Маневровый локомотив

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции локомотивов.
Из уровня техники известна конструкция маневрового тепловоза, выполненная с возможностью работы на дизельном и газодизельном топливе. Маневровый тепловоз содержит кузов с кабиной машиниста, ходовую часть, дизельный двигатель, электронно-управляемую электропневматическую систему подачи газа и размещенные под рамой тепловоза емкости для хранения газа, а также дополнительные емкости для хранения газа, размещенные за кабиной машиниста. Аккумуляторные батареи расположены под рамой тепловоза. Технический результат известного технического решения направлен на обеспечение надежности работы системы подачи газа и увеличение периода работы тепловоза без заправки (пат. РФ №2422311, В61С 5/00, опубл. 27.06.2011, бюл. №18).
К недостаткам известного технического решения относится то, что газодизель работает постоянно, вне зависимости от тяговой позиции или работы на холостом ходу, что отрицательно сказывается на моторесурсе, а также требует дополнительных затрат на обслуживание агрегатов. Кроме того, на 1-4 тяговых позициях и на холостом ходу необходимо питать газодизель кроме газа и дизельным топливом, что в переходных режимах отрицательно сказывается на экономичности и ведет к ускорению износа двигателя, снижая моторесурс.
Из уровня техники также известна конструкция маневрового тепловоза с газопоршневой силовой установкой. Данное техническое решение принято за прототип. Тепловоз содержит съемную емкость газового криогенного топлива, установленную на главной раме тепловоза над одной из тележек в максимальном удалении от кабины машиниста, размещенной на противоположном конце главной рамы тепловоза. Между газопоршневой силовой установкой и съемной емкостью топлива укреплена ударостойкая огнезащитная перегородка. Вспомогательное оборудование и неподвижный балласт установлены на главной раме тепловоза таким образом, что при количестве топлива в съемной емкости, равном 0,4-0,6 всего топлива, вертикальная нагрузка от главной рамы распределена на тележки тепловоза равномерно. Съемная емкость газового криогенного топлива снабжена стандартными опорами для фиксации на главной раме тепловоза. Отводящий криогенный патрубок съемной емкости топлива соединен с газовым патрубком газификатора быстроразъемным соединением. Тепловоз также может быть дополнительно снабжен подвижным балластом, который имеет механизм перемещения в продольном направлении, причем механизм перемещения может быть электрически связан с датчиком количества топлива в съемной емкости. Техническим результатом является повышение уровня безопасности, уменьшение разницы осевых нагрузок колесных пар, сокращение времени экипировки (пат. РФ №2537022, МПК В61С 5/00, опубл. 27.12.2014).
К недостаткам известного технического решения можно отнести наличие на локомотиве одного газопоршневого двигателя (ГПД), который постоянно работает во всем диапазоне нагрузок локомотива, что отрицательно сказывается на его ресурсе и ведет к повышению расходов на ремонт и обслуживание.
Техническим результатом является снижение эксплуатационных затрат локомотива за счет повышения моторесурса силовой установки, увеличения межремонтных пробегов локомотива и снижения расхода топлива.
Технический результат достигается тем, что маневровый локомотив содержит главную раму, опирающуюся на тележки с колесными парами, кабину машиниста, газопоршневую силовую установку с газопоршневым двигателем и тяговым генератором, съемную емкость газового криогенного топлива, охлаждающее устройство, вспомогательное оборудование. Новым является то, что маневровый локомотив дополнительно содержит газопоршневую силовую установку с газопоршневым двигателем и тяговым генератором. При этом газопоршневые силовые установки размещены по обе стороны от охлаждающего устройства на главной раме локомотива. Кузов построен по модульному принципу и содержит, в том числе, модули газопоршневых силовых установок с газопоршневым двигателем и тяговым генератором и модуль охлаждающего устройства, каждый из которых связан с элементами конструкции главной рамы разъемным образом.
При эксплуатации локомотива значительная часть времени работы силовых установок происходит в режиме холостого хода и в режиме малых нагрузок, в зависимости от типа производимой работы. Так, у локомотивов, выполняющих маневровую работу, режим холостого хода составляет от 52 до 67%, При этом от 15 до 26% времени силовая установка тепловозов работает в режиме выбега. Локомотивы, используемые на хозяйственных и вспомогательных работах, основное время (более 96%) эксплуатируются в режиме холостого хода и малых нагрузок, время работы силовой установки в режиме холостого хода составляет от 70 до 82%. Время работы локомотива на холостом ходу в условиях подвижного парка железнодорожной техники составляет от 65 до 84% от суммарного времени эксплуатации. (Носков В.О., Милютина Л.В., Синев И.С., Тарута В.Ф., Чубаров И.А., Чулков А.В. Исследование условий и режимов работы маневровых тепловозов // «Молодой ученый», 2017, №12, с. 72-75. - URL https://moluch.ru/archive/146/41016/).
Наименьший удельный расход топлива лежит в диапазоне от 45 до 80% от номинальной мощности двигателя, что демонстрирует график зависимости расхода топлива от степени реализуемой мощности (Симеон А.Э., Хомич А.З., Куриц А.А. и др. «Двигатели внутреннего сгорания (тепловозные дизели и газотурбинные установки)» - М., Транспорт, 1980, с. 234, график).
При использовании двух двигателей, как в заявленной полезной модели, суммарная мощность которых равна номинальной мощности локомотива, каждый из двигателей работает в режиме наибольшей эффективности. Это означает, что при работе локомотива в режимах малых нагрузок и холостого хода, возникает возможность полностью выключать из работы один из двигателей. Такая возможность позволяет экономить топливо и увеличивает суммарный моторесурс силовых установок, при этом автоматически при помощи микропроцессорной системы управления и диагностики (МПСУиД) выбирается для работы двигатель с менее выработанным моторесурсом.
Таким образом, за счет увеличения суммарного моторесурса силовых установок в зависимости от выполняемой локомотивом работы от 52 до 82%, достигается снижение эксплуатационных затрат на ремонт силовых установок.
Также путем снижения расхода топлива на холостом ходу и в режиме малых нагрузок достигается снижение эксплуатационных затрат за счет более эффективного расхода топлива.
Охлаждающее устройство расположено между двумя силовыми установками и связано с ними функционально. При этом в достаточной мере обеспечивается потребность охлаждения каждого из силовых модулей посредством общего охлаждающего устройства, что позволяет снизить эксплуатационные затраты на ремонт и обслуживание.
Кузов локомотива построен по модульному принципу и содержит, в том числе, раздельные модули газопоршневых силовых установок с газопоршневым двигателем и тяговым генератором и модуль охлаждающего устройства, каждый из которых связан с элементами конструкции рамы разъемным образом. Модульный принцип позволяет по отдельности снимать с рамы локомотива необходимый модуль, для осуществления замены или ремонта, требующего демонтажа оборудования с рамы. Таким образом, ускоряется и упрощается процесс замены или ремонта, что приводит к снижению эксплуатационных затрат.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежом.
На фиг. - локомотив маневровый, вид слева, продольный разрез.
В связи с тем, что схема локомотива (фиг.) плохо читается при вертикальном расположении длинных сторон листа, целесообразно расположить лист горизонтально, что позволяет существенно укрупнить чертеж.
Маневровый локомотив (фиг.) состоит из одной секции, которая содержит главную раму 1, опирающуюся на две двухосные бесчелюстные тележки 2.1, 2.2 с колесными парами, на тележках установлены тяговые электродвигатели 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, а также кабину 4 машиниста, кузов капотного типа, разделенный на модули, в частности, два силовых модуля 5.1, 5.2 с газопоршневыми силовыми установками 6.1, 6.2, состоящими из газопоршневых двигателей 7.1, 7.2 и тяговых генераторов 8.1, 8.2 соответственно, модуль 9 охлаждающего устройства с вентилятором 10, модуль 11 подготовки сжатого воздуха с компрессором 12, модули 13.1, 13.2 охлаждения тяговых электродвигателей с нагнетающими вентиляторами 14.1, 14.2, модуль 15 аккумуляторов и низковольтного оборудования с аккумуляторной батареей 16, и преобразователем 17 собственных нужд, причем все модули связаны с рамой разъемным образом. Под рамой установлена съемная емкость 18 газового криогенного топлива.
Маневровый локомотив работает следующим образом:
При нажатии кнопки «Запуск первого двигателя» при помощи электростартера запускают газопоршневой двигатель (ГПД) 7.1 или 7.2, причем система управления МПСУиД выбирает к запуску тот газопоршневой двигатель, наработка моточасов которого меньше. При необходимости машинист может запустить сразу второй двигатель нажатием кнопки «Запуск второго двигателя». При наборе 4-ой тяговой позиции локомотива автоматически происходит запуск второго двигателя, в случае, если он ранее не был запущен машинистом.
Таким образом, на режимах работы, требующих реализации малой мощности, в работе участвует только один газопоршневой двигатель, что позволяет экономить топливо и увеличивает срок наработки моточасов до проведения технического обслуживания или ремонта, что приводит к снижению эксплуатационных затрат. На режимах работы локомотива, когда требуется реализация более высокой мощности, в работу вступает второй ГПД, при этом для каждой тяговой позиции посредством МПСУиД подбирается оптимальная мощность каждого из ГПД, с учетом наименьшего расхода топлива, что также приводит к снижению эксплуатационных затрат.
Питание газопоршневых двигателей 7.1, 7.2 осуществляют посредством подачи газового топлива из емкости 18 газового криогенного топлива, где топливо хранят в сжиженном виде. Перед подачей в газопоршневой двигатель 7.1, 7.2 проходит процесс регазификации из сжиженного состояния в газообразное.
При работе газопоршневых двигателей в режиме максимальной мощности и при длительной работе, происходит выделение тепла в больших количествах. Во избежание перегрева газопоршневые двигатели охлаждают посредством охлаждающего устройства 9. Модуль 9 охлаждающего устройства располагают между силовыми модулями 5.1, 5.2, причем оно гидравлически связано с газопоршневыми двигателями 7.1, 7.2. Охлаждение газопоршневых двигателей происходит путем отбора тепла от газопоршневых двигателей охлаждающей жидкостью, циркулирующей через газопоршневые двигатели. В дальнейшем нагретая охлаждающая жидкость прокачивается через охлаждающее устройство, где отдает тепло воздушному потоку, создаваемому вентилятором 10, с последующим рассеиванием тепла в воздушную среду. Охлаждающее устройство 9 автоматически включается в работу и выключается для поддержания температуры двигателей в заданном диапазоне. Возможен принудительный запуск вентилятора 10 охлаждающего устройства 9 нажатием кнопки в кабине машиниста. Применение единого охлаждающего устройства 9 для охлаждения двух газопоршневых двигателей позволяет уменьшать количество регламентных работ по обслуживанию локомотива, что приводит к снижению эксплуатационных затрат.
Тяговые генераторы 8.1 и 8.2 силовых установок 6.1, 6.2 преобразовывают крутящий момент газопоршневых двигателей 7.1, 7.2 в электрический ток, необходимый для питания тяговых электродвигателей 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, установленных на тележках 2.1 и 2.2.
Для обеспечения сжатым воздухом пневматического тормоза локомотива, питания систем звуковых сигналов, подачи песка и пневматического управления электроаппаратами на локомотиве в модуле 11 подготовки сжатого воздуха устанавливают компрессорный агрегат 12. Для охлаждения тяговых двигателей 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 в модулях 13.1, 13.2 охлаждения тяговых электродвигателей устанавливают нагнетающие вентиляторы 14.1, 14.2, подающие воздух к тяговым электродвигателям, посредством воздуховодов, расположенных в раме локомотива. В модуле 15 аккумуляторных батарей и низковольтного оборудования располагают аккумуляторную батарею 16, предназначенную для питания бортовой сети при остановленных газопоршневых двигателях. Кроме того, в модуле 15 устанавливают преобразователь 17 собственных нужд, предназначенный для обеспечения собственных нужд локомотива в части электропитания. Все модули соединяют с рамой локомотива при помощи болтового соединения. В случае необходимости модули снимают с рамы независимо друг от друга. При выходе из строя какой-либо части оборудования производят быструю замену модуля. Этим значительно упрощают процесс ремонта при демонтаже модуля с локомотива, обеспечивая наиболее удобный доступ к оборудованию, расположенному в модуле. Кроме того, это дает возможность сократить срок проведения работ по ремонту или обслуживанию оборудования, что приводит к снижению эксплуатационных затрат.