Характерной особенностью дизеля является пропорциональность развиваемой
им мощности частоте вращения коленчатого вала (при заданной подаче
топлива). Следовательно, и момент, развиваемый на коленчатом валу,
примерно постоянен, т. е. практически почти не зависит от частоты
вращения (Мл =const). Если при этих условиях применить непосредственную
передачу, соединив коленчатый вал дизеля с колесными парами тепловоза
при помощи механизма, имеющего постоянное передаточное число, то и
вращающий момент, подводимый к движущим колесам, будет примерно
постоянным (Мвр «const). Следовательно, будет постоянной и сила тяги FKt
развиваемая тепловозом независимо от изменения скорости движения v, так
как FK пропорциональна Мвр. При этом сила тяги тепловоза FK будет
представлена линией 1 (рис. 46).
Локомотив, имеющий такую тяговую характеристику, не может работать
рационально и экономично, так как при движении поезда по участкам с
переменным профилем пути малым скоростям движения должна соответствовать
большая сила тяги, а большим скоростям — меньшая сила тяги.
Этому условию удовлетворяет гиперболическая тяговая характеристика
(кривая 2 на рис. 46). Такая тяговая характеристика считается наиболее
рациональной и 'позволяет тепловозу приспосабливаться к работе на
различных участкам пути с равными весами составов при максимальном
использовании мощности.
Диапазон рабочих частот вращения коленчатого вала дизеля сравнительно
невелик. Так, у дизелей, устанавливаемых на узкоколейных тепловозах,
отношение максимальной частоты вращения вала к минимальной составляет
1,5 — 2. Для того чтобы современные узкоколейные тепловозы имели
максимальную скорость 40—
50 км/ч, соотношение скоростей должно составлять 4—5. Такое соотношение
обеспечивается передачей тепловоза, которая, кроме того, должна
обеспечивать пуск дизеля без нагрузки с последующим ее подключением и
возможность изменения направления движения (реверсирования) тепловоза.
Таким образом, реализация желаемой тяговой характеристики и скоростей
движения, обеспечение реверсирования тепловоза и отключения дизеля от
нагрузки при пуске возможны только при условии установки между
коленчатым валом дизеля и движущими колесами специальной передачи с
меняющимся передаточным числам.
На тепловозах применяют передачи трех типов: механическую,
гидравлическую и электрическую. На узкоколейных тепловозах в настоящее
время применяют только механическую и гидравлическую передачи.
У тепловозов с механической передачей между валом дизеля и движущими
колесами включена специальная коробка передач с несколькими ступенями
(обычно 3—5), представляющая набор зубчатых колес с различным
количеством зубьев. На каждой ступени включаются определенные пары
зубчатых колес, обеспечивая нужное передаточное число, остающееся
неизменным в интервале ступени. При переходе на следующую ступень
передаточное число резко меняется, вследствие чего сила тяги тепловоза
резко изменяется на каждой ступени. В пределах же самой ступени сила
тяги изменяется в зависимости от изменения вращающего момента дизеля и
к. п. д. передачи. Поэтому тяговая характеристика у тепловозов с
механической передачей имеет ступенчатый вид (см. рис. 3, а).
Гидравлической передачей называется такая передача, в которой как
полная, так и частичная мощность во всем диапазоне скоростей передается
гидравлическими машинами или аппаратами. Звеном, передающим мощность в
этих передачах, является жидкость. Принцип действия гидравлической
передачи основан на передаче энергии от насоса, соединенного с дизелем,
к турбине, соединенной с движущими колесами локомотива. Тяговые
характеристики гидропередачи более полно удовлетворяют требованиям тяги
поездов, чем характеристики механической передачи. Существенным
преимуществом гидропередачи по сравнению с механической является также
отсутствие жесткой связи между валом дизеля и колесами локомотива,
меньший вес и более устойчивая сила тяги (при переходе с одного
гидроаппарата на другой сила тяги не падает до нуля).