмотки возбуждения тягового генератора и организации конденсаторного запуска дизельного двигателя;
- блока тормозного резистора, предназначенного для рассеивания энергии при электрическом торможении тепловоза;
- блока управления преобразователями.
Кроме того, к звену постоянного напряжения подключают батарею суперконденсаторов.
В модуле дизель-генератора 11 размещают дизель 12 и тяговый синхронный генератор 13.
Модуль дизель-генератора собирают из двух боковых стенок, имеющих каркас из гнутых и прокатных профилей, с установленными на них дверями, стенок передней и задней и двух съемных крыш. Крепят крыши к боковым стенкам посредством болтовых соединений, к которым открыт доступ изнутри кузова. На дверях модуля устанавливают кассеты для очистки воздуха. Для обеспечения выброса воздуха от тягового агрегата через воздуховоды наружу в стойках модуля располагают поворотные жалюзи с фиксацией гайкой-барашком, установку их положения осуществляют вручную.
Дизель четырехтактный, шестицилиндровый, V-образный, с непосредственным впрыском топлива, жидкостного охлаждения, с газотурбинным наддувом и промежуточным охлаждением наддувочного воздуха. Система пуска дизеля - электростартерная.
Тяговый синхронный генератор является источником энергии для тяговых двигателей и вспомогательных агрегатов.
На входной фланец воздуховода охлаждения тягового генератора устанавливают сетку. На выходные фланцы канала охлаждающего воздуха генератора помимо сеток устанавливают воздуховоды с задвижками, которые позволяют в холодное время года часть нагретого воздуха направлять в дизельное помещение. При нормальных условиях нагретый в генераторе воздух при открытых жалюзи кузова выходит наружу.
Для отвода тепла от дизеля устанавливают модуль 14 блока охлаждения, состоящий из секций радиаторов, вентилятора с приводом и диффузора, установленных на общем основании. Модуль блока охлаждения размещают в направлении поперечной оси главной рамы на опорных планках и закрепляют болтами. В боковых проемах кузова напротив блока охлаждения устанавливают двери жалюзи с пневмоприводами. В качестве привода используют пневмоцилиндры двойного действия и систему рычагов, воздействующих на подвижные планки и связанные с ними створки жалюзи. Подвод воздуха к пневмоцилиндрам для открытия и закрытия жалюзи осуществляют от воздушной системы тепловоза через электропневмовентили, которые управляются микропроцессорной системой управления. Предусматривают также ручное открытие жалюзи. Для этого устанавливают специальную ручку, которой поворачивают рычаг, открывают или закрывают жалюзи и фиксируют их в этом положении осью с цепочкой.
В модуле 15 подготовки сжатого воздуха размещают агрегат 16 компрессорный винтовой. Агрегат монтируют на главной раме и крепят болтами. Фильтр воздушный крепят к потолку модуля 14-ю болтами M16. Вокруг компрессорного агрегата располагают шумопоглощающий капот, представляющий собой сварную металлоконструкцию из металлических профилей, обшитых снаружи стальными листами. Для обслуживания оборудования на передних и задних стенках располагают двери. На дверях боковых стенок устанавливают кассеты для очистки воздуха. На передней части крыши модуля, под съемным кожухом, располагают светодиодный прожектор.
Во время движения тепловоза в аккумуляторах происходит накопление энергии. Для этого в конструкции заявленной полезной модели используют дизель-генератор на 660 КВт и суперконденсаторы на 220КВт. При остановке двигатель гибридного тепловоза выключается, и все внутренние нужды обеспечиваются за счет использования аккумулятора. Применение именно такого подхода позволяет снизить затраты энергоресурсов. По подсчетам специалистов 65-80% топлива маневровые тепловозы сжигают при работе силовой установки на холостом ходу., когда локомотив стоит с работающим двигателем. А учитывая тот факт, что маневровая техника, как правило, используется в условиях городской инфраструктуры - на предприятиях, железнодорожных станциях - то вопросы экологии приобретают особую актуальность. Поэтому создание тепловозов с гибридной силовой установкой не только экологически оправдано, но и экономически эффективно: по сравнению с прототипом заявляемая полезная модель расходует на 30% меньше дизельного топлива и дает на 55% меньше выбросов в окружающую среду.
Полезная модель «Тепловоз маневрово-вывозной с гибридной энергоустановкой» соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость», поскольку она прошла предварительные испытания, результаты которых зафиксированы в Протоколе от 19.09.2012.