Фильтр по тематике

ТЭМ21 — локомотив 21 века

1372 0

В статье рассказывается о маневровом тепловозе нового поколения ТЭМ21 с передачей переменно-переменного тока, об особенностях его конструкции и функциях микропроцессорной системы управления.

Новый маневровый тепловоз ТЭМ21-001 (рис. 1) с электрической передачей переменно-переменного тока сейчас проходит сертификационные испытания в ФГУП ВНИКТИ МПС России (г. Коломна). 


Эту машину по праву можно назвать локомотивом нового поколения, в котором использованы новейшие разработки отечественных специалистов.

Технические характеристики и оборудование теплово за ТЭМ21

Основные параметры тепловоза следующие:

  1. Мощность по дизелю (полная), кВт (л.с.) 1103 (1500)

  2. Конструкционная скорость, м/с (км/ч) 27,78 (100)

  3. Служебная масса, т 92±3%

  4. Осевая (колесная) формула 20-20

Оборудование тепловоза монтируется на главной раме, которая устанавливается на две бесчелюстные двухосные тележки.

Рессорное подвешивание — индивидуальное двухступенчатое. Вторая ступень подвешивания выполнена из шести пружин типа «флексикойл».

Подвеска тяговых двигателей — опорно-осевая на подшипниках скольжения. Передача тяги с оси на раму тележки осуществляется двумя поводками, а с рамы тележки на раму тепловоза — двумя податливыми тягами. Податливость тяг обеспечивается торсионами.

Тележка снабжена четырьмя вертикальными гидравлическими гасителями колебаний, установленными во второй ступени рессорного подвешивания, и двумя горизонтальными поперечными гасителями.

Указанные конструктивные особенности обеспечивают высокую плавность хода локомотива и позволяют реализовать силу тяги с максимально возможным коэффициентом сцепления, при этом за счёт отсутствия шкворневого узла, опорно-возвращающих устройств и челюстных тележек сводятся к минимуму обслуживание и ремонт ходовой части.

Кузов тепловоза капотного типа и состоит из следующих основных частей: холодильной камеры, кузова над дизель-генератором, кузова над статическими преобразователями, кабины машиниста с кузовом над вспомогательным оборудованием и кузова над аппаратной камерой.


В дизельном помещении размещены дизель 2-6Д49 с неохлаждаемым коллектором, обеспечивающий низкий расход топлива и высокую приёмистость, необходимую при маневровой работе; специально разработанный синхронный тяговый генератор ГСТ 1050-1000 (рис. 2.), особенностью которого является наличие трёх трёхфазных обмоток (две – тяговые, третья – для питания электроприводов вспомогательных нужд) с единой магнитной системой; компрессор ВУ3,5/10-1450 с электроприводом (рис. 3), обеспечивающий максимальную производительность независимо от частоты вращения коленвала дизеля; инерционные воздухоочистители дизеля типа УТВ; управляемый выпрямитель питания обмотки возбуждения тягового генератора В-ТПЕ 250; водяной расширительный бак; умывальник; датчики автоматики и диагностики и другое оборудование.


Стартёр-генератор установлен на тяговом генераторе.

В средней части тепловоза под главной рамой размещается топливный бак, в нём с двух сторон имеются ниши, в которые установлена щелочная аккумуляторная батарея 75КН150Р.

В помещении преобразователей располагаются два статических преобразователя и реакторы к ним; мотор-вентилятор охлаждения тяговых электродвигателей передней и задней тележек; два трёхступенчатых преобразователя для питания электродвигателя привода осевого вентилятора холодильной камеры и электродвигателя центробежного вентилятора охлаждения тяговых двигателей, позволяющих более экономно расходовать электроэнергию на вспомогательные нужды; блоки тормозных тиристоров; регулятор напряжения и оборудование, обеспечивающее функционирование микропроцессорной системы управления, контроля и диагностики.

Тяговый генератор посредством полужёсткой муфты соединён с коленчатым валом дизеля и является источником электрической энергии для асинхронных тяговых электродвигателей, приводящих в движение колёсные пары через зубчатую передачу. Тяговый генератор переменного тока выполнен с двумя трёхфазными тяговыми обмотками, а третья дополнительная обмотка служит для питания вспомогательных нагрузок тепловоза. Каждая из тяговых обмоток питает переменным трёхфазным током два двигателя одной тележки через свой статический преобразователь.

Вспомогательная обмотка тягового генератора обеспечивает электроэнергией вспомогательное оборудование тепловоза: асинхронный мотор-вентилятор охлаждающего устройства дизеля; асинхронный двигатель привода центробежного вентилятора охлаждения тяговых электродвигателей. Также эта обмотка питает через управляемый выпрямитель обмотку возбуждения генератора.

Мотор-вентилятор охлаждающего устройства дизеля типа АМВР-37-03 и двигатель вентилятора охлаждения ТЭД типа 4АЖ-225 запитываются через индивидуальные преобразователи частоты.

Стартёр-генератор служит для запуска дизеля, для подзарядки аккумуляторной батареи, а также для питания постоянным током напряжением 110 В электрокомпрессора, кондиционера — через инвертор трёхфазного тока, цепей управления и освещения, бытовых приборов (электроплитки и холодильника для хранения продуктов).

При запуске дизеля стартёр-генератор, цепи системы управления, двигатели топливоподкачивающего и маслопрокачивающего насосов получают питание от аккумуляторной батареи. Аккумуляторная батарея служит также для освещения тепловоза на стоянках.

В передней части тепловоза расположена холодильная камера, предназначенная для охлаждения теплоносителей дизеля. Она отделена от дизельного помещения перегородкой.

Для поддержания нормального теплового режима дизеля предусмотрено автоматическое регулирование температур воды и масла дизеля с помощью системы автоматического регулирования температуры, обеспечивающей открытие и закрытие боковых и верхних жалюзи, а также изменение частоты вращения вентиляторного колеса в зависимости от температурного режима дизеля.

На выхлопе дизеля установлен искрогаситель, служащий для уменьшения количества искр, вылетающих в атмосферу с выпускными газами.

Бункерами для песка служат два отсека, выполненных непосредственно в кузове (впереди холодильной камеры и позади аппаратной камеры).

Тепловоз оборудован воздушным автоматическим прямодействующим тормозом и ручным тормозом (с приводом на одну ось задней тележки), удерживающим тепловоз на уклоне 30%. Кроме того, на тепловозе имеется электрический тормоз, используемый для остановочного торможения при маневровой работе и на станционных путях с нулевым профилем, а также для подтормаживания состава без применения автотормозов на спусках.

ТЭМ21 также оборудован аппаратурой для управления тепловозом по системе двух единиц; комплексным локомотивным устройством безопасности (КЛУБ-У); двухдиапазонной радиостанцией Р22В «Транспорт РВ-1,1М»; звуковыми сигналами большой и малой громкости; устройством для отцепки тепловоза от состава из кабины машиниста, а также другими необходимыми устройствами.

Управление тепловозом ТЭМ21

Управление тепловозом осуществляется из кабины машиниста. В кабине машиниста расположен пульт, на котором установлены модуль дисплейный с клавиатурой, контроллер машиниста, приборы управления и контроля за работой тормозного оборудования (рис. 4).


Условные обозначения:
1 — комплексное локомотивное уст ройство безопасности (КЛУБ-У); 2 — элек тролюминесцентный дисплей машиниста; 3 — клавиа тура дисплея машиниста; 4 — органы управления тепловозом; 5 — радиостанция; 6 — дополнительный пульт управления; 7 — контроллер машиниста.

Предусмотрена возможность управления тепловозом машинистом без помощника, для чего тепловоз, кроме основного пульта, оборудуется дополнительными пультами управления.

Кабина укомплектована также дополнительным оборудованием, создающим комфортные условия работы локомотивной бригады: отопительно-вентиляционной установкой (в кузове над вспомогательным оборудованием) и транспортным кондиционером (на крыше кабины), холодильником для хранения продуктов и электроплиткой для подогрева пищи.

Электрическая передача

На тепловозе ТЭМ21 применена электрическая передача переменно-переменного тока, принципиальная схема которой приведена на рисунке 5.


Условные обозначения:
СГ — синхронный тяговый генератор с двумя тяговыми обмотками и обмоткой для вспомогательных нужд; АТД — асинхронные тяговые двигатели; УВУ — управляемая выпрямительная установка; АИТ — автономный инвертор тока; БЗТ — блок замыкающих (тормозных) тиристоров, подключающий тормозные резисторы в режиме тормоза и режиме нагружения дизеля на тормозной реостат; М1 — мотор-вентилятор обдува тормозных резисторов; В-ТПЕ — управляемый выпрямитель для самовозбуждения СГ; НПЧ — непосредственные трёхступенчатые преобразователи частоты (сигнал о ступени: 25%, 50%, 100% — поступает из микропроцессорной системы управления); МВХК — мотор-вентилятор холодильной камеры; МВТД — мотор-вентилятор тяговых двигателей.

Асинхронные тяговые двигатели ДАТ 305 попарно подключены к статическим преобразователям. Каждый статический преобразователь состоит из трёхфазной управляемой выпрямительной установки и автономного инвертора тока.

Статические преобразователи частоты служат для регулирования частоты и амплитуды питающего напряжения асинхронных тяговых двигателей при их работе как в режиме тяги, так и в режиме электрического торможения. Реверсирование тяговых двигателей осуществляется изменением последовательности чередования фаз тока, питающего тяговый двигатель.

Особенностью тяговой схемы является полное отсутствие контактной коммутационной аппаратуры, что делает передачу необслуживаемой и долговечной.

Самовозбуждение тягового генератора осуществляется через управляемый выпрямитель В-ТПЕ, который обеспечивает оптимальное отношение U/f на вспомогательной обмотке для питания асинхронных двигателей для собственных нужд тепловоза.

Бортовая микропроцессорная система управления

Всем оборудованием тепловоза управляет многофункциональная микропроцессорная система, ядром которой является устройство обработки информации (УОИ) (рис. 6). Структура, устройство и работа УОИ аналогична УОИ тепловоза 2ТЭ116КМ и была подробно описана в статье «Многофункциональная микропроцессорная система управления тепловозом», опубликованной в журнале «СТА» 3’2004.


Микропроцессорная система управления, контроля и диагностики осуществляет автоматическое управление режимами работы тепловоза по командам машиниста и оперативную диагностику состояния узлов и агрегатов тепловоза с выдачей информации на дисплей машиниста. Система представляет собой агрегатированный программно-аппаратный комплекс, созданный на основе компьютерных технологий.

Многофункциональная микропроцессорная система управления контролирует основные параметры силовой установки и вспомогательных систем тепловоза, выводит текущую информацию по требованию машиниста и автоматически выводит аварийно-предельные значения контролируемых параметров на экран дисплея. Встроенная диагностика позволяет построить работу машиниста с системой в диалоговом режиме – при нормальном режиме работы команды от органов управления выполняются автоматически, а при возникновении нештатной ситуации на дисплей машиниста выводится диагностическое сообщение. Полученная информация позволяет машинисту оперативно принимать адекватные меры для выхода из создавшейся ситуации, что экономит время, облегчает управление тепловозом, значительно снижает количество ошибок и стрессовых ситуаций. Полностью исключается ситуация, когда тепловоз не едет, а причина неизвестна.

Многофункциональная микропроцессорная система управления обеспечивает также выполнение следующих функций:

1) функция управления электрической передачей переменного тока, обеспечивающая:

а) регулирование частоты вращения асинхронных тяговых двигателей;

б) в режиме тяги — обнаружение, ограничение и прекращение буксования колесных пар, сигнализацию о буксовании, ограничение проскальзывания с поддержанием силы тяги, соответствующей условиям сцепления;

в) в режиме тормоза — обнаружение, ограничение и прекращение юза колесных пар, автоматическое снижение тормозной силы при юзе с последующим ее восстановлением;

г) предотвращение совместной работы электрического и пневматического тормоза тепловоза;

д) защиту высоковольтных цепей и снятие тяговой нагрузки при замыкании на корпус;

е) предотвращение тягового режима при давлении в тормозной магистрали ниже установленной величины;

2) функция автоматического регулирования мощности дизеля тепловоза, обеспечивающая:

а) нагружение по характеристике наиболее экономичных режимов работы и полное использование мощности дизеля при работе его в различных режимах и во всем диапазоне скоростей;

б) ограничение пускового тока и максимального напряжения тягового генератора;

в) переход на аварийные режимы с возможностью отключения отдельных групп тяговых электродвигателей;

г) защиту персонала от поражения электрическим током;

3) функция управления дизелем, обеспечивающая:

а) осуществление предпусковых, пусковых и остановочных операций;

б) регулирование частоты вращения коленчатого вала дизеля воздействием на регулятор дизеля;

в) сброс нагрузки при достижении предельных и (или) аварийных уровней температуры теплоносителей, а также защиту дизеля;

г) отключение ряда топливных насосов на 0 позиции холостого хода дизеля;

4) функция автоматического регулирования температуры воды и масла дизеля (САРТ), обеспечивающая поддержание температуры теплоносителей дизеля (воды и масла) в оптимальных диапазонах путём управления частотой вращения вентилятора охлаждающей установки и положением жалюзи, с возможностью дистанционного ручного управления работой охлаждающего устройства из кабины машиниста с помощью виртуальных тумблеров дисплея машиниста при отказе элементов САРТ (рис. 7);


5) функция автоматического регулирования давления воздуха в главных резервуарах, обеспечивающая поддержание давления воздуха в установленных пределах;

6) функция автоматического управления подогревом и кондиционированием воздуха, обеспечивающая поддержание в заданных пределах температуры воздуха в закрытой кабине машиниста;

7) функция дистанционного контроля уровня воды в расширительном баке и сигнализации о недопустимом его понижении;

8) функция сигнализации о пожаре, обеспечивающая включение звуковой и световой сигнализации в кабине при превышении заданной температуры воздуха в контролируемых местах;

9) функция подачи песка, обеспечивающая при экстренном торможении снятие режима тяги; подачу песка под колёсные пары и прекращение подачи песка при скорости движения тепловоза ниже 10 км/ч; подачу песка при срабатывании системы безопасности; предусмотрена возможность импульсной пескоподачи;

10) функция управления подачей звукового сигнала по команде машиниста и автоматической подачей в случае экстренного торможения;

11) функция автоматического прогрева дизеля в холодное время года.

Бортовая микропроцессорная система, установленная на тепловозе ТЭМ21, обрабатывает большой поток информации, поступающей с борта тепловоза по 80 дискретным каналам, 47 аналоговым каналам, 5 частотным каналам и 27 температурным каналам.

Следует отметить, что на тепловозе полностью исключены датчики, требующие регулировок и настроек. Поэтому достаточно установить датчик и подключить его к микропроцессорной системе, а контроль и регулировку параметров система берет на себя, что является одним из основных преимуществ цифровых систем управления.

Вся полученная информация выводится на дисплей машиниста в удобном для восприятия виде.

Дисплей машиниста (рис. 8) состоит из электролюминесцентной панели Planar EL640.480-AA1, одноплатного компьютера PC-510 Octagon Systems, модуля флэш-памяти SanDisk IDE 2,5" FlashDrive, блока питания Continent и платы управления.


Аналоговые и частотные сигналы, полученные с борта тепловоза, анализируются системой допускового контроля. Результатом анализа является расчёт отклонения измеренной величины от значения, оговоренного в ТУ на данный параметр. На панель выводится соответствующий комментарий (норма, меньше нормы, больше нормы).

Одновременно с визуальным представлением параметров тепловоза и их отклонением на конкретных диагностических панелях действует постоянный автоматический контроль следующих параметров:

  • контактно-релейной аппаратуры тепловоза;

  • тягового преобразователя частоты;

  • сопротивления изоляции бортовой сети;

  • частоты вращения коленчатого вала дизеля и настройки регулятора частоты вращения;

  • преобразователя частоты питания мотора вентилятора холодильника;

  • преобразователя частоты питания мотора вентилятора охлаждения тяговых двигателей;

  • управляемого выпрямителя возбуждения.

При обнаружении отклонений в работе тех или иных агрегатов тепловоза выводится аварийное сообщение на дисплей машиниста, которое снимается машинистом кнопкой квитирования.

Наличие дисплея машиниста позволяет часть неоперативных органов управления (включения прокачки топлива, масла, ручное управление холодильной установкой дизеля) заменить виртуальными тумблерами. Все эти виртуальные тумблеры расположены на панели «Управление» (рис. 7).

Заключение

Тепловоз ТЭМ21 с передачей переменно-переменного тока и микропроцессорной системой управления обладает несомненными преимуществами перед эксплуатируемыми в нашей стране маневровыми тепловозами.

Использование данного тепловоза приведёт к значительной экономии средств на его ремонт и обслуживание, а также топливной экономии.

Тепловоз успешно прошёл эксплуатационные испытания в локомотивном депо Брянск-2 и получил положительные отзывы локомотивных бригад. ● 

Авторы — сотрудники ФГУП ВНИКТИ МПС России, г. Коломна
Телефон: (4966) 15-5112, доб. 11-49

1372 0
Комментарии
Рекомендуем

ООО «ПРОСОФТ» 7724020910 2SDnjdbfYK3
ООО "ГЕОЛИНК НЬЮТЕК" 7710494607 2SDnjcdM65f
ООО «ПРОСОФТ» 7724020910 2SDnjdbfYK3