Почему у тепловозов больше колесных пар, чем у электровозов

С железной дорогой так или иначе сталкивался каждый. Многие замечали (стоя на переезде или ожидая свой поезд на вокзале), что у локомотивов в зависимости от типа конструкции разное количество колес на секции. Современные отечественные тепловозы для неэлектрифицированных ЖД чаще всего имеют трехосные тележки (по две на секцию), а электровозы (за редким исключением) — двухосные. Давайте разберемся чем обусловлено это различие.

Для того чтобы разобраться в различиях в количестве осей у тепловозов и электровозов, необходимо немного вникнуть в их внутреннее устройство. В каждом локомотиве можно выделить несколько ключевых агрегатов, которые обеспечивают его работу. В частности, у тепловозов основными компонентами являются дизельная установка (первичный двигатель), тяговый генератор, вспомогательный генератор, тяговые электродвигатели и, конечно, запас топлива. Да, огромный и мощный ДВС не вращает напрямую колесные пары локомотива (как было у паровоза или дрезины), а раскручивает генератор, который выдает ток на тяговые электродвигатели, ими уже проще и эффективнее управлять.

Дизельный многоцилиндровый двигатель мощного магистрального тепловоза весит 15-20 тонн, а с глушителем, маслом и силовым генератором масса всей этой установки легко выходит на 30+ тонн. Тяговые электродвигатели, установленные на каждой оси тепловоза, добавляют 3-5 тонн. И топлива с собой тащит тепловоз (например, мощный 3ТЭ25К2М) 7 тонн на секцию и 1,5 тонны песка. Массивная машина, ничего не скажешь.

А что же электровозы? Питание у них от контактной сети (от внешней энергосистемы) с собой топливо и ДВС они не тащат. Но их конструкция включает в себя тяговые электродвигатели, вспомогательные машины, реостатный контроллер и различные электроаппараты. Если же речь идёт об электровозах переменного тока, то к этому набору добавляются трансформатор и выпрямительная установка или выпрямительно-инверторный преобразователь. Много всего, но большая масса тепловоза сосредоточена в дизельной установке. В среднем выходит, что тепловозы тяжелее электровозов. Рассмотрим на примере два двухсекционных локомотива: тепловоз 2ТЭ10М и электровоз ВЛ10. Сравнив их служебный вес, мы увидим, что 2ТЭ10М весит 138 тонн за одну секцию, тогда как ВЛ10 — всего 92 тонны.

А как же мощность, состав то тянуть нужно? А тяговые электродвигатели можно поставить в электровоз больше размером и большей мощностью, дизель не занимает внутреннее пространство, еще и на балласт для улучшения сцепления меньшего количества колес останется. Могут быть исключения для односекционных электровозов там еще ось на тележке появляется для увелечения общей мощности тяговых электромоторов.

На наших железных дорогах действуют законодательные нормативы (в частности СП 119.13330.2017) по нагрузке на рельсы. Действует ограничение максимум 25 тонн на ось. Оно обусловлено механической прочностью рельс, шпал, их взаимного крепления и насыпи из щебня. В США, например, эта нагрузка повыше (до ~30 т).

Вот и получается, что тепловозы имеют большее количество осей для распределения своей более высокой массы на 6 осей, а не на 4 (как у электровозов), чтобы не выйти за допустимый предел нагрузки 25 т. Но у трёхосной тележки есть и недостатки (помимо массы и большей технической сложности) — она хуже проходит кривые участки железнодорожного пути.

Есть еще один фактор, влияющий на количество осей у локомотива — сцепной вес. Эта характеристика играет ключевую роль в обеспечении эффективного взаимодействия между колёсами локомотива и железнодорожным полотном (пробуксовки быть не должно). Расчетно создаётся необходимое сцепление между колёсами и рельсами, обеспечивающее движение состава. От него зависит и тяговое и тормозное усилие локомотива (вот для чего бывает догружение балластом и дополнительные оси и перераспределение нагрузки с поддерживающих осей).

При проектировании и конструировании локомотивов разных типов инженеры должны учитывать множество факторов, включая вес агрегатов, распределение нагрузки на оси и эффективность работы по сцеплению с рельсом. Каждая деталь имеет значение, и именно поэтому различия в количестве осей между тепловозами и электровозами так заметны.

Спасибо за внимание.

Источник: wikipedia.org