CC BY
217
УДК 621.43
МИХЕЕВ С. А., генеральный директор (ПАО «ХК Лугансктепловоз»).
Анализ основных характеристик тепловозных дизелей зарубежного производства
Постановка проблемы
В настоящее время на железных дорогах Украины эксплуатирующийся подвижной состав уже выработал свой ресурс и требует замены или модернизации. Это относится в первую очередь к тепловозам серий М62, 2ТЭ10 и ЧМЭ3. Определяющим узлом при этом являются дизели. Применяемые на этих тепловозах энергетические установки в настоящее время являются не экономичными (ни по расходу топлива, ни по обслуживанию и ремонту) и к тому же на данный момент не выпускаются. Анализ работ [1-13] показал, что во многих случаях экономически целесообразней проводить модернизацию или ремоторизацию тяговому подвижному составу вместо закупки нового. Поэтому актуальным является выбор локомотивной энергетической установки для конкретной модернизации локомотива.
Цель статьи
Целью статьи является анализ развития мирового дизелестроения и возможности использования современных энергетических установок при модернизации существующего тягового подвижного состава.
Материалы и результаты исследований.
При рассмотрении технико-экономических показателей дизелей теп-
ловозного класса зарубежного производства ограничимся двигателями, которые могут являться аналогами различных модификаций семейства Д49 [14-17], Д100 и Д80 [14-15]. Технико-экономические характеристики двигателей зарубежного производства представлены в таблице 1. Параметры большинства этих двигателей указываются при различных значениях частоты вращения, но в таблице сравнения выбрано основную величину n = 1000 + 100об / мин , как наиболее характерную для тепловозных модификаций.
Рассмотрим кратко основные характеристики двигателей, выпускаемых разными производителями.
Двигатели производства фирмы Caterpillar выпускаются как тепловозные, так и судовые и стационарные. В таблице приведены данные для тепловозной фор-сировки. Расход топлива указан с двумя водяными, масляным и топливным насосами, которые увеличивают расход на 5 г/кВт*ч. Массо - габаритные показатели даны для полной комплектности (с маховиком, насосами, фильтрами и т.д.). При этом ресурс двигателей составляет 20 тыс. ч. до первой переборки, и 40 тыс. ч - до полной переборки.
В США 12-цилиндровый двигатель 3600 был установлен на тепловоз серии SD-45 вместо 20-цилиндрового EMD 645.
Двигатели разработки данной фирмы начал производить ОАО «Волжский дизель имени Маминых» [18] и они используются при модернизации тепловозов М62 и ЧМЭ3 [3, 5, 10].
Таблица 1. - Технико-экономические характеристики зарубежных дизелей тепловозного класса.
Число цилиндров Номинальная мощность, кВт Частота вращения, об/мин Удельный расход, г/(кВт*ч) pme бар Масса
топлива масла сухая, кг удельная, кг/кВт
1 2 3 4 5 6 7 8
Caterpillar 3600 (ЧН 28/30
6 1680 1000 197** - 18,2 15680 9,33
8 2240 1000 198** - 18,2 19000 8,48
12 3355 1000 197** - 18,2 25140 7,49
16 4475 1000 198** - 18,2 29950 6,69
Mirrlees B lackstone MB275 (ЧН 27,5/30,5)
6 1750 1000 191** 2,0 19,7 20100 11,48
8 2300 1000 187** 2,0 19,4 24300 10,56
12 3500 1000 187** 2,0 19,7 33800 9,66
16 4600 1000 187** 2,0 19,4 44500 9,67
АБС Б2С (ЧН 25,6/31)
6 1326 1000 215 1,1 16,6 9368 7,06
8 1768 1000 215 1,1 16,6
SEMT-Pie lstick PA5-255 (ЧН 25,5/27)
5 1200 1100 194* 1,05 19,0 9500 7,92
6 1440 1100 194* 1,05 19,0 10500 7,29
8 1920 1100 194* 1,05 19,0 13500 7,03
12 2880 1100 194* 1,05 19,0 17000 5,90
16 3840 1100 194* 1,05 19,0 22200 5,78
18 4320 1100 194* 1,05 19,0 24800 5,74
Sulzer AT25 (ЧН 25/30
6 1320 1000 199* 1,3 17,9 11900 9,01
8 1760 1000 199* 1,3 17,9 15000 8,52
12 2640 1000 198* 1,3 17,9 20200 7,65
16 3520 1000 198* 1,3 17,9 25200 7,16
Cockerill t "HR240CQ (ЧН 24,1/30,5)
6 1325 1000 200 1,36 19,0 8680 6,55
8 1765 1000 200 1,36 19,0 11090 6,28
12 2645 1000 200 1,36 19,0 15800 5,97
16 3530 1000 200 1,36 19,0 20900 5,92
MaK 282C (ЧН 24/28
6 1200 1000 193* 1,5 19,0 7800 6,5
8 1600 1000 193* 1,5 19,0 9400 5,88
12 2650 1000 193* 1,5 20,9 12700 4,79
Даляньский тепловозостроительный завод, 24021 (ЧН 24/27,5)
8 1320 1000 210,7 2,0 16,0 - -
16 2650 1000 210,7 2,9 16,0 - -
Пекинский завод им. 7 с ювраля, 12240 (ЧН 24/26
12 1985 1100 203 - 1563 14600 7,35
12 2200 1100 207 - 19,0 14600 6,64
SACM UD45R6 (ЧН 24/22)
6 975 1000 (210) (1,9 19,6 9000 9,23
Продолжение таблицы 1
1 2 3 4 5 6 7 8
1225 1350 (213) (1,9) 18,2 9000 7,35
8 1300 1000 (210) (1,9 19,6 12000 9,23
1630 1350 (213) (1,9) 18,2 12000 7,36
12 1990 1000 (210) (1,9 20,0 14000 7,03
2500 1350 (213) (1,9) 18,6 14000 5,60
16 2670 1000 (210) (1,9 20,1 19000 7,12
3355 1350 (213) (1,9) 18,8 19000 5,66
20 3340 1000 (210) (1,9 20,1 25000 7,49
4190 1350 (213) (1,9) 18,7 25000 5,97
MTU 1163 TB12 (ЧН 23/28
12 2460 1200 (210) - 17,6 11400 4,63
16 3280 1200 (210) - 17,6 14350 4,38
20 4100 1200 (210) - 17,6 17050 4,16
EMD-General Motors 710G (ДН 23/27,94)
8V 1567 900 197 1,0 11,2 10200 6,51
12 2350 900 197 1,0 11,2 13500 5,74
16 2947 900 197 1,0 10,6 17200 5,85
20 3580 900 197 1,0 10,3 19500 5,45
EMD General Motors 645FB (ДН 23/25,4)
12 2125 950 205 1,0 10,6 12950 6,09
16 2835 950 205 1,0 10,6 16690 5,89
General Electric 7FDL (ЧН 22,9/26,7)
8V 1450 1050 200** 1,5 18,6 12200 8,41
12 2380 1050 200** 1,5 20,4 15900 6,68
16 2900 1050 200** 1,5 18,6 19700 6,79
Alco 251p us (ЧН 22,9/26,7)
6 1119 1100 201 - 18,5 10206 9,12
8V 1358 1000 201 - 18,5 11558 8,51
12 2238 1100 201 - 18,5 14969 6,69
16 2984 1100 201 - 18,5 19051 6,38
18 3357 1100 201 - 18,5 22317 6,65
MAN D2866LUE60 (ЧН 22,2/29,2)
4 300 2100 195 - 17,5 12620 9,55
6 588 2100 195 - 17,5 13028 8,76
8 735 2300 198 - 19,8 15000 6,70
Wartsila Vasa 22 (ЧН 22/24
6 1065 1000 192* 1,2 23,3 9300 8,73
8 1420 1000 192* 1,2 23,3 11300 7,96
8V 1300 1000 192* 1,2 21,4 10100 7,77
12 1950 1000 192* 1,2 21,4 15500 7,95
16 2600 1000 192* 1,2 21,4 20400 7,85
* - без приводных насосов; ** - с приводными насосами
Двигатели типа MB275фирмы Mir- и стационарные, так и тепловозные. Че-rlees Blackstone выпускаются как судовые тыре двигателя 6МВ275 установлены на
локомотивах Британских железных дорог кл.37. Фирма поставила партию дизелей 8МВ275Т мощностью 2300 кВт для грузовых дизель-электрических тепловозов класса 60 фирмы Brush. Всего таких дизелей поставлено Управлению Британских железных дорог более 100 шт.
Параметры двигателей ABC DZC в таблице указаны для тепловозного варианта (особенно рекомендуется для применения с электропередачей). Двигатель прошел типовые испытания UIC (1000 ч), эксплуатируется на железных дорогах Бельгии.
Двигатель SEMT-Pielstick PA5-255 выпускается как судовой, стационарный и тепловозный. В таблице приведены параметры тепловозного варианта. Ресурсные показатели - те же, что и у модели РА6-280.
Параметры двигателей Sulzer AT25 приведены в таблице для работы на дизельном топливе. Расход топлива указан с допуском +3%, расход масла - по результатам эксплуатации. Ресурсные показатели: 12000 ч до первой переборки, 48000 ч до капитального ремонта. 16-цилиндровые дизели модификации 16ASV25 эксплуатируются на железной дороге Union Pacific в США на тепловозах серии 60.
Двигатель Cockerill THR 240 CO многоцелевой. Расход топлива указан с допуском +3%, ресурс до первой переборки -15000 ч. Применяется на тепловозах Бельгии (класс 73) и Аргентины (тип «О»).
Двигатель МаК М282С выпускается как судовой, стационарный и тепловозный. Тепловозы с 6- и 8-цилиндровыми двигателями разных годов выпуска в количестве более 150 шт. эксплуатируются на железных дорогах ФРГ, Швеции и Турции. Маневровые тепловозы типа 291 с дизелем 8М282АКВ мощностью 1600 кВт достигли ресурса до капремонта 120000 ч, что соответствует 22-25 годам. Последний пример применения - дизель-электрический локомотив DE 1024 мощ-
ностью 2650 кВт, с системой AC/DC/AC (асинхронные тяговые двигатели, тяговая система АВВ 2-го поколения) и дизелем 12М282. Масса тепловоза 120 т, максимальная сила тяги 405 кН, скорость 160 км/ч. До 700 кВА электроэнергии используется на нужды скоростного пассажирского поезда (кондиционирование воздуха и т.д.).
Дизеля 240ZJ Даляньского завода относятся к семейству чисто тепловозных дизель-генераторов для локомотивов «Дон-Фен 4» (модель 16V240ZJB) и «Дон-Фен 5» (модель 8240ZJ).
Дизель 12 240, выпускаемый в нескольких модификациях Пекинским ло-комотивостроительным заводом им. 7 февраля - чисто тепловозный двигатель. Прошел типовые испытания по стандарту GB1105-74 для тепловозов: 100 ч на номинальном режиме при мощности 1985 кВт, часовая перегрузка до 2200кВт, 500-часовые испытания на надежность (мощность 2200 кВт, часовая перегрузка до 2425 кВт).
Дизеля SACM UD45R5/6 - тепловозные модификации многоцелевых дизелей. В таблице представлены параметры модификации 6, имеющей на 10% более высокое форсирование, чем вариант 5, при частотах вращения 1000 и 1350 об/мин. Эти же двигатели выпускаются также с частотой вращения 1200 об/мин и с соответствующим изменением мощности. По данным фирмы было поставлено более 200 16-цилиндровых и 100 12-цилиндровых дизелей этой размерности для железных дорог Франции, Португалии, КНР, Марокко, Камеруна и др. стран.
MTU 1163TB12 - тепловозная модификация многоцелевого дизеля. На железных дорогах Украины данный тип дизеля используется на дизель-поездах ДЭЛ-02, рельсовых автомотрисах АР610 и рельсовых автобусах РА620М [19].
Представляют интерес дизеля типа EMD производства фирмы General Motors
710G. В таблице указаны параметры тепловозной модификации двигателя. Массы двигателей получены экспертной оценкой. Ресурсные показатели: 25 тыс. ч. или 4 года до первой переборки, или 12 лет или 800-1300 тис. км до капитального ремонта.
Дизель предназначен для нового семейства тепловозов - серии 60 в составе 4 моделей с микропроцессорным управлением: SD60 - 6-осный; SD59 - шестиосный повышенной мощности; GP60 - 4-осный для скоростных поездов; GP59 - пониженной мощности.
Дизели типа EMD-General Motors 645FB. представлены двумя моделями семейства 645, которые выпускаются наряду с серией 710 и рекламируются как тепловозные. Ресурсные показатели - те же, что и у дизелей семейства 710. Двигатели данной модификации устанавливаются на тепловозы серии 50 - 4-осные GP50 и GP49, шестиосные SD50 и SD49.
Дизели данного производителя используются также при модернизации тепловозов М62, которые эксплуатируются на железных дорогах Польши.
Одним из наиболее мощных производителей тепловозных дизелей в Америке является фирма General Electric. Представляют интерес дизеля модели 7FDL, ресурс которых до капитального ремонта составляет 800-1000 тыс. км.
12 и 16-цилиндровые двигатели данной форсировки устанавливаются на тепловозы новой серии Dash 8: В23-8 (4-осный, длительное тяговое усилие 326 кН), В32-8 (4-осный, тяга 318 кН), С32-8 (6-осный, тяга 491 кН), В39-8 (4-осный, тяга 309 кН), С39-8 (6-осный, тяга 484 кН); максимальная скорость - 141 км/ч.
Представляют интерес двигатели типа Alco 251 plus, ресурс которых до первой переборки составляет 25 тыс. ч. 12-цилиндровые двигатели серии 251 устанавливаются на канадские 6-осные дизель-электрические локомотивы типа
МХ5-624,а также тепловозы французской фирмы Alsthom Atlantique.
В настоящее время на железнодорожном подвижном составе используется более 3 тысяч дизелей производства компании MAN. При этом компания принимает непосредственное участие в ремото-ризации поездов, выполняя монтаж собранных и испытанных в заводских условиях тяговых модулей. Дизели MAN в основном используются на маломощном подвижном составе [20]. Так, на поездах серии S, эксплуатируемых железными дорогами Испании установлены дизели D2866 LUE601. На поездах серии 772 компании Elbe-Werk (Германия) дизели типа D2866 UH, а на поездах серии BZMOT 205/288 железных дорог Венгрии — дизели D2866LUm0.
Дизели фирмы МАN используются в основном такими производителями подвижного состава как Siemens, Adtranz, Windhoff и др.
Двигатель Wartsila Vasa 22 широко используется как судовой и стационарный, прошел испытания UIC как тепловозный. Ресурсные показатели: при работе на дизельном топливе замена колец через 16 тыс. ч, ресурс до капремонта - 64 тыс. ч, ресурс непрерывной необслуживаемой работы - 50 тыс. ч. Двигатели устанавливаются на тепловозы серии А (4-осный локомотив универсального типа массой 80 т) и серии В (6-осный тяжелый 120-тонный локомотив).
Выводы
Сделанный анализ развития дизеле-строения в мире позволяет сделать следующие выводы:
В настоящее время для модернизации существующего тягового подвижного состава на железных дорогах Украины наиболее подходят дизели типа Д49 производства Коломенского дизелестрои-тельного завода, типа САТ производства
СайегрШег, БМБ ОМ производства Дже-нерел Моторс.
Для выбора конкретных типов дизелей для модернизации тепловозов различных серий М62, 2ТЭ116, 2ТЭ10 и ЧМЭ3 необходимо рассчитать их технический уровень и оценить стоимость их жизненного цикла. Для этого необходимо разработать методы и модель оценки технического уровня тепловозов и их конкурентоспособности с различными дизелями.
Литература
1. Обновление парка тепловозов /Железные дороги мира. 2003. -№7. -С.34-39
2. Обновление парка маневровых тепловозов. /Железные дороги мира. 2003. -№8. -С.35-37.
3. Модернизация тепловозов в Венгрии. /Железные дороги мира. 2004. -№12. -С.44-46.
4. Модернизация тепловоза серии У200.1 /Железные дороги мира. 2005. -№7. -С.27-30.
5. Использование старогодных локомотивов. /Железные дороги мира. 2005. -№10. -С.51-53.
6. Модернизация тепловозов. /Железные дороги мира. 2005. -№12. -С.53-57.
7. Ремоторизация магистральных тепловозов. /Железные дороги мира. 2006. -№5. -С.43-50.
8. Модернизация поездов 1С125. /Железные дороги мира. 2008. -№1. -С.38-41.
9. Обновление локомотивного парка железных дорог США и Канады. /Железные дороги мира. 2008. -№10. -С.62-66.
10. Тепловоз М62 - история продолжается. /Железные дороги мира. 2008. -№12. -С.51-56.
11. Обновление подвижного состава железных дорог Испании. /Железные дороги мира. 2009. -№10. -С.56-61.
12. Ремоторизация тепловоза От4/4. /Железные дороги мира. 2011. -№5. -С.49-51.
13. Косов В.С. Оздоровление эксплуатационного парка магистральных тепловозов. /Железнодорожный транспорт. 2002. -№11. -С.23-27.
14. Тепловозные двигатели внутреннего сгорания: Учебник для вузов / А.Э. Симсон, А.З. Хомич, А. А. Куриц и др. -2-е изд., пе-рераб. и доп. -М.: Транспорт, 1987. 536с.
15. Луганские тепловозы 1956-2006 г.: Каталог-справочник / А.Ф. Буянов, Е.И. Ломакин, В.Г. Шмулич, В.Р. Степанов. -Луганск: ОАО ХК «Лугансктепловоз», 2006. -518с.
16. Зайончковський В.М. Загальна будо-ва, тепловi розрахунки енергетичних установок i питання технологи виготовлення екшажно'1 частини тепловозiв: Навчальний поабник // В.М. Зайончковський, В.Г. Мас-лieв, Д.1. Якунш. -Харюв: НТУ «ХШ», 2008. -196с.
17. Балабин В.Н. Перспективы развития локомотивных энергетических установок. /Железнодорожный транспорт. 2007. -№4. -С.52-56.
18. Курбасов А. С. Перспективная энергетическая установка тепловозов. /Железнодорожный транспорт. 2010. -№10. -С.55-57.
19. Экономичные и экологичные дизельные двигатели. /Железные дороги мира. 2006. -№12. -С.45-48.
20. Дизели компании МАМ на железнодорожном транспорте. /Железные дороги мира. 2002. -№6. -С.39-44.
Анотации:
Стаття присвячена анал1зу розвитку свгго-вого дизелебудування та можливосл використання сучасних енергетичних установок при модершзацп юнуючого тягового рухомого складу.
Ключовi слова: тепловоз, дизель, витрата палива, потужшсть дизеля, частота обертання ко-лшчастого вала.
Статья посвящена анализу развития мирового дизелестроения и возможности использования современных энергетических установок при модернизации существующего тягового подвижного состава.
Ключевые слова: тепловоз, дизель, расход топлива, мощность дизеля, частота вращения коленчатого вала.
The article analyzes the development of the global diesel engine and the possibility of using modern energy installations in the modernization of the existing locomotives.
Keywords: locomotive, diesel, fuel, power diesel engine, engine speed.
УДК 629.423.33
КУЛ1ЧЕНКО А.Я., к.т.н. ^bBÏBCbKa фшя ДНУЗТ ïm. Лазаряна); ДЖУС В.С., к.т.н. ^bBÏBCbKa фiлiя ДНУЗТ ïm. Лазаряна); М1ЛЯНИЧ А.Р., магiстр (Львiвська фiлiя ДНУЗТ ïm. Лазаряна).
Анал1з роботи ударного демпфера як мехашзму перем1щення елемен-tîr пантографа електровоза
Однieю з функцюнально важливих конструкцiй в засобах сучасного залiзничного електротранспорту е доволi складний механiзм пантографа електровозiв (рисунок 1), що забезпечуе надiйнiсть контактування iз
струмонесучим провiдником i передачi електроенергл робочим органам даного виду засобiв транспорту. Тому розробка математичних моделей при проектуванш та оптимiзацii механiчних систем вiдiграе важливу роль при дослщженш кiнематики i динамши механiзмiв.
Процес взаемодп струмоприймача i контактно'1' пiдвiски являе собою складний
мехашчний процес, оскiльки взаемодiюча система мае нескшчене число степеней вшьносп i в обох взаемодiючих пристроях в залежносп вiд положення точки контакту та умов п перемiщення змiнюються жорсткiсть, маса, тертя тощо. Шлях i тра-екторiя перемiщення у просторi елементiв струмоприймача не залишаеться постш-ним, що пояснюеться непостшшстю висо-ти розташування контактного дроту, ви-кликано'1' розбiжностями в еластичностi i масi контактно'1' пiдвiски у прольотах за-кршлення. Цей фактор впливае на характер змши контактного натиску, вщ чого залежить степiнь зношування контактних
