Trakcja i Wagony nr. 6 z 1986
mgr inż. Bohdan PASZKOWSKI
mgr inż. Stefan WĘCLEWSKI
CBK PKP
Lokomotywa spalinowa SP32
W 1985 roku bukareszteńskie zakłady "23 August" dostarczyły Polskim Kolejom
Państwowym dwie prototypowe lokomotywy spalinowe serii SP32 (rys. 1) o mocy
955 kW, przeznaczone do obsługi ruchu pasażerskiego na liniach
niezelektryfikowanych.
Są to lokomotywy spalinowe z przekładnią elektryczną, z dodatkową prądnicą
do ogrzewania składu pociągu. Zastosowano w nich prądnicę główną prądu
przemiennego i hamulec elektrodynamiczny.
Charakterystyką trakcyjną lokomotywy i wykres możliwości trakcyjnych
przedstawiono na rysunkach 2 i 3.
Podstawowe dane lokomotywy:
szerokość toru - 1435 mm
układ osi - BoBo
moc silnika - 955 kW
masa lokomotywy w stanie służbowym - 70 t
nacisk na oś - 17,5 t
prędkość maksymalna - 100 km/h
minimalny promień łuku - 80 m
zapasy:
paliwa - 2000 l
oleju - 130 l
wody - 533 l
piasku - 200 kg
Na rysunku 4 przedstawiono rozmieszczenie poszczególnych zespołów i urządzeń
oraz podano zasadnicze wymiary lokomotywy. Rama lokomotywy (1), spawana z
profili walcowanych i giętych, stanowi główną część lokomotywy, która
przejmuje wszystkie siły. Na ramie znajdują się wsporniki do mocowania
zespołów i części lokomotywy. Na czołownicach znajdują się zderzaki (6) oraz
urządzenia pociągowe (7). Pod pomostami wzdłuż lokomotywy wykonano kanały
kablowe (10).
Z jednej strony, przy kabinie maszynisty wykonano dodatkowe stopnie
wejściowe, ułatwiające wejście do kabiny. Do ramy lokomotywy przykręcony
jest zbiornik paliwa (28), a od zewnątrz z obu stron skrzynie akumulatorów
(24). Z boku przy skrzyniach akumulatorów umieszczony jest wskaźnik poziomu
paliwa. Lokomotywa jest oparta na dwóch wózkach (2), za pomocą czterech
elementów metalowo-gumowych (5), a siły poziome są przenoszone przez czop
skrętu (3). Rama wózka wykonana jest jako konstrukcja spawana ze stali
profilowej, blach i odlewów staliwnych. Silniki trakcyjne, przekładnie
zębate, zestawy kołowe, ułożyskowanie, smarowanie obrzeży, a także
rozwiązanie pierwszego stopnia odsprężynowania są identyczne jak w
lokomotywie serii ST43 (inne są wymiary sprężyn nośnych). Między ramą
lokomotywy a ramą wózka zastosowano hydrauliczne tłumiki drgań (4 sztuki).
Wózki są wyposażone w urządzenia do smarowania obrzeży kół, składające się,
z: praski smarnej (typu Friedmanna), przewodów, rozdzielaczy i smarownic
(takich jak w lokomotywie ST43).
Pierwsze pięć lokomotyw jest wyposażonych w cylindry hamulcowe 10", a
następne będą miały zamontowane cylindry hamulcowe 9" z samoczynnym
nastawiaczem klocków hamulcowych i dlatego od lokomotywy nr 6 będzie
zmieniona rama wózka oraz układ mechaniczny hamulca.
Do ramy lokomotywy są przykręcone: przedział silnikowy (15), kabina,
maszynisty (13) i przedział urządzeń pomocniczych (16). Obydwa przedziały, w
celu ułatwienia do nich dostępu, mają z boku drzwi, a w dachu odejmowalne
pokrywy umożliwiające montaż i demontaż zespołów.
W przedziale silnikowym znajduje się zespól prądotwórczy (8), złożony z
silnika spalinowego typu M820SR i prądnicy prądu przemiennego typu
GST-1-990x314/8, połączonych sprzęgłem elastycznym. Na wale łączącym silnik
spalinowy i prądnicę główną znajduje się koło pasowe napędzające, poprzez
paski klinowe, dwie pompy hydrostatyczne (29) typu PH20. Z drugiej strony
silnika jest napędzana, poprzez wał przegubowy, prądnica ogrzewcza (9). W
przedziale tym znajduje się podgrzewacz wody (23) typu AVO-00 i zbiornik
oleju hydrostatycznego (25).
Na prądnicy ogrzewczej zabudowane są: prostownik (39) i szafa sterownicza
ogrzewania (41).
Między silnikiem spalinowym a prądnicą ogrzewczą znajduje się wentylator
silników trakcyjnych (32), który kanałami wentylacyjnymi (26) tłoczy
powietrze do chłodzenia silników trakcyjnych. Po przeciwnej stronie
wentylatora znajduje się zespół (35) regulacji mocy i prędkości obrotowej
silnika spalinowego, składający się z zaworów elektropneumatycznych,
urządzenia sterującego 15-pozycyjnego, zaworu FD1 oraz regulatora mocy i
prędkości obrotowej silnika spalinowego.
Maszynista nastawnikiem jazdy powoduje zasilanie zaworów
elektropneumatycznych, przez które przepływa powietrze do 15-pozycyjnego
urządzenia sterującego. Układ tłoczków, przesuwanych powietrzem, powoduje
ruch zębatki,
która obraca kółko zębate. Kółko to powoduje obrót krzywki, sterującej
zaworem FD1. Powietrze z tego zaworu przepływa do regulatora mocy i
prędkości obrotowej. Układ zaworu FD1 i regulatora jest identyczny, jak na
lokomotywie ST43. Ten układ sterowania umożliwia zastosowanie trakcji
wielokrotnej i sterowania prędkością obrotową silnika na drodze
elektrycznej, co daje dokładniejszą regulację od sterowania bezpośrednio
sprężonym powietrzem z uwagi na różnice ciśnień powietrza pomiędzy
poszczególnymi lokomotywami.
W przedniej części lokomotywy znajduje się zespół chłodzący, złożony z dwóch
chłodnic wody, dwóch wentylatorów (44) napędzanych silnikami
hydrostatycznymi oraz żaluzji (36) otwieranych siłownikami hydraulicznymi.
Stopień otwarcia żaluzji i prędkość obrotowa wentylatora są regulowane za
pomocą regulatora hydrostatycznego typu R20-M00.
W przedziale urządzeń pomocniczych (16) znajdują się następujące zespoły:
sprężarka (20) typu 2A320 + 55C (identyczna jak w lokomotywie ST43),
wentylator silników trakcyjnych (32), prostownik główny (45), szafa
wysokiego napięcia (30), szafa niskiego napięcia (31), szafa ogrzewania (40)
(wysokiego napięcia) oraz gł. zbiornik powietrza (21).
Na dachu tego przedziału mocowane są oporniki hamulca elektrodynamicznego
(37).
Kabina maszynisty (13) jest przykręcona do ramy lokomotywy. Do kabiny można
wejść przez dwoje drzwi z pomostów lokomotywy. Wewnątrz znajdują się dwa
identyczne pulpity sterownicze (14), z których maszynista może sterować
lokomotywą w zależności od kierunku jazdy.
Nad jednym z pulpitów znajdują się wskaźniki (38) pracy silnika (temperatura
wody i oleju oraz ciśnienie oleju).
Pierwsze pięć lokomotyw ma szybkościomierz elektroniczny produkcji
rumuńskiej, a następne będą wyposażone w szybkościomierze typu Hasler (na
jednym pulpicie rejestrujący, a na drugim wskazujący). Obydwa pulpity mają
równorzędne układy hamulcowe. W układzie hamulca bezpośredniego zastosowano
przekaźnik ciśnienia typu KR1, który zwiększa prędkość działania hamulca
niesamoczynnego.
Kabina maszynisty jest ogrzewana wodą z układu chłodzenia silnika
spalinowego. W kabinie znajduje się szafa odzieżowa (42), wewnątrz której
zabudowano umywalkę. Z boku szafy znajduje się koło hamulca ręcznego. W
kabinie znajduje się szafa niskiego napięcia ze wskaźnikami i łącznikami na
drzwiach oraz kuchenka elektryczna i wentylatorek.
Na czołach lokomotywy znajdują się po trzy reflektory.
Napęd w lokomotywie przenoszony jest z silnika spalinowego na osie zestawów
kołowych poprzez przekładnię elektryczną: prądnica prądu przemiennego -
prostownik główny - silniki trakcyjne prądu stałego. Silnik spalinowy typu
M820SR jest silnikiem czterosuwowym, doładowanym, chłodzonym powietrzem, z
bezpośrednim wtryskiem paliwa.
Parametry silnika:
moc znamionowa - 955 kW
znamionowa prędkość obrotowa - 25 s^-1 (1500 min^-1)
prędkość obrotowa biegu luzem - 10,8 s-1 (650 min-1)
liczba i układ cylindrów - 12 w układzie V pod kątem 60°
średnica cylindra - 175 mm
skok tłoka - 205 mm
pojemność skokowa - 59,2 l
ciśnienie sprężania - 13,2
średnia prędkość tłoka przy znamionowej "
prędkości obrotowej - 10,25 m/s
ciśnienie wtrysku paliwa - 177 - 186 daN/cm^2
zużycie paliwa - 160g/KMh + 5%
moment rozruchowy przy 5°C - 147 daNm
masa silnika - 3800 kg
wymiary:
długość - 2491 mm ' '
szerokość - 1445 mm
wysokość - 2040 mm
Dla ułatwienia rozruchu silnika w układzie chłodzenia
zastosowano podgrzewacz wody: typ - AVOO
maksymalne ciśnienie - 0,7 MPa, wydajność cieplna - 31 500 kcal +/-5%
zużycie paliwa - 5,8 l/h
Prądnica główna jest trójfazowym generatorem synchronicznym z wbudowaną
wirującą trójfazową wzbudnicą synchroniczną z prostownikiem.
Parametry prądnicy:
typ - GST-1-990x314/8
praca ciągła:
napięcie - 406 V
prąd - 1380 A
moc - 970 kVA
prędkość obrotowa - 1500 min-1
częstotliwość - 100 Hz
współczynnik mocy - 0,96
klasa izolacji - F
Parametry wzbudnicy:
moc - 12,1 kVA
napięcie - 60 V
prąd (stały) - 125 A (154 A)
Prostownik główny jest półprzewodnikowym prostownikiem o trójfazowym
układzie mostkowym.
Parametry prostownika:
napięcie zasilające - 700 V
częstotliwość - 40-110 Hz
napięcie wyprostowane (maksymalne) - 950 V
prąd znamionowy - 2600 A
Lokomotywa wyposażona jest w cztery elektryczne silniki trakcyjne prądu
stałego, szeregowe, połączone w dwie grupy
Parametry silnika trakcyjnego:
typ - MCT 542x258/6 (GDTM 533)
moc ciągła - 200 kW
napięcie niższe - 275 V
prąd ciągły - 820 A
napięcie maksymalne - 470 V
prąd maksymalny - 1235 A prędkość
obrotowa przy niższym napięciu - 495 min-1
maksymalna - 2300 min-1
Do rozruchu silnika spalinowego przewidziany jest specjalny rozrusznik. Jest
to silnik prądu stałego, zasilany z baterii akumulatorów lokomotywy, bez
możliwości zasilania z zewnętrznego źródła prądu.
Lokomotywy SP32 (od nr 3) są wyposażone w układ czuwaka aktywnego i SHP
według zunifikowanego polskiego
systemu i wykonanego z elementów polskiej produkcji.
Obwód główny lokomotywy (rys. 5)
Prądnica główna m0, napędzana przez silnik spalinowy, zasila przez
prostownik główny n0 dwie grupy silników trakcyjnych m1 i m2 oraz m3 i m4,
połączone równolegle. Każda grupa składa się z dwóch silników tego samego
wózka lokomotywy, połączonych szeregowo. Układ zabezpieczający e0 chroni
prądnicę przed przeciążeniami i zwarciami. Grupa silników zasilana jest z
prostownika przez stycznik liniowy c4, c5; zabezpieczona jest przed
przeciążeniem przez przekaźnik nadmiarowo-prądowy e7, e8.
Obwód główny jest chroniony od skutków zwarć doziemnych przez przekaźnik
ziemnozwarciowy (pominięty na schemacie). Przewidziana jest możliwość jazdy
przy osłabionym polu biegunów głównych silników trakcyjnych.
Dwustopniowe osłabianie pola realizowane jest przez równoległe włączanie
(stycznikami c11, c12), do uzwojeń szeregowych, oporów osłabienia pola r37,
r39. Załączanie i wyłączanie osłabienia pola odbywa się automatycznie przy
pomocy przekaźników nadnapięciowych o odpowiednich nastawieniach.
Zmiana kierunku jazdy odbywa się przez zmianę kierunku prądu w uzwojeniach
szeregowych silników, dokonywaną za pomocą nawrotnika a1.
Zastosowano również zabezpieczenie przed poślizgiem zestawów kołowych.
Przekaźnik przeciwpoślizgowy (pominięty na schemacie) zostaje zasilony w
przypadku różnicy między napięciami na silnikach jednej grupy (co występuje
przy poślizgu). Zadziałanie przekaźnika powoduje jednoczesne odwzbudzanie
prądnicy głównej i przyhamowanie zestawów kołowych, aż do likwidacji
poślizgu. Wystąpienie poślizgu sygnalizowane jest obsłudze przez zaświecenie
się lampek na pulpitach.
W przypadku uszkodzenia jednego silnika (lub obu jednej grupy), istnieje
możliwość odłączenia grupy silników odłącznikiem grup silników i
kontynuowania jazdy jedną grupą silników (tzw. jazda awaryjna).
Obwody niskiego napięcia
W lokomotywie SP32 obwody niskiego napięcia (rys. 6) cechują się izolowanym
od masy przewodem minusowym (nr 861). Synchroniczna, trójfazowa prądnica
pomocnicza m12 stanowi jedną maszynę z prądnicą główną.
Parametry prądnicy pomocniczej:
typ - GSA 650x126/8
napięcie - 90 V
prąd - 424/578 A
moc - 66/90 kVA
prędkość obrotowa - 600/1500 min-1
częstotliwość - 40/100 Hz
Prądnica pomocnicza zabezpieczona bezpiecznikami topikowymi e27 zasila przez
prostownik pomocniczy n1 wszystkie urządzenia niskiego napięcia.
Parametry prostownika pomocniczego:
napięcie - 110 V
prąd - 600 A
typ diody - TU38
Do rozruchu silnika spalinowego służy rozrusznik m11, załączany łącznikiem
c1 i zasilany z baterii akumulatorów u1.
Parametry rozrusznika:
typ - MPD 178-110
moc - 20 kW
prąd maksymalny - 1080 A
Bateria akumulatorów jest zabezpieczona bezpiecznikiem topikowym e22 i
odłączana dwubiegunowym odłącznikiem nożowym a3.
Parametry baterii akumulatorów:
typ - 120 ES-320 (Taka jak w lokomotywie ST43)
pojemność - 320 Ah
napięcie - 96 V
Prądnica pomocnicza, oprócz ładowania baterii akumulatorów, zasila także
silniki napędów pomocniczych oraz obwody pomocnicze sterowania, rozrządu i
sygnalizacji.
Do napędu urządzeń pomocniczych służą:
- silnik sprężarki głównej m13
typ - 55C
moc - 21,5 kW
prędkość obrotowa - 2600 min-1
silniki wentylatorów silników trakcyjnych m14 i m15; silniki te mogą być
łączone (stycznikami c18 i c19) szeregowo lub równolegle (umożliwia to
zmianę intensywności chłodzenia silników trakcyjnych),
typ - Ce 180 MF
moc - 15 kW
prędkość obrotowa - 2850 min-1
- silnik wentylatora prostownika m16
typ - Ce 132 SF
moc - 8,5 kW
prędkość obrotowa - 3000 min-1
- silnik pompy paliwa i oleju m17
moc - 2,5 kW
Hamowanie elektrodynamiczne
Lokomotywa wyposażona jest w pomocniczy hamulec elektrodynamiczny, służący
do zmniejszania prędkości, bądź też utrzymywania stałej prędkości przy
jeździe na spadku (tzw. podhamowywanie)
Nastawnik jazdy lokomotywy ma 16 pozycji jazdy i 8 pozycji hamowania
elektrodynamicznego.
Ustawienie nastawnika jazdy w jedną z pozycji hamowania (powoduje
przełączenie obwodu głównego lokomotywy.
Styczniki liniowe c4 i c5 pozostają otwarte, styczniki hamowania c8, c9, c10
zostają zamknięte, a przełącznik a2 łączy wszystkie uzwojenia wzbudzenia
silników w szereg. W czasie hamowania elektrodynamicznego, prądnica główna
zasila uzwojenia wzbudzenia silników. Tworniki każdej z grup silników są
nadal połączone szeregowo i obciążone opornikami hamowania r22 i r25.
Tworniki jednej z grup zasilają także wentylatory chłodzenia oporników
hamowania m7.
Realizacja określonej pozycją nastawnika siły hamowania odbywa się za pomocą
regulacji wzbudzenia prądnicy głównej.
Wyłączenie hamowania następuje przy cofnięciu nastawnika na pozycję "O" lub
w razie zadziałania zabezpieczeń.
Dla uniknięcia szkodliwego wpływu stanów nieustalonych na silniki trakcyjne
zastosowano specjalny układ opóźniający załączenie innego rodzaju pracy przy
przejściu z pozycji jazdy na hamowanie i odwrotnie.
Ogrzewanie pociągu z lokomotywy
Dla ogrzewania pociągu lokomotywa wyposażona jest w napędzaną przez silnik
spalinowy dziewięciofazową prądnicę prądu przemiennego z prostownikiem.
moc - 275 kVA
napięcie (wyprostowane) - 3000 V
prędkość obrotowa - 800-1500 min-1
Lokomotywa ma elektroniczny układ regulacji, utrzymujący stałą wartość
napięcia wyprostowanego oraz zabezpieczający przed skutkami przeciążeń i
zwarć.
Na podstawie obserwacji, poczynionych podczas odbiorów technicznych oraz w
czasie badań i eksploatacji prototypów, uzgodniono zmiany, które będą
wprowadzone w seryjnej budowie lokomotyw:
- wydłużono lokomotywę o 960 mm,
- wprowadzono szafę odzieżową i umywalkę,
- zmieniono lokalizację koła hamulca ręcznego,
- wprowadzono ogrzewanie szyby w kabinie,
- wprowadzono wycieraczki ręczne w oknach w drzwiach kabiny,
- aparaty pneumatyczne umieszczono w ramie lokomotywy,
- oporniki hamulca elektrodynamicznego przeniesiono z dachu przedziału
silnikowego na dach przedziału urządzeń pomocniczych,
- zmieniono mocowanie odejmowalnych dachów,
- wprowadzono wskaźniki pracy silnika spalinowego,
- zmieniono wskaźnik poziomu paliwa w zbiorniku głównym,
- zmieniono umieszczenie cylindrów hydraulicznych otwierania żaluzji,
- wprowadzono okapy przy kabinie maszynisty,
- wprowadzono dodatkowe stopnie,
- zmieniono przejście kanałów wentylacyjnych przez podłogę.
Zmiany te mają na celu ułatwienie dostępu do poszczególnych urządzeń,
ułatwienie obsługi i konserwacji lokomotywy.
umna