Теплово́з — автономный локомотив c двигателем внутреннего сгорания, чаще всего дизельным, энергия которого передаётся на колёсные пары, преобразуясь силовой передачей (электрической, гидравлической, механической)«Новая иллюстрированная энциклопедия», т. 18, стр. 57. М., изд. БСЭ, 2002.
Появившийся в году в СССР тепловоз стал как экономически выгодной заменой устаревшим низкоэффективным паровозам, так и дополнением появившимся в то же время электровозам, требующим существенных дополнительных затрат на электрификацию пути и рентабельным поэтому на магистралях со сравнительно большим грузо- и пассажиропотоком.
За прошедший век в конструкции тепловоза было опробовано и внедрено множество усовершенствований: возросла мощность двигателя с нескольких сотен лошадиных сил до шести — двенадцати тысяч (ТЭП80, 4ТЭ10С) и выше, на разных типах тепловозов используются различные типы передачи от двигателя движущим колёсным парам, значительно возросло удобство управления и обслуживания тепловоза, снизились выбросы в атмосферу. Тепловозы строятся и используются во всём мире.
Общая характеристика
Дизельный двигатель тепловоза преобразует химическую энергию сгорания жидкого топлива (или горючего газа в газотепловозах) в механическую энергию вращения коленчатого вала, от которого момент вращения, преобразуясь тяговой передачей, передаётся ведущим колёсным парам. Назначение передачи — обеспечить оптимальный режим работы дизеля и максимальную силу тяги при любой скорости движения поезда любого веса. Дизель развивает максимальный крутящий момент при относительно высоких оборотах, максимальную мощность — на ещё более высоких оборотах. Локомотиву максимальная тяга необходима при трогании с места, то есть от нулевой скорости. В дальнейшем, по мере разгона поезда, тяга может существенно уменьшаться, то есть локомотив должен иметь гиперболическую тяговую характеристику. Паровоз и электровоз постоянного тока, изначально обладая такой характеристикой, оказались просты в исполнении и эксплуатации и поэтому сразу получили широчайшее распространение. Для обеспечения же согласования характеристик дизеля, как двигателя, и локомотива, как тяговой машины, требуется преобразующая передача. История создания тепловоза как локомотива, по сути, есть история создания передачи, согласующей характеристики дизеля как первичного двигателя и локомотива как тяговой машины.
В случае использования на тепловозе электрической передачи дизелем вращается тяговый генератор, преобразующий механическую энергию вращения дизеля в электрическую. Электрическая энергия передаётся тяговым электродвигателям (ТЭД), связанным механически с колёсными парами. ТЭДы преобразуют электроэнергию в механическую энергию движения локомотива. При наличии индивидуального привода каждый ТЭД связан с одной колёсной парой, при групповом — один ТЭД приводит несколько колёсных пар. При использовании гидропередачи дизель приводит гидроагрегат, при механической — коробку перемены передач.
К основным элементам конструкции тепловоза относятся кузов и рама, дизель — один или несколько, ударно-тяговые приборы (сцепное оборудование), элементы передачи, ходовая (экипажная) часть и тормозное оборудование. К вспомогательным узлам — системы охлаждения и воздухоснабжения дизеля, песочная система, система пожаротушения, электрооборудование и так далее. При наличии газодизельного или газового двигателя на тепловозе имеется либо газогенераторная секция, либо оборудование для хранения сжиженного или сжатого природного газа с системой газоснабжения двигателя (газодизеля или конвертированного дизеля).
Классификация
По роду службы Тепловозы по роду службы подразделяются на два принципиально различающихся класса: магистральные (поездные) и маневровые/промышленные. Первые предназначены для длительного движения в одном направлении с высокими средними скоростями между станциями, вторые предназначены для повторно-кратковременного движения с низкими скоростями внутри станций и промышленных ж/д линий. В реальной поездной работе тепловозы одного класса могут в некоторых случаях заменять тепловозы другого класса, но какая-либо длительная их эксплуатация не по назначению не практикуется. Исключение обычно составляют узкоколейные железные дороги и железные дороги стандартной ширины колеи с малоинтенсивным движением и/или небольшим локомотивным парком, где для магистральной пассажирской, грузовой и маневровой работы зачастую применяются одни и те же тепловозы.
Магистральные тепловозы
Магистральные тепловозы классифицируются по роду службы на грузовые, пассажирские и грузопассажирские. Они имеют свою конструктивную специфику, связанную с возможностями производства и особенностями поездной работы в разных странах, операторах и на дорогах с разной шириной колеи, габаритами, скоростными и весовыми нормами.
Магистральные пассажирские тепловозы предназначены для вождения пассажирских составов с высокими скоростями, в то время как грузовые — для вождения грузовых составов большой массы с высокой силой тяги. По своим характеристикам пассажирские тепловозы по сравнению с грузовыми одинаковой мощности имеют более высокую скорость длительного режима и конструкционную скорость, но меньшие сцепной вес, нагрузку от колёсных пар на рельсы, и величину касательной силы тяги, при этом в целом грузовые тепловозы превосходят пассажирские по мощности и количеству осей. У грузопассажирских тепловозов тягово-скоростные характеристики имеют усреднённые значения, что позволяет им эксплуатироваться как с пассажирскими, так и с грузовыми поездами, хотя и не с такой эффективностью, как специализированные тепловозы.
Как правило, пассажирские тепловозы не используются с грузовыми вагонами, однако встречаются исключения. Так, 25 апреля 2023 года для эвакуации от надвигающегося пожара грузового состава со станции Сосьва в Свердловской области был задействован тепловоз ТЭП70, оказавшийся сравнительно недалеко от места происшествия.
Конструктивно грузовые и пассажирские тепловозы различаются: передаточным отношением тяговой передачи (меньшее значение у пассажирского, большее у грузового и среднее у грузопассажирского); грузовые и грузопассажирские тепловозы имеют усиленную конструкцию кузова, лобовой части, сцепки и её поглощающего аппарата, рассчитанную на более высокие продольные нагрузки, дополнительный балласт для увеличения сцепного веса, а также зачастую оснащаются системой дистанционного управления для возможности эксплуатации по системе многих единиц, которые на пассажирских локомотивах как правило не применяются; пассажирские и грузопассажирские тепловозы по сравнению с грузовыми обычно оснащаются электропневматическими тормозами в дополнение к пневматическим, системой высоковольтного электроснабжения пассажирского состава, а при эксплуатации в составе пассажирских поездов постоянного формирования типа «тяни—толкай» — системой контроля и управления системами вагонов (например, открытие и закрытие дверей или связь машиниста с пассажирами в вагонах) и дистанционного управления из головного вагона либо тепловоза на другом конце состава.
Конструкция дизельного двигателя, генератора и тяговых электродвигателей либо гидропередачи, тягового привода, а также диаметр колёс могут быть абсолютно идентичными.
Исторически в европейском тепловозостроении (в частности, в СССР и России) принято магистральные тепловозы делать с закрытым кузовом вагонной компоновки и двумя кабинами для управления движением в своём направлении по торцевым частям локомотива, а маневровые/промышленные с открытым кузовом капотной компоновки и одной кабиной для управления движением в обе стороны. Подобное неписаное правило позволяет визуально легко отличить магистральный тепловоз от маневрового в европейских странах и странах бывшего СССР. Фирмы-производители в других странах (в первую очередь, в США) часто выпускают магистральные тепловозы с открытыми кузовами капотной компоновки и одной кабиной с торца локомотива. Визуально такой тепловоз похож как маневровый, но фактически он является магистральным, а его кабина не предназначена для какого-либо длительного управления движением в противоположную от кабины сторону. Отличить такой тепловоз от маневрового зачастую можно в первую очередь по наличию широких лобовых окон со стороны торца близкого к кабине, небольшой высоте капота перед кабиной или его отсутствию при наличии полноценного длинного капота с противоположной стороны (у маневровых тепловозов как правило оба капота имеют одинаковую высоту, в том числе при их занижении), а также по большей длине топливных баков.
Например, общие технические требования российских стандартов предписывают для магистральных тепловозов стандартной ширины колеи такие конструктивные особенности как: кузов вагонной компоновки, кабина управления в торце кузова для движения в своём направлении, электрическая или реже гидравлическая передача, минимальный радиус кривых в 125 метров, высокие скорости длительного режима, не менее 6 осей и мощность двигателя не менее 2000 л. с. на секцию. Актуальные российские стандарты предполагают на основе восьми классификационных параметров шесть типов магистральных тепловозов: четыре типа грузовых и два типа пассажирских. + тип секционнаямощностьл. с. числоосей осеваянагрузкатонн сила тягина сцепкетс констр.скоростькм/ч диаметрколёсмм типтяговогопривода областьпоезднойработы 1 6000 8 25.0 48 120 1250 опорно-рамный грузовая 2 4000 6 25.0 30 120 1250 опорно-рамный грузовая 3 3000 6 23.0 28 100 1050 опорно-осевой грузовая 4 2000 6 21.0 22 100 1050 опорно-осевой грузовая 5 6000 8 22.5 18 160 1250 опорно-рамный пассажирская 6 4000 6 22.5 17 160 1250 опорно-рамный пассажирская При этом, по согласованию между изготовителем и заказчиком допускается создание (модернизация) магистральных тепловозов по назначению и с параметрами, отличными от указанных в таблице. В других странах тепловозы могут оснащаться гидропередачей с дизелями мощностью 3000-4000 л. с.
Маневровые и промышленные тепловозы
Маневровые и промышленные тепловозы, как правило, имеют кузов капотной компоновки и одну кабину управления, рассчитанную на возможность управления тепловозом при движении в обе стороны. В России и ранее в СССР формально считается, что кабина расположена в задней части кузова, а двигатель — в передней, но фактически кабина может располагаться как в торце, так и по центру кузова. Интересно, что в США у того же капотного тепловоза передней частью будет считаться та, в которой находится кабина.
Основными эксплуатационными отличиями маневрового тепловоза от магистрального грузового одинаковой мощности являются более высокая сила тяги длительного режима при более низкой скорости. При равенстве значений касательной силы тяги маневровый тепловоз может иметь двигатель в два раза менее мощный относительно магистрального, при этом примерно во столько же раз у маневрового ниже скорость, при которой эта сила тяги достигается. В целом маневровые тепловозы имеют меньшую мощность двигателя, чем магистральные. Самой мощной разновидностью маневровых являются маневрово-вывозные, используемые как для маневровой работы на грузовых станциях и подъездных путях, так и для передачи составов на перегонах между грузовыми станциями и транспортными узлами, а также для транспортировки грузовых составов на карьерных железных дорогах со сложным профилем. Маневровые тепловозы средней мощности являются наиболее универсальными и могут применяться как для манёвров на станциях и промышленных предприятиях, так и для вывозной работы с небольшими грузовыми составами или поездной работы на малодеятельных линиях. Так называемые промышленные тепловозы фактически являются облегчённой разновидностью маневровых, имеют менее мощный двигатель, меньшее число осей и более жёсткие требования к минимальному радиусу кривых.