МЕНЮ

Модернизированный тепловоз ТГМ4Б-УГМК

Модернизированный тепловоз ТГМ4Б-УГМК с гидравлической передачей мощности предназначен для маневровой работы на горнодобывающих, металлургических и других промышленных предприятиях с шириной колеи 1520 мм. 

Локомотив создан по проекту компании Woodward-MEGA (Венгрия) путем проведения глубокой модернизации тепловоза серии ТГМ4Б. На базе существующей экипажной части строится фактически новый тепловоз; при этом основные характеристики, определяющие тяговые свойства локомотива, сохраняются практически неизменными. 

Этапы модернизации 

Поступивший на предприятие тепловоз после мойки и очистки полностью разбирается. Оборудование, которое не будет использоваться при последующих работах, утилизируется. Остальные агрегаты и узлы отправляются в ремонт, который проводится либо собственными силами, либо на предприятиях, имеющих соответствующее оборудование и необходимые лицензии. 

Главная рама тепловоза после разборки проходит дополнительную очистку в дробеструйной камере, после чего проводится ее дефектовка на наличие повреждений, трещин и т.п. При помощи высокоточного лазерного оборудования проверяется геометрия рамы. Обнаруженные дефекты устраняются по специально разработанной технологии. Одновременно в конструкцию рамы вносится ряд изменений: подготавливаются места для установки новых агрегатов, к верхней плоскости рамы приваривается швеллер, служащий основой для установки элементов кузова, на боковых площадках устанавливаются кабельные каналы, укладывается балласт, необходимый для компенсации снижения веса установленного оборудования. После завершения работ рама грунтуется в окрасочной камере и подается на позицию сборки тепловоза. 

Топливные баки проходят тщательную очистку и пропарку. Обнаруженные повреждения устраняются. Часть имеющихся штуцеров и отверстий заваривается или глушится, ввариваются новые. Устанавливается новый топливозаборник, датчики уровня топлива и т.д. После завершения работ проводится проверка герметичности топливного бака, он окрашивается и подается на позицию сборки тепловоза. 

Дизель 

Дизель QST30-L850 производства компании Cummins Inc (США) имеет мощность 605кВт (811 л.с.) при частоте вращения коленчатого вала 1800 об/мин. 

Топливная система двигателя включает в себя механический шестеренчатый топивоподкачивающий насос, расходный топливный бак объемом 13 л, топливный фильтр тонкой очистки, электрические топливоподкачивающие насосы, два рядных топливных насоса высокого давления с электронным управлением, форсунки закрытого типа, а также необходимые трубопроводы, датчики и т.д. 

Система охлаждения двигателя – жидкостная, двухконтурная, с индивидуальными насосами для каждого из контуров. В горячем контуре циркулирует жидкость, охлаждающая масло во встроенном в двигатель жидкостно-масляном теплообменнике и блок цилиндров; в холодном – наддувочный воздух во встроенных жидкостно-воздушных теплообменниках (отдельных для каждого ряда цилиндров). В обоих контурах установлены термостаты, обеспечивающие ускоренный прогрев двигателя и поддержание температуры охлаждающей жидкости в оптимальном диапазоне при его работе. Конструкция системы охлаждения предусматривает применение антифриза в качестве рабочей жидкости. 

Система смазки двигателя – закрытая, под давлением, с «мокрым» картером. Все элементы системы смазки (насос, фильтры, теплообменник и т.д.) входят в конструкцию двигателя. Также на дизеле установлен электрический насос предпусковой прокачки масла. 

Для подачи воздуха в цилиндры служат два (по одному для каждого ряда цилиндров) турбокомпрессора HE851 производства Cummins Turbo Technology. 

Двигатель имеет электронную систему управления, обеспечивающую изменение и поддержание заданной частоты вращения коленчатого вала и мощности по сигналам от системы управления тепловозом, защиту двигателя и его систем от недопустимых режимов работы. Также в системе управления двигателем предусмотрены функции диагностики и сохранения в памяти наиболее важной информации о работе дизеля. Все элементы системы управления (электронные модули, датчики, исполнительные механизмы) установлены непосредственно на двигателе. Обмен информацией с системой управления тепловозом производится как при помощи аналоговых и дискретных сигналов, так и по цифровой шине передачи данных (CANbus). Напряжение цепей системы управления двигателем – 24В. 

Для запуска дизеля служат два электрических стартера напряжением 24 В. Также на двигателе установлен зарядный генератор мощностью 2,4кВт, служащий для питания цепей управления двигателя и зарядки одной из групп аккумуляторной батареи. 

Конструкция двигателя обеспечивает снижение затрат на обслуживание за счет значительного сокращения количества сервисных операций. Например, график технического обслуживания до первой переборки дизеля не предусматривает проведения ремонтных или регулировочных работ, связанных с разборкой двигателя либо его узлов, за исключением операции по регулировке механизма привода клапанов, которая проводится один раз при наработке дизелем 2000 м/ч. Также до первой переборки не требуется замены деталей или узлов двигателя, за исключением сменных фильтроэлементов систем смазки, охлаждения и топливной системы. Срок службы дизеля до переборки предварительно установлен в 30 тысяч часов, по результатам опытной эксплуатации предполагается его увеличение.

Гидропередача 

Гидропередача L4r4zU2aa изготавливается компанией Voith Turbo (Германия) и состоит из следующих механических и гидродинамических компонентов:

  • трансформатор крутящего момента (маршевый гидротрансформатор направления вращения A);
  • трансформатор крутящего момента (маршевый гидротрансформатор направления вращения В);
  • трансформатор крутящего момента (пусковой гидротрансформатор направления вращения В);
  • отбор мощности;
  • трансформатор крутящего момента (пусковой гидротрансформатор направления вращения A);
  • привод.

Высшая передача является простой зубчатой передачей для адаптации частоты вращения привода к нужной частоте вращения первичного вала. 

Гидропередача имеет следующие гидродинамические контуры:

  • 2 трансформатора крутящего момента (пусковые гидротрансформаторы)
  • Для трогания с места и движения с низкой скоростью служит пусковой гидротрансформатор. На каждое направление движения имеется один пусковой гидротрансформатор.
  • 2 трансформатора крутящего момента (маршевые гидротрансформаторы)

Маршевый гидротрансформатор рассчитан для движения со средней и высокой скоростью. На каждое направление движения имеется один маршевый гидротрансформатор. 

Управляющее устройство передачи в зависимости от скорости движения и степени нагрузки двигателя автоматически выполняет переключение с одного гидродинамического контура на другой. В нижнем диапазоне скорости заполняется пусковой гидротрансформатор крутящего момента, в верхнем диапазоне скорости - маршевый гидротрансформатор. Во время переключения прерывания тягового усилия нет. 

Гидродинамическое торможение транспортного средства осуществляется путем заполнения пускового гидротрансформатора противоположного направления вращения. 

Опорожнение трансформатора крутящего момента вызывает отсоединение гидродинамических контуров от выходного вала. 

Используемое в гидропередаче трансмиссионное масло кроме передачи мощности используется также для смазки, охлаждения и управления гидропередачей. 

Над гидропередачей установлен теплообменник охлаждения масла гидропередачи, а также независимый жидкостный отопитель ОДЖ30 производства АО «ШААЗ». Отопитель предназначен для предпускового подогрева охлаждающей жидкости двигателя и поддержания необходимой температуры двигателя и кабины машиниста при стоянке тепловоза с остановленным дизелем в ожидании работы. 

Масса гидропередачи составляет 4200 кг.  

Охлаждающее устройство 

В передней части главной рамы устанавливается вновь изготовленное в виде отдельного модуля охлаждающее устройство тепловоза. В боковых проемах каркаса охлаждающего устройства расположены закрепленные на коллекторах типовые тепловозные жидкостно-воздушные секции, в которых охлаждается жидкость горячего и холодного контуров охлаждения дизеля. В верхней части каркаса расположены диффузор и вентилятор с приводом от асинхронного трёхфазного электродвигателя мощностью 64кВт. Применен облегченный вентилятор комбинированной конструкции с металлической ступицей и пластиковыми профилированными лопастями. Частота вращения вентилятора плавно регулируется системой управления тепловоза в зависимости от температуры жидкости в контурах охлаждения двигателя.  

Компрессор 

После гидропередачи устанавливается компрессорный агрегат, состоящий из установленных на общем основании роторного компрессора BR 30/9/1Е и асинхронного трехфазного электродвигателя. Компрессорный агрегат устанавливается на главную раму тепловоза через опорную рамку. На раме компрессора располагается блокохлаждения масла компрессора с двумя электрическими вентиляторами.  

Сборка кузовов 

Вспомогательное оборудование, расположенное на главной раме, закрывается вновь изготовленным кузовом капотного типа, состоящим из нескольких отдельных частей: кузова охлаждающего устройства и двух кузовов дизельного помещения. Габариты установленного оборудования позволили спроектировать кузовы с пониженным уровнем крыши. Для возможности демонтажа оборудования части крыши кузовов выполнены съемными. На передней стенке кузова охлаждающего устройства имеется дверь для осмотра и обслуживания оборудования, на боковых стенках, а также на крыше – жалюзи с электрическим приводом. Открытие и закрытие жалюзи производится системой управления тепловозом в зависимости от температуры охлаждающей жидкости в горячем и холодном контурах. В боковых стенках кузова дизельного помещения имеются широкие двухстворчатые двери для доступа к дизелю и вспомогательному оборудованию. Внутренние поверхности боковых стенок, дверей и крыши кузовов закрыты слоем звукоизолирующего материала и внутренней обшивкой из негорючего материала. 

К внутренней поверхности крыши дизельного помещения подвешиваются расширительный бак системы  охлаждения тепловоза и два корпуса воздушных фильтров двигателя (по одному для каждого ряда цилиндров).

Воздушные фильтры рассчитаны на эксплуатацию в условиях высокой запыленности окружающей среды и включают в себя по два сменных фильтроэлемента, один из которых является основным, а второй служит элементом безопасности, позволяющим исключить возможность попадания пыли в двигатель при смене основного фильтроэлемента или его повреждении. Расположенные на крыше кузова дизельного помещения входные патрубки воздушных фильтров для предотвращения прямого попадания осадков закрыты специальными крышками. Фильтры оборудованы индикаторами засоренности, информирующими локомотивную бригаду о необходимости замены фильтроэлементов. 

На крыше кузова дизельного помещения устанавливается глушитель, закрытый кожухом. Конструкция глушителя разработана с учетом норм и правил, действующих в странах Европы, и обеспечивает значительное снижение шума. Внешние поверхности глушителя закрыты матами из теплоизолирующего материала.  

Система управления 

На тепловозе применяется микропроцессорная система управления. Дизельный двигатель и системы управления вспомогательными агрегатами взаимодействуют с системой управления тепловозом посредством обмена данными по протоколу стандарта CANbus. K сети также подключены расположенные непосредственно в местах расположения измерительных датчиков аналогово-цифровые преобразователи. Применение общей коммуникационной сети позволяет существенно сократить количество использующихся проводов и кабелей. 

Микропроцессорная система управления тепловозом обеспечивает выполнение следующих функций:

  • управление запуском и остановкой дизеля;
  • измерение тока и напряжения в силовых и вспомогательных цепях, частоты вращения коленчатого вала дизеля, температуры горячего и холодного контуров системы охлаждения и т.д.;
  • считывание данных из системы управления двигателем (давление в системах дизеля, наличие и вид неисправностей, наработка в моточасах и т.д.;
  • вывод данных о состоянии агрегатов и систем тепловоза на многофункциональные дисплеи, расположенные на пультах управления в кабине машиниста;
  • фиксация в памяти данных о работе агрегатов и систем тепловоза.

Кабина  

За дизельной камерой на главной раме устанавливается новая кабина машиниста, изготавливаемая ОАО «НПО автоматики» (г. Екатеринбург). В кабине по диагонали устанавливаются два одинаковых пульта управления. На каждом пульте размещены манометры тормозной системы, многофункциональный дисплей, контроллер машиниста, необходимые кнопки и переключатели. Контроллер машиниста выполнен в виде перемещающейся в вертикальной плоскости рукоятки и имеет только одну фиксированную позицию, соответствующую холостому ходу двигателя; перемещение рукоятки в рабочей зоне бесступенчатое. В кабине устанавливаются два регулируемых по высоте кресла, указатели электронного скоростемера КПД-3ПА, приборы управления тормозами, привод ручного тормоза и т.д. 

Лобовые окна кабины располагаются над капотами и оснащены высокопрочными стеклами с электрообогревом, стеклоочистителями с электрическим приводом и стеклоомывателями. В крыше кабины устанавливается кондиционер. Для отопления кабины служат два расположенных под пультами управления отопителя, подогретый воздух от которых по воздуховодам подается в нужные зоны кабины. В кабине также устанавливаются микроволновая печь для разогрева пищи и малогабаритный бытовой холодильник.  

Вспомогательная ДГУ 

В верхней части кузова аккумуляторного помещения монтируется панель с плавкими предохранителями и дизель-генераторная установка 8HDKАG мощностью 8кВт производства Cummins ONAN. При работе вспомогательной ДГУ ее генератор питает статический преобразователь собственных нужд и обеспечивает функционирование цепей управления и освещения тепловоза, зарядку аккумуляторной батареи, работу независимого жидкостного отопителя и бытовых устройств в кабине машиниста при остановленном основном двигателе. Это позволяет существенно сократить общий расход топлива тепловозом, снизить количество вредных выбросов, а также уменьшить расходы на обслуживание за счет значительной экономии моторесурса основного двигателя.  

Что дает модернизация? 

Полученные в опытной эксплуатации предварительные результаты, и, в частности, существенно снизившийся по сравнению с серийным тепловозом ТГМ4Б расход топлива, позволяют сделать вывод о правильности выбора заложенных в конструкцию основных решений, а именно:

  • применение современного экономичного дизеля;
  • применение микропроцессорной системы управления;
  • применение регулируемых электрических приводов вспомогательных агрегатов;
  • применение вспомогательной дизель-генераторной установки.
Презентация тепловоза ТГМ4Б-УГМК