Вспомогательные машины тепловозов переменного тока

Принципы устройства и работы тягового подвижного состава

Электрический подвижной состав

К электрическому подвижному составу относятся электровозы и электропоезда. В зависимости от рода применяемого тока различают электроподвижной состав постоянного (рис. 12.1) и переменного (рис. 12.2) тока, также двойного питания.

Основные данные об электроподвижном составе отечественных железных дорог приведены в табл , 12.1 и 12.2.

Электрический подвижной состав включает в себя механическую часть, пневматическое и электрическое оборудование.

К механической части относятся кузов и тележки (экипажная часть).

Электрическое оборудование — это тяговые электродвигатели, аппараты управления и устройства защиты, токоприемники, вспомогательные электрические машины, аккумуляторная батарея, а на электровозах и электропоездах переменного тока и двойного питания — также тяговый трансформатор и преобразователи тока (выпрямители). Расположение оборудования на электровозе ВЛ10 приведено на рис. 12.3.

Кузов электровоза служит для размещения в нем кабины машиниста, электрических машин и аппаратов. Каркас кузова выполняют из металла, его наружная обшивка обычно состоит из стальных

* Вагоны: М — моторный, П — прицепной, Пг — прицепной головной, Мг — моторный головной.

** Длина двух секций.

*** При 12-вагонном исполнении длина вагона равна 21,6 м.

листов, а кабина машиниста имеет также внутреннюю обшивку с тепло- и звукоизоляцией.

У четыре х- и шестиосных электровозов кабины машиниста расположены с обеих сторон кузова, а у двухсекционных — на одном конце каждой секции.

В кабине машиниста монтируют аппараты управления, контрольно-измерительные приборы и тормозные краны. В средней части кузова установлена высоковольтная камера с электрической аппаратурой силовых цепей. Вспомогательные машины —- мотор-компрессоры , мотор-вентиляторы , генераторы тока управления — расположены между высоковольтной камерой и кабинами машиниста или переходами из секции в секцию (см. рис. 12.3).

Рама кузова опирается на тележки через специальные опорные устройства.

Тележка электровоза (рис. 12.4) состоит из рамы, колесных пар с буксами, рессорного подвешивания и тормозного оборудования. К тележкам крепят тяговые электродвигатели. У электровозов с несочлененными тележками тяговые усилия передаются упряжными приборами (автосцепками), расположенными на раме кузова.

Рама тележки представляет собой конструкцию, состоящую из двух продольных балок — боковин и соединяющих их поперечных балок. Рама воспринимает вертикальную нагрузку от кузова и через рессорное подвешивание передает ее на колесные пары. Рама тележки, передающая также тяговые и тормозные усилия, должна обладать высокой прочностью.

Колесные пары воспринимают вес электровоза, на них передается крутящий момент тяговых электродвигателей. Кроме того, на колеса воздействуют удары от неровностей пути. Поэтому качеству изготовления колесных пар и содержанию их в исправном состоянии уделяют особое внимание. Колесную пару формируют из отдельных элементов; оси, двух колесных центров с

бандажами (или безбандажных для цельнокатаных колес) и зубчатых колес тяговой передачи (рис. 12.5). Оси колесных пар заканчиваются шейками, на которые опираются буксы с роликовыми подшипниками.

Рессорное подвешивание является промежуточным звеном между рамой тележки и буксами. Оно служит для смягчения толчков и ударов при прохождении колесами неровностей пути и равномерного распределения нагрузки между колесными парами. Основные элементы рессорного подвешивания таковы: листовые рессоры, пружины, балансиры, амортизаторы различной конструкции и связующие элементы. Чтобы повысить эффективность рессорного подвешивания, в него вводят резиновые элементы, гасящие небольшие толчки и колебания.

На современных электровозах применяют, как правило, индивидуальный привод. При этом различают два вида подвески тяговых электродвигателей — опорно-осевую и рамную.

При опорно-осевой подвеске одна сторона остова тягового электродвигателя опирается на ось колесной пары с помощью двух моторно-осевых подшипников, а другая подвешена к поперечной балке рамы тележки с помощью пружинного устройства. Передача тягового усилия осуществляется через зубчатое зацепление.

При рамной подвеске двигатель расположен над осью колесной пары и прикреплен к раме тележки.

Такая подвеска позволяет уменьшить динамические силы, действующие на тяговые двигатели, особенно при прохождении колесной пары через неровности пути, а также облегчает доступ ж двигателям для осмотра. В то же время при рамной подвеске усложняется передача тягового усилия от вала двигателя к колесной паре, так как необходимы специальные шарнирные или упругие элементы, компенсирующие перемещения колесной пары относительно рамы тележки.

В качестве тяговых электродвигателей на электровозах постоянного тока применяют в основном двигатели с последовательным возбуждением. Они рассчитаны на номинальное напряжение 1500 В.

Скорость движения электровоза постоянного тока можно регулировать изменением напряжения, подаваемого на тяговые двигатели, или соотношения тока якоря и тока возбуждения.

Напряжение варьируют включением последовательно с тяговыми электродвигателями резисторов и перегруппировкой тяговых электродвигателей. При перегруппировке двигателей их соединяют друг с другом последовательно, последовательно-параллельно или параллельно.

В последние годы выполнены работы по осуществлению импульсного регулирования напряжения с использованием управляемых полупроводниковых вентилей — тиристоров.

Основными аппаратами управления электровозом являются контроллеры машиниста, устанавливаемые в каждой кабине управления.

Контроллер непосредственно не связан с силовой цепью электровоза. Все переключения в силовой цепи осуществляются приборами, имеющими пневматические или электромагнитные приводы, связанные низковольтными электрическими цепями с контроллером.

Такая система позволяет управлять с одного поста несколькими локомотивами и исключает попадание высокого напряжения на аппараты управления. Включение и выключение вспомогательных машин, получающих питание от контактной сети, производится кнопками и тумблерами, установленными на панели в кабине машиниста.

Устройства защиты от перегрузок и коротких замыканий цепи тяговых электродвигателей представлены быстродействующим выключателем, дифференциальным реле и реле перегрузки.

Токоприемник соединяет силовую цепь электровоза с контактным проводом. Электровозы имеют по два токоприемника, при движении в нормальных условиях работает один из них. В некоторых случаях, например при разгоне с тяжелым составом или при гололеде, поднимают одновременно оба токоприемника.

К вспомогательным электрическим машинам электровоза относятся мотор-вентиляторы , мотор-компрессоры , мотор-генераторы и генераторы тока управления.

Мотор-вентилятор служит для воздушного охлаждения пусковых резисторов и тяговых электродвигателей, что способствует более полному использованию их мощности.

Мотор-компрессор питает тормозную систему поезда и пневматические устройства электровоза сжатым воздухом.

Мотор-генератор применяют на электровозах с рекуперативным торможением для питания обмоток возбуждения тяговых электродвигателей при их работе в режиме рекуперации.

Генератор тока управления предназначен для питания цепей управления, наружного и внутреннего освещения и заряда аккумуляторной батареи, являющейся резервным источником питания тех же цепей.

Вспомогательные машины электровоза приводятся в действие от контактной сети.

Трансформаторы выполняют с интенсивным циркуляционным масловоздушным охлаждением.

В качестве выпрямителей обычно применяют полупроводниковые (кремниевые) вентили — диоды (рис. 12.6, а), а в последнее время — также управляемые кремниевые вентили — тиристоры (рис. 12.6, б), которые позволяют отказаться от механических коммутирующих аппаратов.

Скорость электровоза переменного тока регулируют изменением напряжения, подводимого к тяговым электродвигателям, путем подключения их к различным выводам вторичной обмотки трансформатора или выводам автотрансформаторной обмотки. При таком способе регулирования отсутствует необходимость в использовании пусковых реостатов и перегруппировке двигателей. На электровозах переменного тока тяговые электродвигатели все время соединены друг с другом параллельно. Это улучшает тяговые свойства электровоза и упрощает электрические цепи.

Электровозы переменного тока помимо вспомогательного оборудования, применяемого на электровозах постоянного тока, оснащены мотор-насосами , обеспечивающими циркуляцию масла, которое охлаждает трансформатор, и мотор-вентилятором для охлаждения трансформатора и выпрямителя.

В качестве вспомогательных машин на электровозах переменного тока чаще всего применяют трехфазные асинхронные электродвигатели. Трехфазный ток получают из однофазного с помощью преобразователей, называемых расщепителями фаз.

Расположение оборудования в кузове электровоза переменного тока показано на рис. 12.7.

В ряде случаев целесообразно применение электровозов двойного питания, у которых возможно переключение электрического оборудования для работы на участках постоянного и переменного тока. Двойное питание предусмотрено на электровозах ВЛ82 и ВЛ82М.

Для пригородного и междугородного пассажирского сообщения на электрифицированных линиях используют электропоезда, состоящие из моторных и прицепных вагонов. В зависимости от пассажиропотоков поезда формируют из 4, 6, 8, 10 или 12 вагонов.

Механическая часть вагона состоит из кузова, тележек, сцепных приборов и тормозного оборудования. Сцепные приборы размещают на раме кузова. На моторных вагонах электропоездов обычно устанавливают по четыре тяговых электродвигателя с рамной подвеской. В отличие от электровозных тяговые электродвигатели моторных вагонов имеют вентилятор, расположенный на валу якоря.

Электрическое оборудование электропоездов в основном аналогично оборудованию электровозов. Чтобы увеличить площадь для перевозки пассажиров, его размещают под кузовом и частично на крыше вагона. Управляют электропоездом с помощью контроллера из кабины машиниста. Принцип управления тяговыми электродвигателями тот же, что и на электровозе, однако в электропоездах предусматривают устройство автоматического пуска, в котором специальное реле ускорения обеспечивает постепенное выключение пусковых резисторов или переключение выводов вторичной обмотки трансформатора одновременно с поддержанием заданного пускового тока.

В 1975 г. Рижским вагоностроительным заводом начат выпуск 14-вагонных электропоездов постоянного тока ЭР200 (рис. 12.8), имеющих конструкционную скорость 200 км/ч. Такие электропоезда, предназначенные для пассажирского сообщения на высокоскоростных железных дорогах, в настоящее время курсируют на линии Санкт-Петербург —Москва.

В последние годы в России проводится разработка нового электроподвижного состава, отвечающего современным требованиям.

С 1994 г. на ряде железных дорог, электрифицированных на постоянном токе, эксплуатируются пригородные поезда производства Демиховского (ЭД2Т) и Торжокского (ЭТ 2 ) вагоностроительных заводов, а с 1996 г. — электропоезда переменного тока ЭД9Т.

В 1997 г. на Демиховском вагоностроительном заводе начат выпуск электропоездов ЭД 4 и ЭД4М. На Тихвинском заводе Транс-маш построен первый электропоезд Сокол, рассчитанный на скорость до 250 км/ч. В 2003 г. завершено создание электропоезда нового поколения ЭМ 4 Спутник.

На Новочеркасском электровозостроительном заводе в 2000-х гг. начат выпуск новых электровозов серий ЗГИ, ЗП 2 , ЗП100 и ЗПЗОО.

Проводятся научно-исследовательские работы по созданию электропоездов нового поколения с применением асинхронных тяговых электродвигателей и импульсным регулированием скоростного движения.

Тепловозы

Локомотивы и транспортные сосуды (устройство, типы, характеристики)

На открытых работах применяются основные типы локомотивов: тепловозы, электровозы и тяговые агрегаты. Которые вместе с различными типами ва­гонов составляют, как мы уже знаем, один из основных элементов железнодо­рожного транспорта —подвижный состав.

На железорудных карьерах Украины наиболее широко используется теп­ловозная тяга, которая составляет около 80% от общего объём перевозок. Из общего количества локомотивов(около 460 шт.) на карьерах используется: около 80 шт. — электровозов ( 17%); около 35 шт. — тяговых агрегатов ( 8 %); около

345 шт. — тепловозов различных (75%), при этом в работе находится 65 % общего количества тепловозов.

Особенности работы железнодорожного транспорта в карьерах обуславливают ряд требований, предъявляемых к характеристикам локомотивов: способность преодолевать затяжные подъёмы пути без значительного снижения скорости; проходить кривые участки пути радиусом до 100 м; возможно меньшая зависимость от источника энергии; постоянная готовность к работе в различных климатических условиях; высокая экономичность.

Тепловоз— это локомотив с двигателем внутреннего сгорания, энергия от которого передается на движущие колесные пары через электрическую, гидромеханическую или механическую передачу. По роду работ разделяются на магистральные и маневровые, по количеству секций — одно- и двухсекционные.

На открытых работах наибольшее распространение получили тепловозы с электрической передачей. На некоторых предприятиях (для выполнения хозяйст­венных и вспомогательных работ) используются тепловозы с гидромеханической передачей,очень редко с механической. По своим характеристикам, определяющим технико-экономические пока­затели, тепловозы обладают следующими преимуществами по сравнению с электровозной тягой: к.п.д. тепловозов выше (24. 26%) по сравнению с электровозами (16. 18%); значительная автономность тепловозов, не требующих контактной сети для подвода электроэнергии по сравнению с электровозами; высокая приспособленность к переменному режиму работы в условиях карьера — по гибкости регулирования силы тяги тепловозов с электрической пе­редачей в сравнении с электровозами; тепловозная тяга требует меньших капитальных (контактная сеть, тяговые подстанции, тяговая сеть) и эксплуатационных затрат (перенос и ремонт тяго­вой сети, затраты на зарплату ремонтных рабочих, расход энергии и др.).

Существующие конструкции имеют органический недостаток, ограничи­вающий их применение на глубоких карьерах, заключающийся в низкой удельной мощности тепловозов на ободе колеса — до 10 кВт/т. Это приводит к тому, что на руководящем уклоне скорость движения тепловозов резко снижается и, соответственно, ограничивается пропускная способность транспортных линий.

Основными частями тепловоза являются: механическая часть; двигатель внутреннего сгорания; тяговая передача; пневматическое и вспомогательное оборудование.

Механическая часть каждой секции тепловоза состоит из: кузова; ходовых тележек; и буферно — тяговых устройств. В кузове, которым закрывается каждая секция тепловоза, размещаются кабины управления, электрическое, пневматическое и вспомогательное оборудо­вание. Рама кузова опирается на двухосные или трехосные поворотные тележки, что облегчает прохождение тепловозом кривых. В крайних частях секции находятся кабины машиниста с пультом управления. В средней части секции на главной раме расположена дизель-генераторная установка, состоящая из дизеля. и главного генератора. Электрооборудование (основная часть) расположено в высоковольтной камере. Кроме того, в кузове располагается вспомогательное оборудование, к которому относятся топливная, масляная, водяная и воздушная системы, вентиляторы холодильника и тяговых двигателей, воздухоочистители и другое оборудование.

Кузов устанавливается на поворотные тележки жестко или с помощью центральной и боковой опор. Центральная опора воспринимает основную часть веса кузова, а боковые подпружиненные опоры демпфируют колебания кузова в вертикальной и поперечной плоскостях.

Ходовые тележки состоят из рамы, рессорного подвешивания, букс, колесных пар, тяговой передачи, тормозов и песочной системы (Рис.2.4.).

Рис.2.4. Схема ходовой тележки: 1-литые боковины; 2-буксы; 3-рессоры (спиральные пружины); 4- надрессорная балка

Рама тележки воспринимает тяговые и тормозные усилия и передает их на буферно — сцепное устройство (при сочлененных тележках — рис. 2.5.,2.6.,2.7.а) или раме кузова (при не сочлененных тележках — рис. 2.7.б).

Рис.2.5. Трехсекционный кузов: сочлененные тележки, жесткое крепление кузова к

Рис.2.6. Двухсекционный кузов: сочлененные тележки, крепление кузова на

поворотные тележки опорами

Рис.2.7. Односекционный кузов: крепление кузова на поворотные тележки опорами

а — сочлененные тележки; б — несочлененные тележки

Рессорное подвешивание тележек балансирное или индивидуальное (листовые рессоры, комбинация с пружинными). Буксы оборудуются подшипниками качения или скольжения. На каждой оси осуществляется опорно-осевая подвеска тяговых двигателей и установка колодочных тормозов с ручным и пневматическим приводом.

Буферно-тяговое устройство предназначено для соединения тепловоза с составом, передачи ему тягового усилия и поглощения ударов. Соединение с со­ставом и передача тягового усилия осуществляется автосцепкой, поглощение ударов осуществляется пружинными буферами.

Двигатель внутреннего сгорания. На тепловозах устанавливают 2-тактные или 4-тактные двигатели внутреннего сгорания, которые по конструктив­ным признакам относятся к безкомпрессорным дизелям с внутренним смесеоб­разованием, самовоспламенением, струйным распределением топлива и водя­ным охлаждением. В период трогания двигатель внутреннего сгорания должен иметь наибольший вращающийся момент, пропорциональный наибольшей скорости вращения. Поэтому, при запуске двигатель отсоединяют от колесных пар, разгоня­ют вхолостую, а затем вращение плавно передается на оси различным способом в зависимости от типа передачи (разгон тяговых электродвигателей электриче­скими способами, гидромуфтой или механическим сцеплением). Между двигателем и ведущими осями тепловоза имеется тяговая передача, которая обеспечивает изменение силы тяги и скорости движения.

Тяговая передача. На тепловозах применяют три вида передачи тягового усилия: электрическую, гидромеханическую и механическую. Электрическая передача заключается в том, что двигатель внутреннего сгорания вращает ротор генератора по­стоянного или переменного тока, который питает электроэнергией тяговые элек­тродвигатели и вспомогательные установки. Применяется при мощности 750. 1500 кВт. Гидромеханическая передача представляет собой соединение гидропередачи (гидромуфты и гидротрансформаторы) с механической (зубча­той) и позволяет передавать большую мощность, чем гидравлическая (применя­ется при мощности до 750 кВт). Механическая передача заключается в передаче вращения от двигателя к движущимся осям также, как у автомобилей через коробку передач и сцепле­ние. Такая система используется при мощности не более 220 кВт.

Пневматическое и вспомогательное оборудование.

Пневматическое оборудование тепловоза состоит из следующих систем: тормозной, служащей для пневматического торможения тепловоза и со­става; управления, обеспечивающей сжатым воздухом приборы управления с пневматическим приводом; вспомогательной, обслуживающей сигнализацию, сеть пескоподачи и разгрузки думпкаров. Пневматическая система торможения состоит из двух-трех компрессоров, включение которых производится автоматически в зависимости от давления воздуха в магистрали (включение —750 кПа, выключение —950 кПа), тормозной магистрали и прямодействующих (на тепловозе) и автоматических (на вагоне) тормозов. С помощью крана производится торможение и зарядка тормозной ма­гистрали, к которой воздух подводится от главных резервуаров и распределяется по всем воздухораспределителям и запасным резервуарам. Пневматическая система цепей управления снабжает сжатым воздухом аппараты цепей управления тепловоза (контакторы, реверсоры, регуляторы) и приводы токоприемников. Пневматическая вспомогательная система служит для обеспечения воздухом песочниц, сигнальных устройств и механизмов опрокидывания думпкаров.

Вспомогательное оборудование тепловоза состоит из следующих систем и оборудования:

топливной системы, обеспечивающей питание дизеля топливом (бак для топлива; насосы, подающие топливо к двигателю, форсунки, осуществляющие распыление топлива в цилиндрах дизеля); масляной системы для смазки трущихся деталей дизеля и отвода тепла от них; на тепловозах с гидромеханической передачей масло используется как рабочая жидкость в системе передачи (гидротрансформаторы, гидромуфты); в масляную систему включаются холодильники для отвода тепла; система водяного охлаждения для интенсивного охлаждения воздуха, ко­торый перегоняется специальными вентиляторами и выбрасывается в окружаю­щую среду через крышу тепловоза; состоит из насосов, фильтров и секций хо­лодильника.

Типы и характеристики тепловозов. На открытых горных работах применяются магистральные и маневровые тепловозы с электрической, гидромеханической и механической тягой следую­щих типов:магистральные ТЭ-3, 2ТЭ-10М2;маневровые с электрической передачей ТЭМ-1, ТЭМ-2, ТЭМ-3, ТЭМ-7;маневровые с гидромеханической передачей ТГМ-3, ТГМ и другие их модификации.Обозначение:Т – тепловоз; Э — электрическая тяга; Г — гидромеханическая тяга; М — маневровый.Первая цифра перед буквенным обозначением — число секций; если сек­ция одна цифра не ставится.Цифра после буквенного обозначения — номер серии.Основные технические характеристики тепловозов представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1. Технические характеристики тепловозов

Следует отметить одну характерную особенность тепловозов по реализации мощности дизельного двигателя: мощность, реализуемая для тяги на ободе движущихся колес, составляет 75…80% мощности дизеля, остальные 25…20% расходуются на вспомогательные операции – охлаждение, вентиляция, вспомогательные машины и другие.

Условия рационального применения тепловозов:магистральные тепловозы с электрической передачей тяги получили распространение при больших объёмах перевозок и длине транспортирования с тяжелым профилем пути (большой и длинный подъём);маневровые тепловозы с гидромеханической передачей тяги получили распространение на маневровых работах;маневровые тепловозы с механической передачей применяются в основном на маломощных карьерах небольшой глубины с узкой колеей.

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

Вспомогательные машины тепловозов переменного тока

Электрические машины обладают уникальным свойством обратимости, т.е. при некоторых условиях они могут работать как электродвигатель, а при других как генератор электрической энергии. Обладают этим свойством и тяговые двигатели электровозов и тепловозов.

Применение электродинамического торможения (ЭДТ)

Электродинамическое торможение – это режим когда кинетическая энергия поезда преобразуется в электрическую и далее передается другим потребителям при рекуперативном торможении или гасится на тормозных резисторах при реостатном торможении.

Рекуперативное торможение возможно только на электровозах, при этом генерируемая энергия возвращается в контактную сеть, где может быть потреблена другими электровозами следующими в тяговом режиме, а при отсутствии таковых возвращена в электрическую сеть энергосистемы страны. Существуют локомотивы с функцией рекуперативного торможения, как для постоянного тока, так и для переменного. Реостатное торможение применяется в основном на тепловозах, а также на некоторых сериях электровозов (ВЛ-80т, ЧС-4т). При данном виде торможения электрическая энергия, вырабатываемая тяговыми электродвигателями, расходуется на специальных тормозных резисторах, где она преобразуется в тепловую энергию.

Необходимость применения электродинамического торможения

Применение электродинамического торможения целесообразно с многих точек зрения. Его применение позволяет повысить безопасность движения поездов – поскольку при применении ЭДТ пневматические тормоза не задействованы, то тормозная система поезда всегда готова к применению. В связи с этим отсутствует опасность следования на запрещающий сигнал светофора с истощённой, незаряженной тормозной магистралью.

Применение электродинамического торможения позволяет повысить скорость движения. Так, при использовании пневматического торможения скорость движения сначала возрастает до максимальной, а затем при торможении ее необходимо существенно снизить, чтобы успеть зарядить тормозную систему до повторного возрастания скорости до максимальной. Таким образом, средняя скорость движения будет существенно ниже допустимой скорости движения по данному участку, особенно на участках с большими уклонами. При электродинамическом торможении можно следовать при скорости максимально приближенной к допустимой длительное время. Также необходимо отметить возможность выхода со спуска на площадку или на подъем с максимально допустимой скоростью. Применяя пневматические тормоза такого добиться более затруднительно. Кроме того применение рекуперативного торможения может существенно уменьшить расход электрической энергии затраченной на проведение поезда по участку. Особенно существенное снижение происходит на участках с горным профилем, на котором существуют «вредные спуски».

Порядок применения рекуперативного торможения

При приемке локомотива необходимо убедиться в исправности электрической схемы рекуперативного торможения. Проверяется работа возбудителей, плавность нарастания тока возбуждения при увеличении позиций. Работу электроблокировочного клапана и клапана замещения . Электроблокировочный клапан препятствует наполнению тормозных цилиндров локомотива от воздухораспределителя при собранной схеме рекуперации. Это необходимо для предупреждения юза колесных пар, поскольку при рекуперативном торможении создается большая тормозная сила и если к ней добавить тормозную силу тормозных колодок, то суммарно они могут стать больше чем сила сцепления колеса с рельсом. Электроблокировочный клапан, как правило, дополняется еще одним пневмоэлектрическим датчиком, контролирующим давление в ТЦ создаваемое краном вспомогательного тормоза. Поскольку исключить действие вспомогательного тормоза локомотива в режиме рекуперативного торможения невозможно, то для предупреждения юза колесных пар давление в ТЦ ограничивается на уровне 1,2-1,5 Атм. При превышении данного значения происходит автоматический разбор схемы рекуперативного торможения. Клапан замещения играет роль защиты для предупреждения от разрыва поезда в случае внезапного отключения схемы рекуперации. Поскольку при рекуперативном торможении вся тормозная сила сосредоточена на локомотиве и наибольшее ее значение приложено между локомотивом и первым вагоном, то демпферные устройства первых вагонов имеют наибольшее сжатие. В случае если происходит внезапное отключение рекуперативного торможения, то сжатые пружины резко разжимаются и при этом локомотив получает значительное ускорение. С учетом его значительной массы данный рывок может привести к обрыву автосцепки. Для исключения данных случаев на электровозах устанавливается клапан замещения – при срыве рекуперации он автоматически, без участия машиниста, производит наполнение тормозных цилиндров до давления 1,5 2 Атм. После разбора схемы рекуперативного торможения, действие данного клапана прекращается.

При следовании по участку необходимо заранее определить места, на которых будет применяться рекуперативное торможение и скорость его применения. Скорость следования в режиме ЭДТ в любом случае должна быть на 5-10 км/час ниже допустимой. Это требование необходимо из условий безопасности движения. Так, при срыве рекуперативного торможения, машинисту необходимо некоторое время для разбора схемы рекуперации и применения автотормозов поезда. Поскольку действие автотормозов происходит с задержкой, то за это время скорость может значительно увеличиться и превысить разрешенную.

При следовании по спуску сбор схемы рекуперации необходимо начинать на 5-10 км/час ниже, чем необходимо для длительного следования. Для этого сначала необходимо сжать головную часть поезда, для чего производят наполнение тормозных цилиндров до давления 0,5-1,0 Атм краном вспомогательного тормоза. Производится запуск мотор-генераторов (возбудителей), селективной рукояткой устанавливается соединение тяговых двигателей соответствующее планируемой скорости движения. Постепенно увеличивая ток возбуждения ТЭД, контролируют появление тормозного тока. После появления тормозного тока необходимо выдержать несколько секунд для более полного сжатия состава, после чего отпустив тормоза локомотива увеличивать тормозную силу увеличением тока рекуперации. Недопускается быстро увеличивать тормозную силу, поскольку это может привести к набеганию хвостовой части поезда и возникновению значительных продольно-динамических реакций. Если скорость ниже необходимой, то силу тока устанавливают несколько меньшей, чем необходимо для установившегося движения. По мере роста скорости ток ТЭД, а следовательно, и тормозная сила, будет возрастать что впоследствии приведет к стабилизации скорости. При дальнейшем движении по спуску необходимо контролировать изменения напряжения контактной сети и при необходимости производить корректировку тормозного тока. При наличии на спуске участков различной крутизны необходимо корректировать тормозной ток для поддержания стабильной скорости. Так при наличии впереди более пологого участка необходимо снижать тормозную силу, а после его проследования и выхода вновь на более крутой спуск ее увеличить. Изменения должны происходить плавно с выдержкой по несколько секунд на каждой позиции. Если пологий участок достаточно длинный, то допускается заблаговременное снижение тормозного тока. Это позволит увеличить скорость перед пологим участком и не допустить значительного замедления на нем.

При необходимости прекращения рекуперативного торможения тормозной ток плавно уменьшается, это позволяет демпферным устройствам головных вагонов «разжаться». После снижения тока якоря до 50-150 А, производят наполнение тормозных цилиндров краном вспомогательного тормоза до давления 0,8-1,0 Атм, после чего производят отключение рекуперативного торможения. После того как действие рекуперативного торможения прекратилось, увеличивают давление в ТЦ до 1,5-2,0 Атм и после выдержки 10-15 сек плавно, ступенями, производят отпуск вспомогательного тормоза. Выключают мотор-генератор, в случае если далее будет необходим тяговый режим, то производят соответствующие переключения, если же планируется вновь применять рекуперативный режим, то переключения можно не производить. Выключение режима ЭДТ лучше производить с таким расчетом, чтобы в конце спуска и переходе на подъем или площадку поезд развил максимально-допустимую скорость. Данный метод позволяет значительную часть подъема проследовать на выбеге или с уменьшенными токами, что позволит уменьшить расход электроэнергии и защитить ТЭД от перегрева.

Достоинства и недостатки видов ЭДТ

Для всех видов ЭДТ недостатком является то, что при следовании по спуску тяговые электродвигатели находятся в работе, в связи с чем их температура не снижается, либо снижается медленно, а при следовании с током выше часового – повышается. Поэтому, если за спуском расположен подъем, то на нем может произойти перегрев ТЭД. Возникновение данной ситуации конечно маловероятно, но, тем не менее, при вождении тяжелых поездов на затяжных подъемах и спусках необходимо учитывать данное обстоятельство. Еще одним недостатком является то, что при ЭДТ под воздействием реакции якоря существенно изменяется местоположение физической нейтрали. В данном случае коммутация в коллекторно-щеточном узле происходит в точке с ненулевым потенциалом, что ведет к увеличению искрения, опасности возникновения кругового огня по коллектору, повышенному износу щеток и коллектора. В современных двигателях устанавливаются компенсационные обмотки, которые несколько уменьшают данный недостаток.

Реостатное торможение

К достоинствам реостатного торможения можно отнести относительно простую схему, тормозные характеристики не зависят от внешних факторов (колебания напряжения контактной сети). На электровозах переменного тока не требуется сложное преобразование постоянного тока в переменный. Применение реостатного торможения возможно практически до полной остановки поезда.

К недостаткам данного вида можно отнести ограниченную мощность, которая определяется мощностью рассеивания тормозных резисторов, а также необходимость применения охлаждающих вентиляторов для них.

Рекуперативное торможение

Одним из основных достоинств рекуперативного торможения является возврат электрической энергии и снижение ее общего расхода на тягу поездов. Второе – это то, что рекуперативное торможение является более мощным по сравнению с реостатным, в данном случае она ограничена мощностью тяговых двигателей и наличием потребителей. К достоинствам также можно отнести автоматические тормозные характеристики. При правильно выбранном соединении и позиции происходит автоматическое поддержание выбранной скорости (относительно небольшие изменения) при изменениях профиля пути. Так, если по каким-то причинам произошло снижение скорости, то в ответ на это уменьшается ток рекуперации и как следствие – замедляющие усилие. Тем самым скорость прекращает снижаться и стабилизируется на новом уровне. При росте скорости ток рекуперации наоборот возрастает, а вместе с ним и замедляющее усилие, что также приводит к ее стабилизации.

К недостаткам рекуперативного торможения можно отнести более сложную схему работы ТЭД, зависимость тормозных характеристик от напряжения в контактной сети. От нее также зависит и отдаваемая мощность в рекуперативном режиме, и даже сама возможность его применения. Поскольку для возникновения эффекта рекуперации необходимо превышение напряжения вырабатываемого ТЭД над напряжением в контактной сети, то при повышенном напряжении в ней применение рекуперативного торможения становится невозможным. Также к недостаткам можно отнести невозможность применения рекуперативного торможения при малых скоростях движения, поскольку даже последовательно соединенные ТЭД не вырабатывают достаточного напряжения для возникновения рекуперативного эффекта. Необходимо также отметить тот фактор, когда при значительном изменении напряжения контактной сети изменяется ток рекуперации и соответственно тормозная сила электровоза. При возникновении таких ситуаций машинисту необходимо самому корректировать ток рекуперации. В 80-е годы ХХ века производились работы по улучшению работы схемы рекуперативного торможения. Так на электровозах ВЛ-11 впервые была применена система автоматического управления рекуперативным торможением (САУРТ). Данная система производила стабилизацию якорного тока ТЭД независимо от изменения напряжения в контактной сети или скорости движения. Однако в данном виде пропадал эффект автоматических тормозных характеристик. Так, например, при снижении скорости снижалось напряжение, вырабатываемое ТЭД, и как следствие снижение якорного тока. Система САУРТ для поддержания тока якоря на заданном уровне производила повышение тока возбуждения, таким образом, при снижении скорости ток якоря оставался постоянным, а ток возбуждения возрастал, что приводило к усилению замедляющей силы и к еще большему снижению скорости. С данной системой отпала необходимость контролировать ток рекуперации при колебаниях напряжения в контактной сети, но появилась необходимость контролировать скорость движения и при необходимости корректировать ток якоря. Тем не менее, несмотря на имеющиеся недостатки, применение рекуперативного торможения наиболее желательно.

ЭДТ на современных локомотивах

Современные локомотивы оборудуются микропроцессорными системами управления локомотива, которые позволяют в значительной степени улучшить работу электродинамического торможения. В этих системах могут быть реализованы функции автоматического поддержания заданной скорости или тормозного усилия, производится стабилизация замедляющей силы при изменениях напряжения в контактной сети. На новых локомотивах реализованы оба вида торможения. Так, в основном диапазоне скоростей применяется рекуперативное торможение, а на малой скорости происходит автоматический переход на реостатное торможение и диапазон его применения распространяется практически до остановки. Возможно подключение тормозных реостатов и в рекуперативном режиме. Оно производится, когда напряжение в контактной сети приближается к максимально-допустимому и при этом требуется усиление замедляющей силы. В данной ситуации тормозные сопротивления потребляют часть мощности вырабатываемой электровозом, позволяя тем самым сохранить или усилить замедляющий эффект. Кроме того на современных локомотивах отсутствует электромашинный преобразователь необходимый для возбуждения тяговых электродвигателей. Этот громоздкий и металлоемкий агрегат, со сложными схемами возбуждения заменили полупроводниковые преобразователи. Они гораздо эффективнее регулируют ток возбуждения, обладают высоким быстродействием и не требуют большого обслуживания.

Тепловоз

Тепловозы обслуживают более половины магистральных железных дорог России и основную часть всей маневровой работы на станциях. Огромное значение тепловозной тяги для наших железных дорог очевидно.

В 1924 г. в Ленинграде был построен первый отечественный магистральный тепловоз, проект которого был разработан советскими специалистами под руководством профессора Я.М. Гаккеля. Первые отечественные тепловозы ходили сначала на линии Москва — Курск, а затем были переданы на Ашхабадскую железную дорогу, ведь они почти не нуждались в воде по сравнению с паровозом.

По устройству экипажной части различают тепловозы с жесткой рамой и тележечного типа, у первых все движущие оси расположены в жесткой раме. В настоящее время строятся тепловозы преимущественно тележечного типа. Например, ТЭЗ с осевой формулой 2(30- 30) (см. рис. 20.1).

По роду службы тепловозы подразделяются на грузовые, пассажирские и маневровые, а по конструкции — на одно-, двух- и многосекционные. Магистральные односекционные тепловозы для управления имеют две кабины машиниста; двухсекционные — по одной кабине в каждой секции. У многосекционных тепловозов в промежуточных секциях нет кабин и управление осуществляется из кабин головной секции.

В 1969—1975 гг. промышленность освоила выпуск высокоэкономичных четырехтактных дизелей мощностного ряда от 800 до 6000 л.с., послуживших основой для разработки тепловозов нового поколения 2ТЭ116, ТЭП70, ТЭМ7, 2ТЭ121, ТЭП75, ТЭП80 и др.

Принципиальное устройство тепловоза

Все оборудование тепловоза можно разделить на механическое и электрическое.

К механическому оборудованию относятся; первичный двигатель, экипажная часть и вспомогательное оборудование.

Первичным двигателем на тепловозе является дизель. Чтобы привести во вращение колесные пары тепловоза от вала дизеля, требуется специальная передача. Если вал дизеля непосредственно соединить с движущими осями тепловоза, его двигатель нельзя будет запустить под нагрузкой и трогание такого локомотива будет затруднено. Кроме того, частота вращения вала дизеля, а следовательно, и его мощность пропорциональны скорости движения тепловоза, поэтому полная мощность дизеля может быть получена лишь при максимальной скорости.

Передача позволяет обеспечить трогание тепловоза с места и реализацию полезной мощности дизеля во всем диапазоне скорости движения локомотива. Передача может быть электрической, механической или гидравлической.

К вспомогательному оборудованию относятся: топливная система, системы смазки и охлаждения и др.

К экипажной части тепловоза относятся: кузов с кабиной машиниста и дизельным помещением, тележки с колесными парами и рессорным подвешиванием и ударно-тяговые устройства.

Тележки тепловоза имеют раму. Наибольшее распространение имеют трехосные тележки с опорно-осевым подвешиванием тяговых электродвигателей. Колесные пары тепловозов по конструкции отличаются от электровозных тем, что имеют одностороннюю передачу тягового усилия с зубчатым колесом (см. рис. 20.2). Кузов, где размещено силовое, электрическое и вспомогательное оборудование тепловоза, опирается на главную раму с подвешенным под ней топливным баком, из которого насосами топливо подается к дизелю. Запас топлива одной секции составляет около 6000 кг, этого достаточно на 1000—1200 км.

Пневматическое оборудование тепловоза состоит из компрессора, вырабатывающего сжатый воздух для тормозной магистрали и воздушной системы обслуживания управления песочницей, свистком и тифоном.

Электрическое оборудование тепловоза с электрической передачей состоит из тягового генератора, вспомогательных электрических машин, аккумуляторной батареи, тяговых двигателей, аппаратуры управления, контроллера машиниста, реверсора, силовых и вспомогательных цепей, а также цепей управления.

Тяговый электродвигатель предназначен для приведения в движение колесных пар с помощью зубчатой передачи. Контроллер, установленный в кабине машиниста, предназначен для управления тепловозом. Переводя рукоятку контроллера на различные позиции, машинист регулирует скорость движения.

Контроллер машиниста имеет главную и реверсивную рукоятки. Главная рукоятка может иметь до 16 ходовых позиций. Реверсивная рукоятка необходима для переключения обмоток возбуждения тяговых двигателей с целью изменения направления движения. Она имеет три положения: «Вперед», «Нулевое» и «Назад». Если реверсивную рукоятку снять, то тепловоз нельзя привести в движение. В настоящее время действует электронная программа «Автомашинист», которая без вмешательства машиниста осуществляет пуск, разгон, ведение и остановку поезда, и только в случае необходимости машинист берет управление на себя.

Особенности устройства тепловоза с электрической, гидравлической и механической передачей

Электрическая передача тепловоза является наиболее распространенной и на магистральных, и на маневровых тепловозах. Применяются два типа передачи — — постоянного тока и постоянно-переменного.

Передача постоянного шока распространена шире. Принцип ее действия таков: коленчатый вал дизеля вращает якорь тягового генератора, преобразуя механическую энергию в электрическую, генератор вырабатывает постоянный ток, который поступает в тяговые электродвигатели, передающие вращение колесным парам. При этом электрическая энергия от тягового генератора вновь преобразуется в механическую (см. рис. 20.3). Такую передачу имеют тепловозы: грузовые — ТЭЗ, М62, 2ТЭ10Л, 2ТЭ10В; пассажирские — ТЭП10, ТЭП60; маневровые — ТЭМ1, ТЭМ2.

Передача переменно-постоянного тока применяется на тепловозах большой мощности, в которых используются синхронные тяговые генераторы переменного тока и тяговые электродвигатели постоянного тока. Такая передача получила распространение на грузовых тепловозах — 2ТЭ116, 2ТЭ121 и пассажирских — ТЭП70, ТЭП75.

На всех отечественных тепловозах применяется электрический пуск дизеля от аккумуляторной батареи.

Гидравлическая передача при помощи центробежного насоса (3) и гидротурбины (7) преобразует и через рабочую жидкость (минеральное масло) передает вращающий момент коленчатого вала двигателя на движущие колеса экипажа. Схема унифицированной гидродинамической передачи приведена на рис. 20.4.

Наибольшее распространение такая передача получила на маневровых тепловозах и дизель-поездах.

Механическая передача представляет собой коробку скоростей, аналогичную автомобильной. Вал дизеля соединен с валом механической передачи, фрикционными муфтами, позволяющими отключать и включать двигатель. Такая передача имеет много недостатков и на магистральных и маневровых локомотивах не получила распространения.