Тепловозы Э^мх3

Вторым тепловозом, построенным по заказу Советского правительства в соответствии с решением Совета Труда и Обороны от 10 марта 1922 г., был тепловоз типа 2-5-1 с механической передачей (рис. 9.13 и 9.14). Этот тепловоз строился в 1924 — 1926 гг. заводом Гогенцоллерн (Дюссельдорф) в Германии по проекту, разработанному под руководством советских инженеров, возглавляемых профессором Ю. В. Ломоносовым. Тепловоз первоначально получил обозначение Ю^м005, затем Э-МХ-3 и, наконец, Э^мх3; последние два обозначения указывали на его эквивалентность по мощности паровозу серии Э и применение механической передачи.

Применение на тепловозе механической передачи было обусловлено желанием исключить хотя и надежную, эксплуатационно удобную, но тяжелую, дорогостоящую и снижающую коэффициент полезного действия тепловоза электрическую передачу. Вначале этот тепловоз предполагалось строить с гидравлической передачей, разработанной профессором Ф. X. Мейнеке и представлявшей собой комбинацию насоса Дженни и турбины Ленца, или даже с непосредственной передачей вращения от вала дизеля на колесные пары. Однако значительные успехи в изготовлении зубчатых передач для больших мощностей привели конструкторов к мысли спроектировать, а затем и построить первый в мире тепловоз с механической передачей мощностью 1200 л. с.

Механическая часть тепловоза Э^мх3, как и тепловоза Э^эл2, состояла из кузова, связанной с ним рамы, рессорного подвешивания, букс, колесных пар и тормозной рычажной передачи.

Рама тепловоза была листовой. Оси колесных пар, буксовые подшипники, рессорное подвешивание и спарники были такими же, как у паровозов серии Э. Листовые рессоры, располагавшиеся под буксами движущих колесных пар, соединялись продольными балансирами (две точки подвешивания); листовые рессоры поддерживающей колесной пары и двухосной бегунковой тележки размещались над буксами; вся система рессорного подвешивания была статически неопределимой.

На тепловозе Э^мх3 был почти такой же дизель (MAN6 45/42), как и на тепловозе Э^эл2. Отличие его заключалось в том, что он имел обратный ход (был реверсивным) и охлаждение поршней осуществлялось не водой, а маслом.

Между валом двигателя и отбойным валом, связанным дышлами с ведущей осью, были установлены главная фрикционная муфта и коробка скоростей с тремя ступенями. Так как главная муфта приводилась в действие электромагнитами, то тепловоз Э^мх3 называли иногда тепловозом с магнитной передачей.

Вал дизеля через главную муфту соединялся с валом коробки скоростей, на котором было укреплено коническое зубчатое колесо, постоянно входившее в зацепление с другим коническим колесом, сидевшим на верхнем валу коробки. На этом же валу находились три цилиндрические шестерни, постоянно сцепленные с шестернями, размещавшимися на среднем валу. С помощью магнитных муфт коробки скоростей происходило отключение одной из пар шестерен верхнего и среднего валов и ввод в работу какой-либо другой пары, в результате чего менялось передаточное число передачи. Любая из трех магнитных муфт при пропуске тока по ее катушке включалась без скольжения. Главная же муфта при включении допускала скольжение, величина которого зависела от тока в ее электромагнитной катушке.

Верхний, средний и нижний (отбойный) валы коробки скоростей располагались друг над другом параллельно осям движущих колесных пар. Отбойный вал был выполнен с кривошипами, сдвинутыми на 90 °.

Ведущее коническое колесо коробки скоростей имело 48 зубьев, ведомое — 39; цилиндрические шестерни, передававшие вращающий момент от верхнего вала к среднему на 1-й ступени, имели соответственно 33 и 90 зубьев, на 2-й ступени — 48 и 75 зубьев и на 3-й ступени — 68 и 55 зубьев; у зубчатого колеса среднего вала, сцепленного с колесом отбойного вала, было 39 зубьев, а у колеса на отбойном валу — 99. Таким образом, общее передаточное число коробки скоростей (передачи от вала дизеля к отбойному валу) составляло на первой ступени 5,625, на 2-й — 3,223 и на 3-й — 1,668.

Коробка скоростей, за исключением магнитных муфт, была сконструирована и изготовлена заводом Крупп в Эссене; магнитные муфты спроектировал и выполнил завод Магнет Верке в Айзенахе.

Нужная ступень включалась путем заклинивания на верхнем и среднем валу соответствующих зубчатых колес при помощи электромагнитной муфты. Главной муфтой и тремя муфтами коробки скоростей машинист управлял с помощью двух рукояток контроллера: одной включал и регулировал ток в электромагнитной катушке главной муфты, второй включал ток в катушках муфт коробки скоростей. При трогании поезда с места машинист включал первую ступень и постепенно уменьшал скольжение главной муфты. Переключение ступеней на ходу локомотива производилось при отключенной главной муфте, причем для безударного включения нужной ступени требовалась подрегулировка частоты вращения вала двигателя до совпадения частот вращения соединяемых частей. Для этого на посту машиниста был установлен специальный тахометр. Управление коробкой скоростей тепловоза Э^мх3 требовало от машиниста большого внимания. Удары, случавшиеся при неосторожном переключении, являлись одной из причин поломок зубьев шестерен, главным образом конических, нагруженных больше других.

Зубчатая передача тепловоза позволяла получить при диаметре движущих колес 1320 мм и предельной рабочей частоте вращения вала двигателя 400 об/мин максимальные скорости на ступенях 14, 25 и 48 км/ч. Конструкционная скорость тепловоза при расцепленной главной муфте равнялась 55 км/ч. Предельная рабочая частота вращения вала дизеля была меньше максимально возможной частоты, составлявшей 450 об/мин. Ее снизили из-за того, что частоты в диапазоне 410 — 450 об/мин были недопустимы при работе данного дизеля. Снижение частоты вращения вызвало уменьшение мощности двигателя с 1200 до 1050 л. с.

Кроме основного (тягового) дизеля, на тепловозе Э^мх3 был установлен вспомогательный четырехцилиндровый, четырехтактный, бескомпрессорный, быстроходный дизель фирмы MAN, развивавший при частоте вращения вала 1350 об/мин мощность 60 л. с. Этот двигатель имел диаметр цилиндров 115 мм и ход поршней 180 мм. Он применялся для грузовых автомобилей, а на тепловозе Э^мх3 был использован для привода вентилятора радиаторов (через пару конических зубчатых колес и муфту Донен-Леблана), генератора постоянного тока и вспомогательного компрессора для наполнения сжатым воздухом пусковых резервуаров. Генератор и вспомогательный компрессор приводились этим дизелем с помощью цепных передач. Генератор вырабатывал постоянный ток напряжением 110В (для магнитных муфт и цепей освещения тепловоза) и 135 В (для зарядки аккумуляторной батареи). В последнем случае последовательно с основным якорем включался дополнительный, имевший напряжение на зажимах 25 В. Для поддержания напряжения генератора применялся регулятор системы Пинч.

На тепловозе была установлена свинцовая аккумуляторная батарея емкостью при трехчасовом разряде 80 А • ч, состоявшая из 55 элементов, размещенных в 11 деревянных ящиках.

Тепловоз Э^мх3 имел общую массу в рабочем состоянии 131 т, сцепную массу 88 т; запас топлива был 3,5 т, воды и масла — по 1 т.

После изготовления тепловоз Э^мх3 испытывался на катковой станции в Дюссельдорфе, а также на линиях Дюссельдорф — Ганновер — Магдебург — Берлин и Берлин — Мансфельд. В 1927 г. он был отправлен в Советский Союз и поступил на тепловозную базу близ станции Люблино. Затем тепловоз четыре года эксплуатировался на Московско-Курской железной дороге. При наивыгоднейшем режиме работы коэффициент полезного действия тепловоза Э^мх3 достигал 30 %, он расходовал на 15 % меньше топлива, чем тепловоз Э^эл2 с электрической передачей. Тепловоз Э^мх3 оказывал также значительно меньшее воздействие на путь, чем тепловоз Э^эл2, у которого при "трамвайном" опорно-осевом подвешивании тяговых электродвигателей был значительно больший "неподрессоренный" вес.

Наиболее слабым местом тепловоза Э^мх3 оказалась коническая зубчатая передача. Первая ее поломка произошла в марте 1928 г. после пробега 33 тыс. км, вторая — в августе 1928 г. (пробег тепловоза от замены шестерен до поломки составил 63 тыс. км). После второй поломки двухвенечных конических шестерен завода Крупп вместо них были установлены одновенечные шевронные конические шестерни отечественного завода "Шестерня". Последние проработали недолго (пробег до поломки всего 5 тыс. км) и были заменены уже одновенечными коническими косозубыми шестернями завода Крупп. Из-за поломок шестерен тепловоз имел длительные простои. Это привело к тому, что многие тяговики-тепловозники стали все больше и больше отдавать предпочтение тепловозу с электрической передачей. Однако были и другие точки зрения. В частности, начальник тепловозной базы НКПС С. С. Терпугов, перечислив в "Сборнике тепловозной комиссии" № 2 за 1929 г. недостатки тепловоза Э^мх3 (неправильный выбор ступеней передачи, в результате которого на первой ступени получалось слишком большое тяговое усилие, а на второй — недостаточное; несовершенство конструкции электромагнитных муфт; неудачное их расположение, требовавшее в случае повреждения одной из муфт больших работ по разборке всей коробки скоростей; сложность управления тепловозом из-за того, что процесс перехода с одной ступени на другую длился 6 — 7 с, в течение которых сила тяги равнялась нулю), тем не менее высказался за дальнейшую работу над тепловозом с механической передачей, постройку еще одного опытного экземпляра, а затем и большого количества таких локомотивов.

После отправки тепловоза Э^мх3 в 1931 г. из Люблино в Ашхабад он некоторое время регулярно работал с поездами, но затем с появлением на Ашхабадской железной дороге более удобных в эксплуатации тепловозов с электрической передачей был отставлен от регулярной службы. Причиной этого, помимо поломок зубчатых колес передачи, были частые разрывы поездов при переключении с одной ступени на другую и сравнительно низкая максимальная скорость в тяговом режиме — 48 км/ч.

В 1934 г. Локомотивопроект Народного Комиссариата тяжелой промышленности с учетом опыта работы тепловоза Э^мх3, сделавшего к тому времени пробег около 250 000 км, спроектировал тепловоз типа 2-5-1 мощностью 2200 л. с. с четырехступенчатой коробкой скоростей и гидравлической муфтой. Выпуск этих тепловозов предполагалось организовать на строившемся тогда Орском локомотивостроительном заводе, однако этот проект не был реализован.

"Локомотивы отечественных железных дорог"