|
ЖДМ-online
• Информационная служба журнала <Железные дороги мира>
|
        |
|
|
|
| ЖДМ 07-2004 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Тепловоз серии Am 843
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
Рис. 1. Тепловоз серии Am 843 |
Заказ новых локомотивов в рамках проекта «Am 843» (рис. 1) касался всех трех указанных подразделений.
Будущие пользователи новых локомотивов должны были определить сферу их использования и исходя из этого сформулировать соответствующие требования. Основные технические требования были следующие:
На базе этих требований были сформулированы основные положения технических условий на новый тепловоз.
| Основные пункты технических условий | |
| Мощность на ободе колес, кВт | 1200 |
| Сила тяги при трогании, кН | 250 |
| Максимальная скорость, км/ч | 100 |
| Мощность тормозной системы, реализуемая передачей мощности в течение 30 мин, кВт | 700 |
| Максимальная величина уклона, на котором удерживается тепловоз с вагонами с помощью стояночного тормоза | 40 ‰ |
| Система автостопа | SBB Siemens-Integra |
| Устройства безопасности | система управления движением с контролем бдительности машиниста |
| Система управления движением | ETCS, уровень 2 |
| Экологические требования | сажевый фильтр, соответствие европейским нормам по шуму и выхлопу |
Поставляемые тепловозы должны обладать допуском для эксплуатации на всех линиях нормальной колеи SBB. В отношении типа передачи (электрической или гидравлической) компании-разработчику была предоставлена свобода выбора.
В качестве базы для конструкции нового тепловоза был выбран стандартный локомотив с гидравлической передачей, разработанный компанией Vossloh Schienenfahrzeugtechnik (VSFT). В процессе многолетней работы компания создала ряд концептуальных платформ, на базе которых реализовались модульные тепловозы необходимой мощности:
Все эти модели могут компоноваться из отдельных модулей и различного стандартного оборудования в соответствии с индивидуальными требованиями заказчика. Эта практика не нова, она в течение нескольких десятков лет проводилась компанией MaK (Maschinenbau Kiel) и продолжена VSFT. За счет такой технологии даже небольшие партии могут поставляться на экономически выгодных условиях. Постоянный выпуск всех базовых моделей обеспечивает непрерывное обновление парка тепловозов. Технические новшества, используемые при выполнении заказа, вносятся в модульную конструкцию, которая таким образом постоянно поддерживается на современном техническом уровне.
Изменения, связанные со специфическими требованиями SBB, должны были производиться с минимальным техническим риском и в кратчайшие сроки. Сочетание продаж тепловозов стандартного исполнения и выполненных с учетом особых требований клиента сыграло решающую роль в конкурентной борьбе компании за заказ.
В качестве базовой платформы, соответствующей требованиям SBB, была выбрана G1206/G1700BB. Построенные на ее основе локомотивы появились в 1997 г. и впервые были использованы компанией RAG Bahn und Hafenbetriebe. С тех пор было построено более 70 локомотивов, которые эксплуатируются на железных дорогах семи стран Европы, а некоторые также и на международных линиях.
Тепловозы этих серий имеют мощную раму, конструкция которой в отношении прочности отвечает требованиям МСЖД. Для исключения остаточных деформаций при столкновении она оборудована заменяемыми сминаемыми элементами, расположенными за буферами. Для удобства обслуживания тепловоз снабжен удобной подножкой и ступеньками, интегрированными в раму.
Все агрегаты локомотива в соответствии с их функциональным назначением скомпонованы в модули. Каждый модуль представляет собой каркас с оборудованием, установленный в капотном кузове. Доступ к нему возможен через соответствующий люк капота. В зависимости от назначения модули крепятся к раме тепловоза жестко или через упругие элементы. Электрические и гидравлические соединения оснащены устройствами стыкования. Модули имеют соответствующую требованиям шумо- и термоизоляцию.
Тяговый привод локомотивов базируется на скоростных дизелях мощностью от 1500 до 1700 кВт при частоте вращения 1800 об/мин. Речь идет о современных двигателях, оборудованных системой принудительного воздушного охлаждения и электронным блоком регулирования впрыска. Последний работает в соответствии с нагрузочными характеристиками дизеля. Эти двигатели, размещаемые в заданном монтажном пространстве, обеспечивают:
В настоящее время на этих тепловозах используются дизели Caterpillar 3512 и MTU 4000.
Подаваемый в цилиндры воздух проходит через двухступенчатый фильтр, образованный расположенными с обеих сторон капотного кузова заборными решетками, задерживающими крупные частицы, и бумажными фильтрами тонкой очистки. Между этими фильтрами размещен абсорбционный глушитель. Выхлопная труба в верхней части капотного кузова смещена в сторону, чтобы не создавалась помеха для обзора машиниста тепловоза.
Запас топлива хранится в двух баках, размещенных под рамой локомотива. Баки могут заправляться как самотеком, так и под давлением с использованием при больших объемах заправки датчика предельных значений.
Система охлаждения заключена в отдельном модуле, который крепится к раме тепловоза на упругих опорах. В высокотемпературный контур кроме охладителей блока цилиндров и моторного масла включены также теплообменники для масла турбопередачи и гидростатической системы. Охлаждение наддувочного воздуха происходит в отдельном контуре с более низким уровнем температур. В качестве радиаторов используются сменные стандартные блоки из цветного металла. Смонтированные в крышке модуля два осевых приточных вентилятора имеют гидростатический привод. Для снижения общего уровня излучаемого ими шума разработана система плавного регулирования частоты вращения в зависимости от температуры.
Передача мощности осуществляется с помощью хорошо зарекомендовавшей себя реверсируемой гидродинамической передачи типа L5r4zsU2 компании Voith. Передача соединена с валом дизеля с помощью упругой на кручение муфты и карданного вала. В компактной конструкции объединены пусковые и маршевые преобразователи для обоих направлений движения.
Все переключения происходят без износа деталей с помощью гидравлики, т. е. путем наполнения и опорожнения соответствующих контуров преобразователя. Наполнение преобразователя противоположного направления движения вызывает торможение (также без износа деталей), которое может действовать до полной остановки локомотива или поезда. При мощностях более 1500 кВт используется турбопередача L620 с механическим реверсированием.
Через карданные валы и редукторы тяговая мощность передается на колесные пары, причем все четыре редуктора имеют одинаковое исполнение. Они содержат одну ступень с коническими зубчатыми колесами и одну с цилиндрическими. Реакция, возникающая при действии вращающего момента, передается через горизонтальное упругое соединение на раму тележки.
Двухосная тележка тепловоза является элементом конструкции с наибольшей степенью стандартизации. В одном и том же исполнении она применяется на всех четырехосных тепловозах с гидродинамической передачей. Доработка для установки ее на отдельные локомотивы, отличающиеся по массе, мощности, скорости и области использования, производится за счет соответствующего расчета пружин рессорного подвешивания, гасителей колебаний и передаточного числа редукторов колесных пар, а также за счет установки необходимых датчиков системы управления движением поезда.
Плоская рама тележки А-образной формы рассчитана на осевые нагрузки до 25 т и подготовлена для установки в случае необходимости соответствующих гасителей колебаний и датчиков. Первичное подвешивание осуществляется с помощью двух винтовых рессор Flexicoil на каждую буксу в сочетании с вертикальным гасителем колебаний, который служит также для фиксации колесной пары при подъемке локомотива или тележки. В буксах использованы конические роликовые подшипники картушного исполнения, не требующие больших затрат на техническое обслуживание. Тяговые и тормозные усилия передаются через парные поводки.
Вторичное подвешивание состоит из разработанной компанией MaK и оправдавшей себя на практике комбинации пружин Flexicoil с наклоняемыми упругими опорами. Они обеспечивают низкое сопротивлению развороту тележки при малой длине пружин. Продольные усилия передаются от тележки к кузову через низко расположенную штангу, шарнирно соединенную со средней поперечной балкой рамы тепловоза. За счет небольшого угла поворота тележек снижается величина разворачивающих сил и уменьшается нагрузка на упругие элементы.
На тепловозе используется дисковый тормоз с дисками, закрепленными на колесах. Болтовое крепление тормозных дисков оказывает существенное шумогасящее действие. Механическая часть тормоза состоит из компактных клещевых захватов у каждого колеса. При этом каждый второй из этих узлов оборудован пружинным аккумулятором. Устройство пескоподачи с подогреваемыми трубами и лубрикатор гребня бандажа полностью интегрированы в тележку.
Расположенный за кабиной машиниста модуль пневматичесой системы состоит из трех стандартных компонентов:
Управление прямодействующим и непрямодействующим тормозом производится в функции времени и базируется на принципе системы Knorr HZE, причем защиту от юза и боксования, а также электрическое управление торможением берет на себя центральный прибор управления локомотива. Предусмотрено также в качестве резервного пневматическое управление торможением.
Кабина машиниста, выполненная из профилей, обшитых листовым металлом, благодаря упругой установке на раме локомотива хорошо защищена от вибраций, исходящих от пути или создаваемых вращающимися элементами оборудования. Удобство и безопасность входа в кабину и выхода из нее обеспечивается возможностью доступа с обходной площадки локомотива.
Оформленный в соответствии с требованиями эргономики пульт машиниста оборудован для движения в обоих направлениях и имеет все необходимые элементы управления и контроля.
Ряд переключателей и приборов, а также дисплей системы диагностики находятся в отдельном шкафу, расположенном в кабине. Здесь же установлены все электронные приборы, к которым машинист должен иметь доступ при движении тепловоза. В другом шкафу расположен блок приборов для управления системой отопления и кондиционирования воздуха, связанной с контуром водяного охлаждения дизеля.
Подрессоренное и регулируемое кресло машиниста может быть развернуто на 180° или полностью задвинуто в нишу пульта, если машинист управляет локомотивом стоя. Круговое остекление кабины обеспечивает хороший обзор в соответствии с требованиями документа МСЖД 651. Большие боковые окна выполнены раздвижными.
Электроснабжение бортовой сети обеспечивается генератором трехфазного переменного тока напряжением 400 В с гидростатическим приводом. От этой сети получают питание кондиционер в кабине машиниста и устройство заряда аккумуляторной батареи. Батарея питает бортовую сеть напряжением 24 В как при работающем дизеле, так и в случае питания от внешнего источника напряжением 230/400 В. В батарее используются обычные автомобильные свинцовые аккумуляторы.
Все устройства электронного управления размещены в приборных шкафах, расположенных в кабине машиниста и тормозном модуле. Кабельная проводка проложена в стандартном кабельном канале. Подсоединение агрегатов осуществляется с помощью разъемов. В соответствии с пожеланиями заказчиков тепловозы могут быть оборудованы различными устройствами обеспечения безопасности движения и системами радиосвязи.
Благодаря модульной конструкции стандартных локомотивов серий G1206/G1700BB необходимые изменения для их согласования с инфраструктурой SBB не требуют больших затрат. В соответствии с инструкциями, действующими на сети SBB, кабина тепловоза Am 843 оборудована левосторонним пультом управления. Базовая планировка кабины и узлы связи с рамой локомотива остались прежними, изменено в зеркальном отображении только расположение пульта управления и дверей. Конфигурация и размещение приборов индикации и устройств управления разрабатывались в тесном сотрудничестве с пользователем. Совмещение качеств стандартной модели локомотива со специфическими требованиями заказчика обеспечивает машинисту соответствующие современным требованиям эргономики и в то же время привычные условия управления.
Все новые тепловозы будут оборудованы швейцарской системой обеспечения безопасности движения Siemens-Integra. В то же время на них предусматривается возможность дополнительной установки системы ETCS уровня 2. После освоения серийного выпуска соответствующих компонентов с начала 2005 г. все вновь поставляемые локомотивы будут оборудовать на заводе системой ETCS, а ранее поставленные — дооборудовать этой системой.
Поскольку SBB планируют эксплуатацию новых тепловозов в подразделениях грузовых перевозок, инфраструктуры и пассажирских перевозок, отсюда вытекает целый ряд эксплуатационных требований, которым должны соответствовать локомотивы. Они будут работать в составе строительно-монтажных поездов, использоваться на тяжелых и легких маневровых работах, надвигать составы на сортировочные горки, а также водить грузовые поезда местного сообщения. Одна из основных задач состоит в выборе всех элементов силовой передачи с учетом универсального использования локомотива.
| Технические характеристики тепловоза Am 843 | |
| Длина по буферам, мм | 15 200 |
| Габарит приближения строений | UIC 505-1 |
| Служебная масса, т | 80 |
| Диаметр колеc новых/изношенных, мм | 1000/920 |
| Максимальная скорость, км/ч | 100 |
| Минимальный радиус проходимых кривых, м | 60 |
| Мощность дизеля, кВт | 1 500 |
| Максимальная частота вращения дизеля, об/мин | 1 800 |
| Мощность динамического тормоза, кВт | 700 |
| Запас топлива, л | 3 500 |
| Тип дизеля | CAT 3512 B-DI-TA-SCAC |
| Тип турбопередачи | Voith L5r4zseU2 |
Выбранной мощности локомотива в наибольшей степени соответствовал проверенный на практике дизель типа 3512 B-DI-TA-SCA производства компании Caterpillar, установленный на большинстве стандартных локомотивов G1206.
Оптимальным решением для выполнения всех требований является выбор реверсивной турбопередачи L5r4zseU2 со ступенчатым переключением и собственной электронной системой регулирования.
При маневровых передвижениях скорость локомотива может достигать 40 км/ч. При этом почти во всем диапазоне обеспечиваются высокие значения силы тяги и КПД, что очень важно для тяговых режимов при низкой скорости движения (например, при маневровых работах и надвиге составов на сортировочную горку, а также при сверхмедленном движении по участкам, где производятся путевые работы). В широком диапазоне мощности локомотив может работать с максимальной силой тяги 250 кН. Характеристики системы охлаждения позволяют развивать максимальную силу тяги даже при самых низких значениях скорости вплоть до остановки локомотива. При маневровой работе полностью используются следующие преимущества реверсивной турбопередачи (рис. 2):
 |
Рис. 2. Тяговая характеристика тепловоза Am 843 и кривые сопротивления движению:F — сила тяги; v — скорость движения |
В диапазоне скорости выше 40 км/ч применяется магистральный режим движения, при котором также может использоваться сила тяги 250 кН. Благодаря этому поезда, ведомые тепловозом Am 843, уверенно трогаются с места даже на подъемах. Оптимизация КПД производилась в диапазоне скорости выше 30 км/ч, в котором ожидается наибольшая экономия топлива. В соответствии с требованиями SBB мощность динамического торможения, составляющая 700 кВт, должна обеспечиваться в продолжительном режиме во всем диапазоне скорости от максимальной до полной остановки.
Впервые на тепловозе мощностью 1500 кВт серийно устанавливается фильтр для улавливания частиц сажи. SBB предприняли этот шаг с целью дальнейшего повышения экологичности тепловозной тяги несмотря на то, что Федеральное ведомство по охране окружающей среды (BUWAL) требует применения сажевого фильтра только при движении в тоннелях. Учитывая последнее обстоятельство, сажевыми фильтрами можно было бы оборудовать лишь небольшую часть парка тепловозов Am 843. До сих пор сажевые фильтры применялись преимущественно в стационарных установках, а также на автомобилях.
Применение их на тепловозах осложняется следующими факторами:
Приемлемым решением проблемы для тепловозов Am 843 является использование ячеистого керамического фильтра компании Energietechnik Bremen (ETB). Проходя через каналы и поры внутренних стенок фильтра, частицы сажи задерживаются в них. При значительном накоплении сажи происходит закупоривание каналов, в результате чего недопустимо возрастает противодавление выхлопных газов. Самоочистка фильтра с помощью сжигания сажи пропускаемыми выхлопными газами повышенной температуры не всегда эффективна.
Возможно применение керамического фильтра с каталитическим покрытием, понижающим температуру сгорания сажи до 430 – 460 °C. Положительным побочным эффектом применения катализатора является снижение содержания в выхлопных газах углеводородов на 25 %, СО — до 40 %.
Очищают сажевый фильтр также путем его прокаливания с помощью электрического нагревателя, в результате чего частицы сажи сгорают с образованием СО2. Имеющейся на тепловозе электрической мощности недостаточно для питания нагревателей, поэтому очистку проводят посекционно. В этом случае нагревательная мощность ограничивается величиной 12 кВт. Напряжение на нагреватели подается от бортовой сети переменного тока через трансформатор, понижающий напряжение с 400 до 24 В.
Содержащаяся в дизельном топливе сера при очистке фильтра полностью не сгорает, и ее соединения оседают в виде золы. Для ее удаления фильтры периодически (после 2000 ч работы) продувают сжатым воздухом в направлении, противоположном движению выхлопных газов. Для выполнения этой операции демонтаж фильтра не требуется.
Сажевый фильтр полностью выполняет функции абсорбционного глушителя и не превосходит его по размерам. В начале 2003 г. опытный образец фильтра установили на стандартном тепловозе G1206, находящемся в регулярной эксплуатации.
Метод создания локомотива на базе готового стандартного решения компания SBB Cargo применяет уже второй раз. Первый опыт получен при разработке магистрального электровоза серии Re482. Базой для него послужил электровоз серии 185 железных дорог Германии.
Использование этого метода значительно сокращает сроки разработки и сводит к минимуму технический риск. Первый тепловоз Am 843 был поставлен SBB уже в сентябре 2003 г. Поставка последнего, 59-го локомотива запланирована на июнь 2005 г.
N. Benedict, U. Winkler. Eisenbahntechnische Rundschau, 2003, № 3, S. 130 – 137.
