Тепловозы ТЭ10

Поезда - Тепловозы с электро-механической передачей

В 1957 г. Харьковский завод транспортного машиностроения им. В. А. Малышева совместно с Харьковским заводом Электротяжмаш разработал проект шестносного грузового тепловоза с электрической передачей и дизелем мощностью 3000 л. с. Проект нового дизеля 9Д100 для тепловоза разработан под руководством главного конструктора по дизелестроению завода им. В. А. Малышева В. Н. Струнге, электрическое оборудование - под руководством главного конструктора завода Электротяжмаш В. А. Васильева и тепловоз в целом - под руководством главного конструктора по локомотивостроению завода им. В. А. Малышева А. А. Кирнарского.

При проектировании нового тепловоза, имеющего мощность на 50% больше, чем у секции тепловоза ТЭ3, и незначительном увеличении веса локомотива перед работниками заводов возник ряд сложных вопросов, потребовавших проведения теоретических и экспериментальных работ и новых конструктивных решений отдельных узлов.

Наибольшие затруднения при проектировании тепловоза встретило создание двенадцатицнлнндрового дизеля 9Д100 с наддувом, повышенной экономичности и надежности и достаточной долговечности на базе дизеля 2Д100; разработка ходовой части тепловоза с минимальным весом и улучшенными тормозными и динамическими характеристиками и выполнение более совершенной схемы электропередачи, а также надежных в эксплуатации электрических машин.

Первый тепловоз новой конструкции, получивший обозначение ТЭ10-001, построен в ноябре 1958 г., в канун 41-й годовщины Великой Октябрьской революции.

Кузов и его рама представляют собой единую цельнонесущую конструкцию, выполненную из набора сварных продольных и поперечных элементов жесткости. Стенки кузова - это фермы без раскосов с равномерно распределенными стойками. Стенки кабины машиниста являются продолжением стенок кузова и, таким образом, также включены в единую несущую конструкцию кузова тепловоза.

Применение кузова несущей конструкции было вызвано стремлением снизить его вес, который на 4150 кг получился меньше, чем у кузова с несущей рамой (18850 кг против 23000 кг), но незначительно легче кузова секции тепловоза ТЭ3 (18950 кг). До тепловоза ТЭ10-001 цельнонесущие кузова применялись на электровозах серии ЧС1 и вагонах электропоездов серии ЭР1. Кузов тепловоза опирается на две трехосные тележки. Передача вертикальной нагрузки на тележки осуществлена так же, как на тепловозе ТЭ3 - в четырех точках через опоры с роликами, перемещающимися по плоскостям с углом наклона 2о.

Тяговое и тормозные усилия от тележек к кузову передаются через центральные шкворни.

Тележки нового тепловоза унифицированы по основным элементам с тележкой тепловоза ТЭ3. Они имеют более эластичное рессорное подвешивание, двустороннее расположение тормозных колодок и малогабаритные буксы колесных пар. На каждой тележке размещено по четыре бункера песочниц. В связи с этими изменениями и увеличением нагрузки на тележку боковые рамы усилены и удлинены, толщина нижних листов боковины увеличена с 20 до 25 мм, а сами листы выполнены из низколегированной стали.

Шкворневая балка литая, таврового сечения. Чтобы повысить эксплуатационную надежность тележки, все поперечные швы и приварные детали с нижних поясов боковин удалены.

Рессорное подвешивание, как и у тележек тепловоза ТЭ3, двухточечное. Каждая точка подвешивания состоит из двух комплектов концевых цилиндрических пружин и двух комплектов рессорного подвешивания, соединенных между собой подвесками и балансирами. В комплект рессорного подвешивания входят две цилиндрические пружины и размещенная между ними 14-листовая рессора. Листовая рессора и пружины работают последовательно. Статический прогиб рессорного подвешивания 71 мм (жесткость - 695 кГ/мм), т. е. больше, чем у тепловозов ТЭ3. Буксы имеют роликовые подшипники ЦКБ-1527 с цилиндрическими роликами и осевые упоры с пружинами.

Для более равномерного распределения нагрузок на ролики в зоне их нагружения нагрузка на корпус буксы передается на вертикальные стенки корпуса через арку . Применение такой конструкции уменьшает необрессоренный вес каждой оси по сравнению с тепловозом ТЭ3 на 90 кг. Диаметр колес новых колесных пар - 1050 мм.

Тяговые электродвигатели имеют опорно-осевую подвеску; редуктор выполнен односторонним с передаточным числом 15:68=1:4,53 (модуль 11).

В средней части тепловоза, на раме кузова, расположена силовая установка, состоящая из дизеля 9Д100 и соединенного с ним полужесткой муфтой главного генератора Л1ПТ-120/49. Дизель и генератор смонтированы на общей поддизельной раме сварной конструкции, которая является одновременно и картером дизеля.

Дизель 9Д100 имеет такие же размеры цилиндров (диаметр 207 мм), ход поршней (2х254 мм) и скорость вращения при номинальной мощности 3000 л. с. (850 об/ман), как и дизель 2Д100. Повышение мощности каждого цилиндра с 200 до 250 л. с. достигнуто за счет повышения давления наддува до 1,85 кГ/см2.

Коэффициент избытка воздуха у дизеля увеличился с 1,86 до 2,4, а максимальное давление сгорания с 84 до 94 кГ/см2. Минимальная скорость вращения валов дизеля - 400 об/мин. Расход топлива у нового дизеля при номинальной мощности составил 163 г/э. л. с. ч.

Дизель 9Д100 с рамой весит 22 350 кг против 19 000 кг дизеля 2Д100, т. е. удельный вес дизеля снизился с 9,8 до 7,45 кг/л. с.

Наддувочный воздух нагнетается воздуходувками, затем охлаждается и после этого центробежным нагнетателем подается в цилиндры дизеля. Использование для турбовоздуходувок энергии отработавших газов повысило экономичность дизеля. Охлаждение продувочного воздуха выполнено в виде укороченных секций холодильника, применяемого для охлаждения воды.

Главный генератор МПТ-120/49 представляет собой десятиполюсную машину постоянного тока с независимым возбуждением и принудительной вентиляцией. Машина не имеет компенсационной обмотки. При скорости вращения якоря 850 об/мин генератор развивает номинальную мощность 2000 квт (напряжение 470 в, ток 4 260 а). Максимальное напряжение — 650 в при токе 3080 а. Вес генератора 9 020 кг.

Главный генератор используется также в качестве электродвигателя с последовательным возбуждением, работающим от аккумуляторной батареи во время пуска дизеля.

На тепловозе установлены новые тяговые электродвигатели ЭДТ-340А, спроектированные и изготовленные Харьковским заводом «Электротяжмаш» для газотурбовоза Г1-01. Номинальная мощность этих электродвигателей при работе на тепловозе 307 к т (470 в, 710 а), скорость вращения якоря — 590 об/мин, максимальная скорость вращения — 2240 об/мин. Электродвигатели имеют по четыре главных и четыре дополнительных полюса, обмотка якоря—петлевая, изоляция обмоток кремнийорганическая класса Н, вентиляция электродвигателей принудительная. Вес электродвигателя 2 800 кг, т. е. удельный вес этого электродвигателя 9,1 кг/квт против 16 кг/к т у электродвигателей ЭДТ-200 тепловоза ТЭ3.

Все шесть тяговых электродвигателей соединены параллельно. Для более полного использования мощности дизеля на высоких скоростях движения предусмотрены две ступени «ослабления» поля 55 и 35% возбуждения. Переход на режимы «ослабленного» поля происходит автоматически при помощи двух реле перехода.

Впервые в отечественном тепловозостроении завод «Электротяжмаш» применил на тепловозе ТЭ10-001 принципиально новую и более совершенную систему возбуждения главного генератора. В качестве источника тока для возбуждения генератора использован синхронный генератор ГСВ-20, вырабатывающий трехфазный ток частотой от 190 до 400 гц. От этого генератора ток через обмотки магнитного усилителя (амплистата) и полупроводниковые германневые вентили поступает в независимую обмотку главного генератора. В отличие от обычных магнитных усилителей ампл стат имеет внутреннюю обратную связь. У амплистата, помимо обмоток, через которые ток от синхронного генератора проходит к обмотке возбуждения главного генератора, на сердечниках помещены еще четыре подмагничивающие обмотки: регулировочная, получающая питание от аккумуляторной батареи через регулировочный реостат; задающая, получающая питание от тахогенератора (ток в этой обмотке пропорционален скорости вращения валов дизеля); управляющая и запасная (не работающая). Ток управляющей обмотки подается от трансформаторов постоянного тока и зависит от величины напряжения и тока главного генератора. Эта обмотка обеспечивает заданный закон изменения напряжения от тока главного генератора. При этом происходит автоматическое ограничение тока и напряжения главного генератора, а его внешняя характеристика приближается к гиперболической.

Поддержание постоянной мощности и реализация главным Генератором максимальной свободной мощности дизеля обеспечивается объединенным регулятором с реостатом в цепи управляющей обмотки амплистата.

Система возбуждения с амплистатом по сравнению с обычными эл ктромашинными системами более надежна, так как в ней отсутствуют коллекторы вибрирую и контакты, и позволяет более полно использовать мощность дизеля, чего нельзя получить при обычных системах с машинами, у которых за счет петли гестеризиса в магнитных системах получаются значительные отклонения внешних характеристик главного генератора от расчетных.

Управление тепловозом осуществляется контроллером машиниста, воздействующим на регулятор дизеля (а последний на реостат регулировочной обмотки амплистата) и на цепь обмотки тахогенератора. Главная рукоятка контроллера имеет 15 позиций.

На подшипниковых щитах главного генератора смонтированы синхронный генератор ГСВ-20 мощностью 20 кет (230 в, 63 д, 400 гц), ротор которого имеет скорость вращения 1 500 об/мин, и вспомогательный генератор ВГТ-275/120 мощностью 12 кет (75 б, 160 а) со скоростью вращения якоря 2000 об/мин. Обе эти машины и вентилятор для охлаждения тяговых электродвигателей передней тележки приводятся во вращение от вала главного генератора через клиноременную передачу. С валом главного генератора через полужесткую муфту соединен компрессор КТ7. Этот компрессор отличается от компрессора КТ6 направлением вращения вала и некоторыми деталями. Производительность компрессора КТ7 при скорости вращения вала 850 об/мин — 5,3 м3 воздуха в минуту, т. е. такая же, как у компрессора КТ6.

За дизелем со стороны противоположной генератору размещены холодильники для охлаждения воды, масла и наддувочного воздуха. Вентиляторы холодильника имеют механический привод через коробку передач, управляемую термостатами. Над шахтой холодильника и частично над задней кабиной машиниста расположена железо-никелевая аккумуляторная батарея ТПЖН-450.

Первый тепловоз ТЭ10-001 имел служебный вес 138 , запас топлива 5500 кг, масла 1450 кг, воды 1500 кг и песка 520 кг.

При длительном режиме он развивал силу тяги 25000 кГ и скорость 25 к /ч. При конструктивной скорости 100 км/ч сила тяги его 5900 кГ.

По своим тяговым возможностям новый тепловоз не уступает паровозу ФД21 при его наибольшей мощности и значительно превосходит наиболее распространенные и более легкие типы паровозов, как паровозы серии Л, ЛВ, Еа . Будучи промежуточным по мощности типом тепловоза межд тепловозами ТЭ2 с дизелями общей мощностью 2000 л. с. и тепловозами ТЭ3 с дизелями общей мощностью 4000 л. с., новый тепловоз, имея значительно меньший вес по сравнению с двухсекционным тепловозом ТЭ3, мог в ряде случаев с успехом заменять паровозы, работая одиночной тягой.

Харьковский завод строил тепловозы ТЭ10 в период 1958—1961 гг., внося в них отдельные конструктивные изменения, направленные на улучшение и снижение веса локомотива.

Еще в процессе экспериментирования с дизелем 9Д100 выяснилось, что путем увеличения давления наддува с 1,85 кГ/см2 до 2,3—2,4 кГ/с 2 можно получить дизель равной мощности не в двенадцати, а в десяти цилиндрах. Новый дизель, получивший обозначение 10Д100, при скорости вращения вала 850 об/мин развивает мощность 3 000 л. с. Размеры его цилиндров и ход поршня такие же, как у дизелей 2Д100 и 9Д100. Воздух, подающийся в цилиндры между первой и второй ступенью сжатия, охлаждается. Вес дизеля 10Д100 с под дизельной рамой — 19460 кг, самого дизеля — 16800 кг. Расход топлива при номинальной мощности — 160—165 г/э. л. с. ч. Дизели 10Д100 устанавливали на тепловозах с №015.

На тепловозах №002—012, 014 и 020 были установлены тяговые электродвигатели ЭДТ-340Г, у которых в отличие от электродвигателей ЭДТ-340А для обмоток якорей и дополнительных полюсов применена вместо изоляции класса Н изоляция класса В. На остальных тепловозах ТЭ10 ставили тяговые электродвигатели ЭД-104, у которых для увеличения длительной силы тяги локомотива изменены обмоточные данные и размеры пазов в якоре; проводники в пазу расположены не плашмя, а по высоте паза; уменьшен диаметр коллектора с 400 до 350мм. Мощность (307квт), напряжение (470 в) и ток (710 а) остались без изменения, максимальное напряжение — 700 в, максимальная скорость вращения якоря поднята до 2480 об/мин, изоляция обмоток главных полюсов — класса Н, дополнительных — класса В, в машины — 2850 кг. Одновременно изменено передаточное отношение редуктора — 14:69=1:4,93. Длительная сила тяги тепловоза прц этом увеличилась до 27000 кГ при одновременном уменьшении скорости до 23 км/ч.

Вместо аккумуляторной батареи ТПЖН-450 с тепловоза 002 устанавливалась батарея 46 ТПЖН-550, имеющая большую емкость (550 - ) и номинальное напряжение 60 в.

После проведения описанных крупных, а также более мелких изменений, увеличения запаса топлива до 6 500 кг и песка до 950 кг служебный вес тепловоза составил 129 т.

Кроме тепловозов ТЭ10, тепловозостроительными заводами строились их разновидности: тепловозы 2ТЭ10, ТЭП10, 2ТЭ10Л, ТЭП10Л. На всех этих тепловозах установлены дизели 10Д100.