Тепловоз с электрической передачей постоянного тока

Основы устройства и принцип работы тепловоза с электрической передачей

Классификация тепловозов.

Классификация электровозов.

Электровоз – локомотив, у которого источником энергии является тяговый электродвигатель (ТЭД), получающий питание извне, вследствие этого электровоз считают неавтономным локомотивом. Источником энергии для электрической тяги являются ТЭС и АЭС.

-пассажирские (например, ЧС2, ЧС4);

-грузовые (например, ВЛ10, ВЛ80);

По роду тока питания:

-постоянного тока (3кВ);

-переменного тока (25кВ);

По типу привода:

-с индивидуальным приводом, когда вращающий момент передается на каждую движущую колесную пару от отдельного двигателя;

-с групповым приводом, когда вращающий момент от одного тягового двигателя передается двум и более движущим колесным парам.

По числу секций: одно-, двух- трёх- и четырёхсекционные.

Число впереди – количество секций, 2 следующие буквы – ВЛ (В.Ленин). Так для серий электровозов переменного (однофазного) тока установлена нумерация: четырехосные — от ВЛ40 до ВЛ59, шестиосные — от ВЛ60 до ВЛ79, восьмиосные — от ВЛ80 до ВЛ99. Электровозы постоянного тока нумеруются: шестиосные — от ВЛ19 до ВЛ39, восьмиосные — от ВЛ8 до ВЛ18. Индексы: м -модернизированные, к – с кремниевыми выпрямителями, р — рекуперативное торможение.

Тепловоз – локомотив, у которого источником энергии является тепловой двигатель внутреннего сгорания – дизель, вращающий момент от дизеля через специальную передачу передается на колесные пары, которые начинают вращаться, приводя в движение тепловоз.

По типу передачи:

-с гидравлической передачей;

-с механической передачей.

По количеству секций.

Первая буква – Т, вторая отвечает за тип передачи (Э, Г,М). Третья буква – род службы локомотива (П — пассажирский, М – маневровый, если третьей буквы нет, то грузовой), цифра, стоящая перед буквенной частью – кол-во секций. Цифры после буквенной части – завод-изготовитель.

Электрическая передача получила самое широкое распространение в тепловозостроении. Она удовлетворяет эксплуатационным требованиям, предъявляемым к локомотивам, и сохраняет постоянство мощности при изменении силы тяги и скорости движения.

В электрической передаче вал дизеля вращает тяговый генератор, питающий тяговые электродвигатели (ТЭД). В свою очередь вращение вала ТЭД передаётся колёсной паре через осевой редуктор. Редуктор представляет собой сопряженные зубчатые колёса, располагающиеся на валу ТЭД и оси колёсной пары. Благодаря жесткой механической связи между колесными парами групповой привод обеспечивает большую устойчивость к боксованию. Электропередача постоянного тока обладает гиперболической тяговой характеристикой, при которой увеличение сопротивления движения вызывает увеличение силы тяги, а уменьшение — ускорение локомотива, легко управляется и регулируется. Электропередача позволяет управлять несколькими тепловозами по системе многих единиц из одной кабины. Недостатки её — большая масса и относительная дороговизна необходимого оборудования, наличие щеточно-коллекторных узлов, ограничивающих рабочие токи и напряжения и требующих частого обслуживания. Электропередача обеспечивает электродинамическое (реостатное) торможение, при котором ТЭД работают как генераторы, нагруженные тормозными реостатами; за счёт сопротивления вращению валов ТЭД осуществляется торможение. По сравнению с пневматическими тормозами при электродинамическом торможении меньше износ тормозных колодок.

На тепловозах применяют электрические передачи трех видов: передача постоянного тока, переменного тока и переменно-постоянного тока.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Тепловоз ВМЭ1

В 1966 г. на железнодорожные пути Советского Союза поступила небольшая партия четырехосных маневровых тепловозов ВМЭ1, постройка которых началась в 1956 г. на заводах Ганц-Маваг в г. Будапеште.

Кузов тепловоза капотного типа, главная рама кузова, сваренная из листовой стали, опирается через скользящие опоры на две двухосные тележки; тележки с балками коробчатого сечения имеют поперечные шкворневые брусья. Тяговое и тормозное усилие от тележек на раму кузова передается, через шкворни. Длина тепловоза по осям автосцепок 12850 мм. Общая колесная база 8200 мм.

На тележках установлены тяговые электродвигатели с опорно-осевой подвеской; редуктор выполнен односторонним с передаточным отношением 21_73=1:3,47. Колеса имеют диаметр 1050 мм, буксы с роликовыми подшипниками фирмы СКФ. Тормозные колодки расположены с двух сторон каждого колеса. Колесная база тележки 2200 мм.

На тепловозе установлен шестнадцатицилиндровый четырехтактный дизель типа XVIIV170/240 системы «Ганц-Ендрашик» и с V-образным расположением цилиндров; диаметр цилиндров 170 мм, ход основного поршня 240 мм, прицепного—246,5 мм; при номинальной частоте вращения вала 1100 об/мин дизель развивает мощность при продолжительном.режиме 600 л. с, при частоте вращения 1200 об/мин — 640 л. с; максимальная частота вращения вала при холостом ходе 1210 об/мин, минимальная — 440 об/мин. Расход топлива при мощности 600 л. с. 175—190 г/(э.л.с.ч). Давление сжатия при номинальной мощности 32 кгс/см2, максимальное давление сгорания 50 кгс/см 2 .

Охлаждение Двигателя водяное. Каждая пара цилиндров отлита в виде блока и имеет общую цилиндровую крышку. Блок топливных насосов расположен между рядами цилиндров. Вес дизеля (сухого) 5600 кгс. Для охлаждения дизеля на тепловозе имеются две водяных системы: одна — цилиндры дизеля, холодильники (радиаторы); вторая — теплообменник (охлаждения масла), холодильник. В каждой системе радиаторы имеют поверхность охлаждения по 350 м 2 . Воздух через них прогоняется общим осевым вентилятором.

С дизелем упругой муфтой соединен тяговый генератор постоянного тока MBSc41 а/200; генератор восьмиполюсный с независимым возбуждением, самовентилирующийся, номинальная мощность 370 кВт (напряжение 265 В, ток продолжительного режима 1400 А) при частоте вращения вала 1100 об/мин; при частоте вращения 1200 об/мин номинальная мощность генератора 401 кВт (243 В, 1650 В), максимальное напряжение на выводах генератора 485 В, кратковременный ток 2300 А; вес генератора 3750 кгс. Имеется возбудитель генератора EDH41R4G, который при частоте вращения вала 2728 об/мин развивает номинальную мощность 5,25 кВт (70 В, 75 А); вал этого возбудителя приводится от вала дизеля через редуктор.

На тепловозе установлены четыре шестиполюсных тяговых электродвигателя ТС32-44а/14 с последовательным возбуждением и принудительной вентиляцией. Эти электродвигатели имеют следующие данные: номинальная мощность 92,5 кВт, напряжение 121 В, ток 825 А, частота вращения якоря 484 об/мин. Вес электродвигателя 2820 кгс.

Тяговые электродвигатели попарно соединены последовательно, а обе группы — параллельно.

Пуск дизеля производится с помощью пускового переключателя, управление движением тепловоза — контроллером. Главная рукоятка контроллера имеет 21 позицию. После нулевой позиции идет позиция «S», на которой путем воздействия на регулятор частоты вращения вала дизеля его частота увеличивается с 470—500 до 800 об/мин. На следующей позиции «X» включаются линейные контакторы, соединяющие тяговые электродвигатели с якорем тягового генератора. Далее идут ходовые позиции.

На позиции 1а получает минимальное питание независимая обмотка возбуждения тягового генератора, на позициях «1Ь», «1е» и «Id» выводятся резисторы из цепи независимой обмотки возбуждения возбудителя, т. е. увеличивается ток обмотки возбудителя тягового генератора.

На позиции 2-й с помощью регулятора частоты вращения вала дизеля повышается до 845 об/мин, на позиции 3-й — до 890 об/мин, иа позиции 4-й — до 935 об/мин и одновременно увеличивается ток возбуждения тягового генератора; на позиции 5-й — до частоты 980 об/мин, на позиции 6-й — до 1025 об/мин и включаются очередные ступени резисторов в цепи независимой обмотки возбуждения возбудителя; на позиции 7а частота вращения вала дизеля достигает 1070—1100 об/мин; на последующих позициях 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h, 7i за счет дальнейшего выведения резисторов из цепи обмотки возбудителя увеличивается ток обмотки возбуждения тягового генератора. Когда скорость тепловоза достигает 25—30 км/ч, а ток в обмотке возбуждения тягового генератора увеличивается до 14—16 А автоматически включаются контакторы, осуществляющие переход на режим ослабленного возбуждения тяговых электродвигателей (64—70%). Предусмотрена возможность управления тепловозами по системе многих единиц.

Тепловоз оборудован пневматическим, тормозом и ручным. Воздух для тормозной системы поступает от двухступенчатого трехцилиндрового компрессора МК-135 производительностью 1500 л/мин. Для освещения тепловоза и заряда аккумуляторной батареи служит вспомогательный генератор EDH41R/4G мощностью 4,2 кВт <60 В,70А).

На тепловозе была установлена щелочная аккумуляторная батарея 2SK-310, состоящая из 40 элементов емкостью 310 А-ч. От этой батареи получает также питание тяговый генератор, когда он служит в качестве приводного электродвигателя при пуске дизеля; для этой цели тяговый генератор имеет специальную пусковую обмотку.

Предусмотрен котел для подогрева воды, топлива и масла. Тепловоз имеет запасы топлива 3000 кг, смазки 300 кг, воды 1560 кг и песка 300 кг. Вес тепловоза в служебном состоянии 74,5 тс.

Тепловоз при трогании может развивать силу тяги 17 000 кгс, при продолжительном режиме силу тяги 9200 кгс я скорость 11,4 км/ч. Максимальная скорость тепловоза 80 км/ч. Минимальный радиус проходимых тепловозом кривых 50 м.

На тепловозе ВМЭ1-024 в депо Ленинград-Варшавский Октябрьской дороги на основе разработок, проведенных кафедрой «Электрические машины» ЛИИЖТа, на одной из тележек тяговые электродвигатели ТС32-44а/14 были заменены асинхронными трехфазными электродвигателями. Для питания постоянный ток, вырабатываемый тяговым генератором EBSc41 а/200 с помощью тиристорного преобразователя превращался в трехфазный ток переменной частоты. Затем на тепловозе, получившем обозначение ВМЭ1А-024 были установлены асинхронные электродвигатели и на второй тележке, а тяговый генератор постоянного тока заменен на генератор переменного тока; тепловоз получил передачу переменно-переменного тока.

6.2 Классификация локомотивов

Локомотивы принято классифицировать по роду службы, ширине колеи, типу кузова, числу секций и по некоторым другим признакам.

По роду службы локомотивы делятся на грузовые, пассажирские, универсальные, маневровые, промышленные. К универсальным относятся грузопассажирские и маневровые локомотивы. Локомотивы, работающие в грузовой и пассажирской службах, называются поездными или магистральными.

По типу кузова локомотивы могут быть с несущей рамой и съемным кузовом, с несущими боковыми стенками и рамой и с цельнонесущим кузовом, когда рама, боковые стены и крыша работают как одно целое.

Съемный кузов может быть вагонного или капотного типа. Кузов вагонного типа (рис. 6.5) обеспечивает доступ локомотивной бригады к силовому оборудованию во время движения без выхода из кузова. Это улучшает условия работы бригады и аэродинамику поезда. Поэтому кузовами такого типа оборудуются в основном поездные локомотивы.

В кузове капотного типа (рис. 6.6.) боковые стенки и крыша закрывают лишь силовые агрегаты, что обеспечивает хороший обзор из кабины машиниста, но при этом ухудшается аэродинамика, особенно при высоких скоростях. Поэтому локомотивы с таким типом кузова используют в основном для маневровой службы.

По числу секций локомотивы бывают односекционные, двухсекционные и многосекционные (рис. 6.7). Как тепловозы, так и электровозы любой мощности можно соединит по две или более единицы с управлением из одной секции. Такое их использование в поездной службе называют работой по системе многих единиц.

По типу передачи вращающего момента от тягового двигателя на ось колесной пары локомотивы бывают с электрической, гидравлической, механической и гидромеханической передачей.

По типу экипажной части локомотивы делятся на тележечные и бестележечные. К бестележечным относятся паровозы. Все современные локомотивы — тележечного типа.

Для характеристики количества, расположения и назначения осей применяется осевая формула. В осевой формуле для локомотивов тележечного типа цифра указывает число осей в тележке. Знак «о», расположенный в индексе цифры, означает, что каждая ось ведущая, то есть имеет индивидуальный тяговый электродвигатель. Количество цифр означает число тележек. В осевой формуле тепловозов с гидропередачей возле цифры знак «о» не ставится. Знаки «-» или «+» указывают на отсутствие или наличие жесткой связи между тележками.

• 2о-2о (локомотив имеет две двухосные тележки, каждая ось — ведущая;
• З(Зо-Зо) — трехсекционный локомотив, в каждой секции две трехосные тележки, каждая ось ведущая;
• 2о+2о-2о+2о — локомотив имеет четыре двухосные тележки, каждая ось ведущая, каждая пара тележек имеет жесткую связь;
• 2(2-2) — локомотив с гидропередачей, двухсекционный, имеет двухосные тележки.

Локомотивы различают также по сериям. Серия локомотива — это обозначение локомотивов, построенных по одному проекту.

Серии паровозов:

• СО (Серго Орджоникидзе),
• ФД (Феликс Дзержинский),
• ИС (Иосиф Сталин),
• Л (Лебеденский),
• П36 (Победа),
• О (основной).

Серии тепловозов:

• Т — тепловоз;
• Э — электрическая передача;
• Г — гидравлическая передача;
• П — пассажирский;
• М — маневровый.

Цифры в серии после буквенного обозначения указывают номер серии тепловоза и завод-изготовитель (с № 1 по 49 — Харьковский завод, с № 50 по 99 — Коломенский завод, с № 100 и выше — Луганский завод). Цифра перед буквой обозначает количество секций в тепловозе. Например 2ТЭ116, ТЭП70, ТЭМ2, ТГМ11.

Серии электровозов: ВЛ — Владимир Ленин. Следующие за этими буквами цифры обозначают:

• до 1956 г. — нагрузку на ось, тс (ВЛ19, ВЛ22, ВЛ23);
• с 1956 г. — номер серии и род тока (с № 1 по 18 — восьмиосный, постоянного тока (ВЛ8, ВЛ10, ВЛ11);
• с № 19 по 39 — шестиосный, постоянного тока (ВЛ19, ВЛ22, ВЛ23);
• с № 40 по 59 — четырехосный переменного тока;
• с № 60 по 79 — шестиосный, переменного тока (ВЛ60);
• с № 80 и выше — восьмиосный переменного тока (ВЛ80, ВЛ85).

В ряде серий к цифровому обозначению электровоза добавляется буквенная индексация:

1. ВЛ80а (асинхронные тяговые двигатели),
2. ВЛ80в (вентильное регулирование),
3. ВЛ60к (кремниевые выпрямители),
4. ВЛ80с (системное соединение секций),
5. ВЛ80т (реостатное торможение),
6. ВЛ80р (рекуперативное торможение).

На железнодорожных участках, где стыкуются системы переменного и постоянного тока, эксплуатируются электровозы двойного питания ВЛ82, ВЛ82м.

Электровозы чешского производства обозначаются следующим образом:

• ЧС1, ЧС2, ЧСЗ — шестиосные постоянного тока;
• ЧС4 — шестиосные переменного тока;
• ЧС6, ЧС7, ЧС200 — восьмиосные постоянного тока;
• ЧС8 — восьмиосные переменного тока.

Разработка и расчет систем электрической передачи мощности тепловозов в зависимости от их рода службы

Страницы работы

Содержание работы

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

Институт транспортной техники и организации производства

«Локомотивы и локомотивное хозяйство »

по дисциплине: «Электрические передачи тепловозов»

Выполнил: студент группы ТЛТ-421

СОДЕРЖАНИЕ стр.

Исходные данные . 4

1. Определение параметров расчетного

режима работы тепловоза …………………………………………………………. 5

2. Выбор типа передачи …………………………………………………………………. 6

3. Выбор схемы соединения тяговых

1. Определение режимов работы

тяговых электрических машин ……………………………………………………….9

5. Выбор генератора переменного тока . 11

6. Расчет и построение регулировочной

характеристики тягового генератора ……………………………………………….12

7. Выбор тягового электродвигателя и расчет

параметров его характерных режимов при

работе в передаче мощности ………………………………………………………….13

8. Расчет параметров тягового редуктора …………………………………………. 14

9. Расчет предельных параметров использования

ТЭД при их работе в передаче мощности …………………………………………16

10. Расчет электромеханических характеристик

тяговых электродвигателей …………………………………………………………. 19

11. Построение тяговой характеристики тепловоза …………………………………24

12. Определение скоростей переключения ступеней ослабления

тока возбуждения тяговых электродвигателей …………………………………. 26

13. Расчет коэффициента полезного действия тепловоза при

полном использовании мощности дизеля …………………………………………27

Список использованных источников . 38

Основными параметрами тепловоза являются расчетная сила тяги, развиваемая им при движении на расчетном подъеме с расчетной скоростью и конструкционная скорость, значение которой обусловлено, в первую очередь, родом службы локомотива. Допустимое значение расчетной скорости является определяющим при выборе веса поезда на каждом участке железных дорог.

Условия работы локомотива характерны тем, что его скорость должна изменяться в широком диапазоне. Поэтому в эксплуатации необходимо управлять силой тяги тепловоза в зависимости от изменения сил сопротивления движению; в частности при трогании с места и при разгоне поезда необходимо обеспечить максимально возможную силу тяги, при ограничениях (по сцеплению и току ТЭД). В тоже время, дизель не обладает перегрузочной способностью и его характеристика не пригодна для тяги поездов. Поэтому основным назначением передачи мощности от дизеля к колесным парам тепловоза является согласование характеристик первичного двигателя и тепловоза как тяговой системы, т.е. обеспечение широкого диапазона изменения скорости движения тепловоза при постоянных значениях момента и частоты вращения коленчатого вала дизеля.

Целью курсового проектирования является освоение методов разработки и расчета систем электрической передачи мощности тепловозов в зависимости от их рода службы, выбора тяговых электрических машин с использованием справочных материалов, а также расчет тяговой характеристики тепловоза с учетом характеристик и параметров электрических машин, используемых в проектируемой передаче мощности.

Исходные данные

Род службы тепловоза – пассажирский;

Номинальная мощность дизеля, Вт —

Номинальная частота вращения вала

дизель – генератора об/мин —

Конструкционная скорость тепловоза – 160 км/ч;

Число движущих осей — 6;

Тип передачи – передача переменно – постоянного тока.

1. Определение параметров расчетного режима работы тепловоза

— номинальный КПД тягового генератора;

— номинальный КПД выпрямительной установки;

— номинальный КПД тягового двигателя;

— номинальный КПД тягового редуктора;

КПД электрической передачи:

— номинальная мощность дизеля, Вт;

— мощность привода вспомогательных систем и механизмов тепловоза, Вт;

— свободная мощность дизеля, используемая на тягу, Вт;

— значение скорости на расчетном подъеме для пассажирских тепловозов, м/с;

— сила тяги на расчетном подъеме, Н;

— частота вращения коленчатого вала дизеля, .

— конструкционная скорость, м/с;

2. Выбор типа передачи

На тепловозах применяются передачи мощности:

— постоянного тока, которая состоит из генератора и тяговых двигателей постоянного тока;

— переменно – постоянного тока, содержащая тяговый синхронный генератор, выпрямительную установку и тяговые двигатели постоянного тока (Рис. 1);

— переменного тока, в которой используется тяговый синхронный генератор, выпрямительная установка и асинхронные тяговые двигатели с инверторами (получила распространение лишь в последнее время с развитием высоковольтной полупроводниковой техники).

Исходя из задания на курсовую работу, рассчитывается передача переменно – постоянного тока.

Принципиальная блок – схема электрической передачи переменно – постоянного тока

Д – дизель; ТЭД – тяговый электродвигатель;

РЧВ – объединенный регулятор дизеля; ОВ – обмотка возбуждения ТЭД;

ИД – индуктивный датчик; RШ1, RШ2 – сопротивления ТЭД;

СВ – синхронный подвозбудитель; НГ – обмотка независимого возбуждения;

Г – тяговый генератор; УВВ – управляемый возбудитель;

ВУ – выпрямительная установка; max – блок выделения max сигнала;

КМ – контроллер машиниста; RT – тормозной резистор;