«ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ Утверждено Департаментом кадров и учебных заведений МПС России в качестве учебника для студентов техникумов и колледжей железнодорожного транспорта Москва 2003 1 УДК ...»

Коэффициент полезного действия локомотива, характеризующий степень использования тепла сгорания топлива для получения полезной работы, тем выше, чем совершеннее первичная энергетическая установка. Энергия, потребляемая неавтономными локомотивами, вырабатывается на электростанциях.

Коэффициент полезного действия электротяги при питании от тепловых электростанций составляет 25—26 %. При этом тепловые электростанции работают, как правило, на дешевых видах топлива (бурый уголь, торф). Если учесть долю гидроэлектростанций в электроснабжении электрических железных дорог, то КПД электротяги повышается до 32 %.

Автономные локомотивы в зависимости от типа теплового двигателя и степени его использования имеют КПД, достигающий у тепловозов 29—31 %, а у паровозов — 5—7 %. За счет улучшения использования и повышения экономичности дизеля КПД тепловоза может быть несколько повышен.

Тяговые электродвигатели у электровозов позволяют при движении на расчетных подъемах работать на режимах с нагрузками, превышающими номинальные, если при этом перегрев обмоток электродвигателей не превышает допустимых пределов. У моторных вагонов электродвигатели обычно работают с токами больше номинальных во время пуска (разгона) поезда.

Электровозы могут при торможении возвращать в тяговую сеть часть энергии движения поезда (рекуперативное торможение). Эксплуатационные затраты на техническое обслуживание и текущий ремонт электровозов ниже, чем при автономных локомотивах. Провозная способность электрифицированных линий значительно превышает провозную способность неэлектрифицированных железных дорог. Электровозы имеют значительно больший срок службы, ремонт их проще, чем тепловозов.

Вместе с тем введение электрической тяги требует больших капиталовложений (устройство контактной сети, линий электропередачи, тяговых подстанций). Однако они быстро окупаются на железных дорогах с большой интенсивностью движения. Поэтому в нашей стране электрическая тяга нашла широкое применение на наиболее грузонапряженных и тяжелых по профилю линиях, а также в пригородном пассажирском движении.

11.2. Классификация тягового подвижного состава По роду выполняемой работы локомотивы подразделяются на магистральные и маневровые. Магистральные локомотивы бывают грузовые, пассажирские и грузопассажирские. Пассажирские локомотивы, предназначенные для вождения пассажирских поездов, развивают высокую скорость при сравнительно небольшой силе тяги.

Грузовые локомотивы развивают значительную силу тяги, имеют наибольшую допустимую нагрузку от оси на путь, скорость их меньше, чем у пассажирских. Грузопассажирские локомотивы могут работать в двух режимах: грузовом и пассажирском. Маневровые локомотивы работают главным образом на малых скоростях и с большой силой тяги. Их используют на станциях, пунктах погрузки и выгрузки, а также на подъездных путях.

Моторвагонный подвижной состав, применяемый на электрифицированных линиях, состоит из электровагонов, включаемых в электропоезда; на неэлектрифицированных линиях применяют дизель-поезда. В отличие от локомотивов моторные вагоны служат не только для тяги поезда, а используются и для перевозки пассажиров.

Сила тяги, которая вызывает перемещение поезда, появляется в результате взаимодействия колес локомотива или моторного вагона с рельсами при передаче вращающего момента от двигателя к колесным парам.

Применение на электровозах и тепловозах тяговых электродвигателей дает возможность использовать как индивидуальный, так и групповой привод. При индивидуальном приводе каждая движущаяся колесная пара соединена со своим тяговым двигателем зубчатой передачей. При групповом приводе движущиеся колесные пары, размещенные в одной жесткой раме, соединяются между собой промежуточными зубчатыми колесами.

Масса кузова у таких локомотивов (электровозов, тепловозов, газотурбовозов) передается через опоры, а иногда и промежуточное (вторичное) рессорное подвешивание, рамы тележек, первичное рессорное подвешивание и буксы на движущиеся колесные пары. Если число колесных пар не превышает шести, локомотив обычно выполняют с одним кузовом. Такой локомотив называется односекционным.

При большем числе колесных пар кузов локомотива оказывается слишком длинным и тяжелым, что сильно усложняет его конструкцию и затрудняет прохождение кривых. Поэтому такие локомотивы обычно выполняют не с одним, а с двумя и даже тремя самостоятельными кузовами (секциями), соединенными между собой автосцепками или специальными шарнирными соединениями. Такие локомотивы называют двух- или трехсекционными. Построены опытные образцы четырехсекционных тепловозов. В некоторых случаях оборудование секционных локомотивов позволяет каждой его секции самостоятельно водить поезда.

Расположение колесных пар в экипаже, род привода от тяговых электродвигателей к колесным парам и способ передачи тягового усилия принято выражать осевой характеристикой, в которой цифрами показывается число колесных пар. В осевой характеристике знак «–» означает, что тележки несочлененные — не связаны шарнирно и тяговое усилие от движущих колесных пар к автосцепке локомотива передается через рамы тележки. Знак «+» указывает, что тележки сочлененные — соединены между собой и сила тяги передается через раму кузова.

Если движущие колесные пары имеют индивидуальный привод, то к цифре, показывающей число осей, добавляется индекс 0. Так, электровоз с осевой характеристикой 30 + 30 представляет собой локомотив с двумя сочлененными трехосными тележками и с индивидуальным приводом движущихся колесных пар. Тепловоз с осевой характеристикой 2(30 – 30) — двухсекционный локомотив, каждая секция которого имеет две трехосные несочлененные тележки с индивидуальным приводом движущихся колесных пар и может работать самостоятельно. Если же секции не могут работать самостоятельно, то осевая характеристика в данном случае имела бы вид 30 – 30 – 30 – 30.

Серии тепловозов с электрической передачей имеют буквенное обозначение ТЭ, а с гидравлической — ТГ. Кроме того, в буквенное обозначение серий включают знак рода службы локомотива: П — пассажирский, М — маневровый. Так, тепловоз ТЭП10 представляет собой пассажирский локомотив с электрической передачей. Цифра после букв соответствует нумерации выпуска, например, тепловозам постройки ПО «Коломенский завод» присваивают от 50 до 99.

На железных дорогах широко применяют, особенно при тяжелых поездах, кратную тягу, т.е. совместную работу нескольких локомотивов. В связи с этим многие электровозы и тепловозы имеют оборудование, позволяющее им работать по системе нескольких (многих) единиц, что дает возможность с помощью электрических цепей управлять всеми секциями локомотива или локомотивов из одной кабины машиниста; достигается точно согласованная работа локомотивов и отпадает необходимость иметь на каждом из них полный состав локомотивных бригад. Особенно широко управление по системе многих единиц используют на электропоездах и дизель-поездах. Здесь поезд составляют из нескольких постоянных по составу поездных единиц — секций.

Каждая секция включает в себя один моторный вагон и несколько (обычно один или два) прицепных (немоторных вагонов). Управляют таким поездом из одной кабины, расположенной в головном вагоне.

На железных дорогах страны эксплуатируются электровозы около 20 серий и модификаций. Одним из самых мощных является двухсекционный (восьмиосный) электровоз переменного тока ВЛ80р с плавным (бесступенчатым) регулированием скорости и рекуперативным торможением, что дает возможность быстро и удобно изменять режим движения, полнее использовать инерцию поезда, особенно на участках с горным и перевальным профилем и сократить расход энергии.

По аналогичному принципу построен еще более мощный 12-осный электровоз на тиристорах ВЛ85 с рекуперативным торможением, предназначенный для работы на магистралях, электрифицированных по системе однофазного тока напряжением 25 кВ. Электровоз состоит из двух шестиосных секций, кузов каждой из них подвешен на трех двухосных тележках. Электровоз может водить поезда массой 6000 т и более. Для вождения еще более тяжелых поездов и для работы на участках с трудным профилем предусмотрена возможность работы двух электровозов при управлении одним машинистом из кабины любой секции. На электровозе автоматическое управление режимом движения. Он выпускается в двух исполнениях:

для умеренного климата и для условий БАМа. Мощность локомотива 10000 кВт, конструкционная скорость 110 км/ч.

В числе новых локомотивов — грузовой электровоз ВЛ15, предназначенный для вождения тяжеловесных поездов на магистральных участках с напряжением 3000 В постоянного тока. Мощность локомотива 9000 кВт, конструкционная скорость 100 км/ч.

На железнодорожной сети РФ эксплуатируются тепловозы 25 серий и модификаций. В их числе современный тепловоз 2ТЭ121 мощностью 5884 кВт с электрической передачей переменно-постоянного тока, в которой применяется бесколлекторный многофазный синхронный генератор, обладающий надежностью и высокой мощностью.

Создан тепловоз 4ТЭ10С повышенной мощности для эксплуатации в суровых климатических условиях, оборудованный специальными нагревательными устройствами и теплоизоляцией.

Разработан и изготовлен тепловоз ТЭ126 для вождения грузовых поездов в условиях умеренного и холодного климата. В конструкции использованы принципиально новые решения: пуск дизеля сжатым воздухом, пятиосная тележка с двухступенчатым рессорным подвешиванием, микропроцессорная система управления дизельным агрегатом и др.

В 1988 г. на Брянском машиностроительном заводе выпущен тепловоз ТЭМ15, отличающийся от прежних маневровых тепловозов меньшим расходом топлива, что достигнуто за счет совершенствования энергетического оборудования.

В промышленности ведутся работы по унификации локомотивов: унифицируется экипажная часть восьмиосных тепловозов и электровозов. Эта идея нашла воплощение в создании восьмиосного экипажа маневрового тепловоза ТЭМ7, предназначенного для ускоренной обработки составов массой 6000—7000 т на сортировочных горках и вождения вывозных поездов.

Современные электровозы и тепловозы могут совершать пробег между экипировками в зависимости от массы поездов и профиля пути до 1200 км, а между техническими обслуживаниями — от до 2000 км. Они приспособлены к работе в составе двух, трех, четырех секций с возможностью управления из кабины любой головной секции одной локомотивной бригадой. Это позволяет использовать мощность в зависимости от массы поезда и водить поезда массой до 10 тыс. т и более.

В зависимости от серии электровоза запас песка составляет от 1, до 4 м3, а на электровозе ВЛ15 — 6 м3. На тепловозах запас экипировочных материалов на одну секцию составляет: топлива—от 3900 до 7500 кг, песка — от 600 до 2300 кг, масла — от 800 до 1250 кг (лишь у маневровых локомотивов ТЭМ7 — 430 кг и ЧМЭ2 — 400 кг), воды — от 800 до 1580 кг (у тепловоза ЧМЭ2 — 600 кг).

Нумерация локомотивов. Номера локомотивов, электропоездов, дизель-поездов, мотовозов, автомотрис и т.д., а также специальных машин и механизмов на рельсовом ходу начинаются всегда с 1. Второй знак является признаком локомотива или машины; 0 — паровозы; 1 — электровозы односекционные; 2 — электровозы многосекционные; 3 — электропоезда; 4 — метрополитен; 5 — тепловозы односекционные; 6 — тепловозы многосекционные; 7 — дизель-поезда и автомотрисы; 8 — специальный тяговый подвижной состав (мотовозы, автодрезины и т.д.); 9 — путевые машины.

По третьему и четвертому знакам номера локомотива можно установить его основную техническую характеристику: для какого вида движения используется, серия локомотива, тип передачи и т.д.

Аналогично для путевых машин эти знаки означают назначение машины и ее серию; пятый, шестой и седьмой знаки составляют порядковый номер локомотива.

11.3. Основные требования к локомотивам и моторвагонному подвижному составу На каждый локомотив, единицу моторвагонного и специального подвижного состава должен вестись технический паспорт (формуляр), содержащий важнейшие технические и эксплуатационные характеристики.

Локомотивы и моторвагонный подвижной состав, а также специальный самоходный подвижной состав должны быть оборудованы радиостанциями, скоростемерами с регистрацией показаний, установленных МПС России, автоматической локомотивной сигнализацией, а также оборудоваться и другими устройствами безопасности в соответствии с перечнем и порядком, установленными МПС России.

Пассажирские локомотивы должны быть оборудованы устройствами управления электропневматическим торможением, а локомотивы для грузовых поездов должны оборудоваться устройством контроля тормозной магистрали.

Поездные локомотивы и моторвагонные поезда при обслуживании одним машинистом должны быть дополнительно оборудованы утвержденными МПС России следующими средствами и устройствами безопасности:

– системой автоматического управления торможением поезда или комплексным локомотивным устройством безопасности, а также системой бодрствования машиниста;

– зеркалами заднего вида;

– системой пожаротушения — тепловозы;

– блокировкой тормоза.

Моторвагонные поезда оборудуются системой автоведения с обеспечением контроля скорости движения и речевой информации при подъездах к проходным светофорам, переездам и станциям, связью «пассажир-машинист», сигнализацией контроля закрытия дверей, автоматической пожарной сигнализацией.

Маневровые локомотивы должны быть оборудованы устройствами дистанционной отцепки их от вагонов, а обслуживаемые одним машинистом, кроме того, вторым пультом управления, зеркалами заднего вида и устройствами, обеспечивающими автоматическую остановку на случай внезапной потери машинистом способности к ведению локомотива.

Технические требования к специальному подвижному составу и съемным подвижным единицам, а также порядок их технического обслуживания, ремонта и эксплуатации устанавливаются МПС России.

Локомотивы и вагоны, не принадлежащие организациям железнодорожного транспорта и выходящие на пути общей сети железных дорог, должны соответствовать требованиям Правил технической эксплуатации железных дорог РФ. Порядок обращения такого подвижного состава на путях общей сети железных дорог устанавливается МПС России, а порядок выхода локомотивов на станцию примыкания — начальником отделения железной дороги, а при отсутствии в составе железной дороги отделений железной дороги — заместителем начальника железной дороги.

Локомотивный парк состоит из электровозов, тепловозов и паровозов. Отдельно учитывают моторвагонный подвижной состав, а также автомотрисы. Все локомотивы, приписанные к данной дороге (независимо от места нахождения), имеющие ее индексы и состоящие на ее балансе, составляют инвентарный парк дороги, который делят на две группы: парк локомотивов, находящихся в распоряжении дороги (депо) — это локомотивы своего инвентаря, за исключением локомотивов запаса МПС России и сданных в аренду, и парк вне распоряжения дороги, т.е. локомотивы запаса МПС и находящиеся в аренде у предприятий МПС или других министерств и ведомств. Локомотивы из инвентарного парка одной дороги в инвентарный парк другой передают по указанию МПС России.

Локомотивы и моторвагонный подвижной состав, находящиеся в распоряжении дороги (депо), делятся на эксплуатируемый и неэксплуатируемый парки (таблица).

Эксплуатируемый парк локомотивов распределяется по видам работ, а неэксплуатируемый — по техническому состоянию, нахождению в резерве и в перемещении. Эксплуатируемый парк составляют локомотивы, находящиеся во всех видах работы, под техническими операциями, на технических осмотрах (в пределах установленной нормы времени), в ожидании работы как на станционных путях, так и в основном и оборотном депо, и находящийся на профилактическом осмотре моторвагонный подвижной состав.

В неэксплуатируемый парк входят следующие локомотивы: неисправные, находящиеся во всех видах ремонта, включая техническое обслуживание TO-3, подготавливаемые в запас и резерв; оборудуемые или модернизируемые между плановыми видами ремонта; резерв управления дороги; временно отставленные по неравномерности движения; исправные, находящиеся в перемещении, а также в процессе сдачи и приемки; используемые как стационарные установки и ожидающие исключения из инвентаря.

К неисправным относятся локомотивы, находящиеся во всех видах ремонта и ожидании его независимо от места ремонта и ожидания (депо приписки или другое депо, завод), находящиеся на ТО-3, и, кроме того, локомотивы, которые подготавливают для постановки в запас МПС России и резерв управления дороги и пересылают в неисправном состоянии на завод и в другое депо.

12.1. Общие сведения об электрическом К электрическому подвижному составу относятся электровозы и моторные вагоны. В зависимости от рода применяемого тока различают электровозы постоянного (рис. 12.1), переменного тока (рис. 12.2) и двойного питания; так же различаются и электропоезда.

Электровозы и электропоезда приводятся в движение тяговыми электродвигателями. Чтобы якоря двигателей начали вращаться, необходимо по их обмоткам пропустить электрический ток. Включают и выключают тяговые двигатели, а также регулируют ток электрическими аппаратами, установленными в кузове электровоза или на моторном вагоне. Якоря тяговых двигателей, вращаясь, через передачу (чаще всего зубчатую) приводят в движение колесные пары локомотива. Такие колесные пары называют движущими.

В зависимости от способа передачи вращающего момента от тягового двигателя на движущую колесную пару электровозы и моторные вагоны подразделяют на две основные группы: 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. Тележки, на которых для привода колесных пар установлен один тяговый электродвигатель, называют мономоторными. На сети железных дорог России все эксплуатируемые электровозы и моторные вагоны электропоездов имеют индивидуальный привод.

Рис. 12.1. Электровоз постоянного Рис. 12.2. Электровоз переменного Электровозы, как и другие локомотивы, выпускают различных серий и модификаций. Различным по конструкции локомотивам и моторвагонному подвижному составу принято присваивать различные обозначения в виде букв или комбинации букв и цифр. В обозначения серий входят буквы ВЛ (в честь Владимира Ильича Ленина) и цифры, соответствующие данной серии (грузовые локомотивы). К этим основным обозначениям (называемым обычно обозначением серии) для локомотивов или моторных вагонов, имеющих какие-то особенности, добавляются индексы в виде малых букв.

Цифры позволяют судить о числе осей и роде тока, а в некоторых случаях и о нагрузке колесной пары на рельсы. 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. Модернизированные электровозы ВЛ22 обозначаются как ВЛ22м, электровозы ВЛ60 с кремниевыми выпрямителями — ВЛ60к, а с рекуперативным торможением — ВЛ60р. Электровоз ВЛ80 с реостатным торможением обозначается ВЛ80т, а с рекуперативным торможением — ВЛ80р.

Пассажирские электровозы, выпускаемые промышленностью Чехии (Словакии), имеют на железных дорогах РФ серию ЧС. Каждый локомотив имеет свой порядковый номер.

Электропоезда имеют следующие обозначения: постоянного тока — ЭР1, ЭР2, ЭР22, ЭР2Р, переменного тока — ЭР9П, ЭР9М, ЭР9Е, ЭД9Т.

На пригородных участках электропоезда состоят на 50 % из моторных вагонов, на некоторых участках соотношение моторных вагонов и прицепных равно 1:2. Составность моторвагонного поезда ЭР из 10 вагонов обозначают Г+2М+П+М+П+М+П+М+Г; из четырех вагонов — Г+2М+Г, где М — моторный вагон; П — прицепной; Г — головной.

Электровозы и вагоны электропоезда состоят из механической части, электрического оборудования (тяговых двигателей, вспомогательных машин и электрической аппаратуры), пневматического (воздухопроводы, резервуары, краны и другие устройства, обеспечивающие работу аппаратов и тормозов) оборудования и тормозной системы.

Основные данные об электровозах и электропоездах приведены в Приложении, табл. 10 и 11.

На базе конструкции электровозов ВЛ80с, ВЛ85, ВЛ65 для вождения пассажирских поездов разработан электровоз ЭП1, предназначенный для вождения пассажирских поездов на электрифицированных участках напряжением 25 кВ. Конструкционная скорость локомотива 140 км/ч.

Электровоз ЭП10 предназначен для вождения пассажирских и почтово-багажных поездов на линиях однофазного переменного тока 25 кВ и участках постоянного тока 3 кВ. Мощность локомотива 6000 кВт, что позволяет водить составы из 25 вагонов, максимальная скорость движения 160 км/ч.

Автосцепное устройство на тяговом подвижном составе. Автосцепное устройство на тяговом подвижном составе устанавливается в соответствии с требованиями ГОСТ 3475-81. На электровозах серий ВЛ22, ВЛ23, ВЛ8 оно располагается на раме тележки (рис. 12.3), так как разместить автосцепку, чтобы ее продольная ось находилась на нужной высоте от уровня головок рельсов на главной раме электровозов этих серий, не представляется возможным. Стальная литая рама тележки 1 электровоза в передней части имеет специальный карман 2, в котором размещается поглощающий аппарат. Передние опорные поверхности в кармане для поглощающего аппарата и упорной плиты расположены на расстоянии 390 мм от передней плоскости концевой балки рамы тележки. Расстояние между передним и задним упорами кармана составляет 625 мм. Ударная розетка 3 с маятниковым центрирующим устройством крепится к концевой балке рамы тележки сваркой или шестью болтами с гайками. На остальных электровозах и на тепловозах (рис. 12.4) поглощающий аппарат 1 находится в специальном раме локомотива.

балке. Паровозная розетка представляет собой стальную чашеобразную отливку с привалочной плитой. Автосцепка может отклоняться от центральноРис. 12.4. Расположение автосцепного устройства на раме локомотива го положения в горизонтальной плоскости.

Валик, которым автосцепка соединяется с корпусом розетки, ставится сверху.

12.2. Механическая часть электроподвижного состава Общие сведения. Механическая часть электровоза и вагона электропоезда включает в себя тележки, кузов и ударно-тяговые приборы. Конструкция механической части зависит от мощности и максимальной скорости движения; на нее оказывает влияние устройство железнодорожного пути. На механическую часть действует нагрузка от массы оборудования электровоза или вагона; она передает тяговое и тормозное усилие, воспринимает динамические нагрузки, возникающие при движении по кривым и прямым участкам пути.

Кузов. В кузове электровоза размещают электрическую аппаратуру, вспомогательные машины и пневматическое оборудование, а также запас песка. Впереди и сзади кузова расположены кабины машиниста, отделенные от машинного помещения перегородками.

У 8- и 12-осного электровозов по два кузова, каждый с одной кабиной машиниста. Между кузовами имеется переходный мостик закрытого типа. Каркас кузова металлический, наружная обшивка обычно состоит из стальных листов. Стенки, потолок и пол кабины Рис. 12.5. Расположение оборудования на электровозе ВЛ10:

1 — пульт управления; 2 — кресло машиниста; 3 — быстродействующий выключатель; 4, 5 — балки индуктивных шунтов и резисторов; 6, 8 — блоки пусковых резисторов и ослабления возбуждения; 7 — токоприемник; 9 — моторвентилятор; 10 — мотор-компрессор; 11 — кузов второй секции электровоза;

12 — тяговый электродвигатель; 13 — колесная пара машиниста имеют тепловую изоляцию из шлаковойлока или пенопласта (она расположена между внутренней и наружной обшивками), а также звуковую изоляцию. В кабинах машинистов помещаются аппараты управления, контрольно-измерительные приборы, тормозные краны. В средней части кузова размещается высоковольтная камера, в которой установлена электрическая аппаратура.

Вспомогательные машины (мотор-компрессоры, мотор-вентиляторы, генераторы тока управления и др.) располагаются между высоковольтной камерой и кабинами машиниста или переходами из секции в секцию (рис. 12.5).

Для входа в электровоз с обеих его сторон за кабиной находятся двери и подножки. Эти двери выходят в поперечный коридор. В кабину входят через дверь в перегородке кабины машиниста. За поперечным коридором расположена высоковольтная камера, а за ней находится машинное помещение, в котором расположены каркасы под вспомогательные машины. Проход в кузове, как правило, односторонний. Со стороны прохода доступ к аппаратам в высоковольтной камере осуществляется через съемные или задвижные щиты и двери, имеющие электрическую или пневматическую (механическую) блокировки, не позволяющие открывать их при поднятом токоприемнике. В свою очередь токоприемник может быть поднят только при закрытых щитах и дверях.

На крышу на современных электровозах выходят через люк по лестнице, расположенной в кузове. На крыше имеются трапы и поручни.

Кузов электровоза опирается на тележки. На электровозах применяют двух- и трехосные тележки. На тележках установлены тяговые двигатели, по одному для каждой оси. С помощью зубчатого привода вращающий момент от тяговых двигателей передается колесным парам. Кузов представляет собой сварную конструкцию с усиленной нижней рамой, несущей на себе нагрузку оборудования и передающей силу тяги к автосцепкам. Рама кузова опирается на тележки через специальные опорные устройства.

Кузова вагонов электропоездов типа ЭР — цельнометаллические несущей конструкции, т.е. все основные части кузова одновременно воспринимают действующие на вагон нагрузки. В кузове размещены сиденья для пассажиров, а также оборудование освещения, отопления, вентиляции и частично аппаратура управления тяговыми двигателями и вспомогательными машинами. Под кузовом размещают вспомогательные машины, аппараты силовых цепей, тормозные и ударно-тяговые приборы.

Рама кузова является важнейшим элементом его конструкции.

Она состоит из ряда продольных и поперечных балок и других элементов, соединенных электросваркой.

Тележка электровоза состоит из рамы 1 (рис. 12.6), колесных пар с зубчатой передачей, букс 4, рессорного подвешивания 5, подвесок тяговых двигателей и тормозной системы 6. На электровозах применяют двух- и трехосные тележки сочлененные (соединены шарнирами) и несочленные, на электропоездах — двухосные тележки. Тележки всех современных электровозов бесчелюстные.

Рамы тележек передают вертикальные нагрузки от кузова на колесные пары и горизонтальные силы тяги и тормозной силы, на них устанавливают тяговые двигатели 2 и тормозное оборудование. На раму тележки действуют также силы, возникающие при ударах, и боковые усилия, появляющиеся при вписывании электровоза (вагона электропоезда) в кривые. Нагрузка от кузова передается на раму и через систему опор в виде сосредоточенных сил, которые затем распределяются равномерно с помощью рессорного подвешивания по колесным парам.

Рис. 12.6. Тележка электровозов ВЛ80 всех индексов, ВЛ10у и ВЛ Рама тележки электровоза ВЛ80 (рис. 12.7) представляет собой цельносварную конструкцию прямоугольной формы, состоящую из двух боковин, связанных шкворневым и двумя концевыми поперечными брусьями. На внутренней стороне боковин находятся кронштейны для подвески тормозной системы, а на наружной — кронштейны под гидравлический амортизатор. На концевых брусьях приварены кронштейны для подвесок тормозной системы и накладки под ролик противоразгрузочного устройства.

С двух сторон к шкворневому брусу приварены кронштейны для подвески рычагов ручного тормоза и крепления тормозных цилиндров. В брусе шаровой связи с двух сторон имеются проушины для подвески тяговых двигателей. Поперечная (в горизонтальной плоскости) упругая связь кузова с тележкой достигается цилиндрическими пружинами, расположенными в шкворневом брусе.

На электропоездах применяют два вида тележек: немоторные, устанавливаемые на головном и прицепном вагонах, и моторные на вагонах с тяговыми двигателями.

Колесные пары. Колесные пары направляют движение электровоза (вагона) по рельсовому пути, передают силу тяги, развиваемую локомотивом, и тормозную силу при торможении, воспринимают статические и динамические нагрузки, возникающие между рельсом и колесом, преобразуют вращающий момент тягового двигателя в поступательное движение электровоза. Они являются наиболее ответственными элементами экипажа, определяющими безопасность движения. Поэтому при формировании, эксплуатации и ремонте необходимо тщательно контролировать колесные пары, строго соблюдать все требования, предъявляемые к ним.

Колесную пару формируют из отдельных элементов: оси, двух колесных центров с бандажами или безбандажных колес и двух зубчатых колес тяговой передачи (рис. 12.8). Оси колесных пар заканчиваются шейками, на которые монтируют буксы с роликовыми подшипниками. Поверхности бандажа придают необходиРис. 12.7. Рама тележки электровозов ВЛ80 всех индексов, ВЛ10у и ВЛ11:

1 — малые буксовые кронштейны; 2 — большие буксовые кронштейны; 3 — шкворневой поперечный брус; 4 — овальное углубление; 5 — усиливающая накладка мую форму механической обработкой. Гребень бандажа, расположенный внутри колеи, предохраняет колесную пару от схода с рельсов.

Буксовые узлы. Через буксы на колесные пары передается вертикальная нагрузка от веса электровоза, а от колесных пар на рамы тележек — усилия тяги, торможения и бо- Рис. 12.8. Колесная пара электровоза:

ковые горизонтальные силы. 1 — букса; 2 — бандаж; 3 — венец зубБукса ограничивает переме- чатого колеса; 4 — центр зубчатого кощение рамы тележки электро- леса; 5 — колесный центр; 6 — ось воза (вагона) относительно колесной пары, предотвращает попадание посторонних предметов в буксовые подшипники.

На электровозах и моторных вагонах применяют буксовые узлы двух типов: с буксовыми направляющими (челюстные) и с резинометаллическими поводками (бесчелюстные). Применяют буксы с роликовыми подшипниками. Передача всех усилий в буксовом узле бесчелюстного типа осуществляется не непосредственно от корпуса буксы на буксовую направляющую рамы тележки, как это происходит в буксовых узлах челюстного типа, а через резинометаллические поводки, состоящие из стального корпуса и валиков. Перемещения буксы относительно рамы возможны вследствие упругой деформации резины. Бесчелюстной буксовый узел во время эксплуатации не требуется смазывать, поэтому современные электровозы имеют только бесчелюстные буксы.

Бесчелюстная букса (рис. 12.9) имеет корпус, отлитый из стали, с четырьмя приливами для крепления поводков. Внутренние кольца подшипников с цилиндрическими роликами насаживают на шейку оси в горячем состоянии с натягом, а подшипников со сферическими роликами устанавливают на коническую разрезную втулку и плотно прижимают к оси. Внутренние кольца подшипников стягивают гайкой, которую стопорят планкой. Пространство в лабиринте задней крышки, между задней крышкой и подшипником, между подшипниками и передней крышкой, а также в самих подшипниках заполняют консистентной смазкой.

1 — корпус; 2 — поводки; 3 — роликовые подшипники; 4 — крышка с уплотнением; 5 — спорная планка; 6 — стяжная гайка; 7 — дистанционные кольца;

8 — внутренняя крышка; 9 — внутреннее кольцо Рессорное подвешивание. При движении электровозов и электропоездов на пути встречаются неровности, стыки рельсов, крестовины стрелок, вследствие чего возникают удары и толчки, способствующие повышенному износу деталей ЭПС и верхнего строения пути. Рессорное подвешивание является промежуточным звеном между рамой тележки и буксами. Оно служит для смягчения толчков и ударов при прохождении колес. Для уменьшения этих вредных воздействий в конструкции ЭПС предусмотрено устройство, называемое рессорным подвешиванием, элементы которого поглощают или снижают вертикальные и горизонтальные силы. Конструкция рессорного подвешивания электровозов определяется типом тележки, назначением локомотива и конструкцией всего экипажа.

Основные элементы рессорного подвешивания: листовые рессоры, пружины, а иногда и пневморессоры, балансиры, амортизаторы различных конструкций и другие связующие элементы. На тележках электровозов применяют двойное рессорное подвешивание. Это значит, что между буксой колесной пары и рамой тележки предусмотрено не менее двух рессор и пружин, включенных последовательно.

Чтобы улучшить работу рессорного подвешивания, в него вводят, кроме стальных рессор и пружин, резиновые элементы, поглощающие толчки и колебания.

Рессорное подвешивание может быть односторонним, когда нагрузка от кузова и рамы тележки передается на Рис. 12.10. Несбалансированное рессорное колесную пару через рессо- подвешивание электровоза ры, размещенные между рамой тележки и буксой, и двухступенчатым, предусматривающим размещение рессор как между рамой тележки и буксой, так и между рамами тележки и кузова.

На электровозах применяют сбалансированное рессорное подвешивание и несбалансированное (индивидуальное). Несбалансированное подвешивание (рис. 12.10) состоит из листовой рессоры 1, шарнирно подвешенной к нижней части буксы 2, и пружин 3, установленных между опорами 7. Пружина одним концом через опору опирается на конец рессоры, а другим через гайку — на стойку 6, которая имеет головку для соединения с рамой тележки 8 и резьбу круглого профиля, четыре нити на дюйм под опорную гайку 5.

Рессорное подвешивание (сбалансированное) состоит из следующих основных элементов (рис. 12.11): листовых рессор 1, цилиндрических пружин 7, расположенных между рессорами и корпусами букс, балансиров 2, подвесок 3, чеки 4, накладок 5, обойм 6 и 8.

На грузовых восьмиосных электровозах, начиная с 1978 г., устанавливают люлечное подвешивание кузова на тележках. Оно предназначено для передачи вертикальных и поперечных сил от кузова на раму тележки, уменьшения сил горизонтального и вертикального воздействия электровоза на путь. Для создания возвращающего усилия в случае отклонения кузова от центрального положения, при движении в кривых люлечные подвески расположены под углом около 11° к вертикальной продольной плоскости. Благодаря люлечному подвешиванию стало возможным повысить максимальную скорость электровозов до 120 км/ч.

Подвешивание состоит из люлечных подвесок, горизонтальных и вертикальных упоров; на тележке с каждой стороны устанавливают по два таких комплекта (рис. 12.12).

Рис. 12.11. Сбалансированное рессорное подвешивание электровоза На современных электровозах применяют индивидуальный привод. При таком приводе различают два способа подвески тяговых двигателей: опорно-осевую (или, как ее ранее называли, трамвайную, поскольку она впервые была применена в трамваях) и рамную.

При опорно-осевой подвеске (рис. 12.13) остов тягового двигателя с одной стороны опирается на ось колесной пары с помощью двух моторно-осевых подшипников, а с другой подвешен на поперечную балку рамы тележки с помощью пружинного устройства. Передача тягового усилия осуществляется через зубчатое зацепление, при этом вал тягового электродвигателя. Из-за непосредственной опоры на ось колесной пары тяговый электродвигатель подвержен сильному Рис. 12.12. Расположение 130 км/ч и более применяют рамную подвеску люлечного подвешивания тягового двигателя (рис. 12.14). При этом двигатель расположен над осью колесной пары и на электровозе ВЛ прикреплен к раме тележки. Через полый вал тягового двигателя 2 пропущен торсионный вал 4, соединенный с полым валом шарнирной муфтой 3, а с валом малых зубчатых колес 7 — муфтой 5. Вал вращается в подшипниках, установленных в кожухе 9, в котором находится большое зубчатое колесо 8, укрепленное на оси 1 колесной пары. Кожух имеет амортизатор-пружину 6.

Такая подвеска позволяет снизить динамические силы, действующие на тяговые двигатели, особенно при прохождении колесной пары через неровности пути, а также облегчает доступ к двигателям для осмотра.

На вагонах электропоездов для создания плавного и мягкого хода применяют люлечное рессорное под- Рис. 12.13. Опорно-осевая вешивание, состоящее из централь- подвеска тягового двигателя:

ного подвешивания и надбуксового, работающих последовательно. Надпара; 4 — зубчатая передача; 5 — буксовое подвешивание является первой ступенью рессорного подвешивания тележек и воспринимает вес кузова через раму тележки и центральное подвешивание.

На моторной тележке электропоездов ЭР2Р применено буксовое подвешивание принципиально новой конструкции; оно является первой ступенью двойного рессорного подвешивания тележки и предназначено для передачи нагрузки от ее рамы колесным парам и снижения воздействия динамических Рис. 12.14. Рамная подвеска тягового сил от колеса на раму.

Рычажная тормозная система. Этой системой оборудованы все электровозы; она служит для передачи усилий от тормозных цилиндров или от привода ручного тормоза к тормозным колодкам. На электровозах рычажная тормозная система может быть с односторонним (рис. 12.15) или двусторонним нажатием колодок — на бандаж каждого колеса. При одностороннем нажатии колодок она состоит из тормозных цилиндров 3, вертикальных рычагов 2, горизонтальных тяг 7 и 11, подвесок 14, балансиров 8, тормозных колодок 9, тормозных поперечин 10, 13 и предохранительных скоб 6. Вертикальные рычаги первой и четвертой тележек удлинены для присоединения тяг ручного тормоза 1.

Тормозная тяга 7 регулируется по длине болтом 4. Этим обеспечивается равномерный зазор между колодками и бандажами, а также одинаковая величина выхода штоков тормозных цилиндров для всех сторон тележек. Обычно выход штоков должен быть в пределах 75—100 мм. В тормозные башмаки 12 устанавливают колодки. Пружина 5 возвращает тормозную передачу в исходное положение после отпуска тормозов.

На электровозах применяют в основном чугунные колодки гребневые и безгребневые. Ручной тормоз служит для затормаживания локомотива на стоянках и в пути следования при повреждении.

Рис. 12.15. Рычажная тормозная передача электровоза ВЛ 12.3. Электрическое оборудование электровозов Тяговый электродвигатель (его принято называть тяговый двигатель) является электрической машиной, предназначенной для преобразования электрической энергии в механическую, необходимую для движения локомотива и, следовательно, поезда. На некоторых электровозах тяговые двигатели используются также для электрического торможения поезда. При этом энергия механическая преобразуется в электрическую.

Тяговые двигатели классифицируют следующим образом: по роду тока — двигатели постоянного и переменного тока; по системе передачи вращающего момента к колесным парам — двигатели с индивидуальным и групповым приводом; по способу вентиляции — с самовентиляцией и независимой вентиляцией.

Устройство мощного тягового двигателя типа ТЛ-2К электровоза ВЛ10 показано на рис. 12.16. Остов двигателя цилиндрической формы отлит из стали с высокими магнитными свойствами. Остов, объединяя остальные части машины, является несущей конструкцией. Он имеет специальные приливы для моторно-осевых подшипников, которыми двигатель соединен с осью колесной пары, съемный кронштейн для подвешивания к раме тележки, предохранительный кронштейн для опоры двигателя в случае разрушения основного кронштейна. В остове предусмотрены смотровые люки для ухода за коллектором и щеткодержателями с плотными крышками, люк для ввода вентиляционного воздуха и кожух для его выхода. В нем расположено шесть главных и шесть добавочных полюсов. Главные полюсы предназначены для возбуждения рабочего магнитного потока. Для компенсации реакции якоря в зоне коммутации между главными полюсами расположены добавочные. Наиболее широко распространены на ЭПС тяговые двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением.

К тяговым двигателям предъявляют особые требования для обеспечения надежной работы их в эксплуатации. Они должны обладать высокой механической прочностью, выдерживать значительные перегрузки. Максимальная температура нагрева их обмоток ограничена значением, допустимым для определенного класса изоляРис. 12.16. Тяговый электродвигатель ТЛ-2К:

1, 4 — подшипниковые щиты; 2 — щеточный аппарат; 3 — остов; 5 — кожух; 6 — якорь; 7, 11, 15 — крышки; 8 — букса; 9 — катушка добавочного полюса; 10 — сердечник добавочного полюса; 12 — катушка главного полюса; 13 — сердечник главного полюса; 14 — компенсационная обмотка; 16 — съемный кронштейн; 17 — предохранительный кронштейн; 18 — вентиляционный люк; 19 — вал якоря; 20 — сердечник ции; коммутация, т.е. работа узла щетка-коллектор, должна быть надежной и устойчивой. Тяговые электродвигатели рассчитаны на номинальное напряжение 1500 В.

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

Напряжение регулируют включением последовательно с тяговыми электродвигателями резисторов и переключением самих тяговых двигателей в различные группы соединений. В последнее время выполнены работы по применению импульсного регулирования напряжения. Регулирование напряжения с помощью резисторов является неэкономичным из-за потерь электрической энергии в резисторах, а поэтому их включают обычно лишь кратковременно, в период разгона электровоза. При переключении электродвигателей они включаются последовательно, последовательно-параллельно и параллельно (рис. 12.17). Если напряжение U в контактной сети составляет 3000 В, указанные три схемы включений дают на зажимах электродвигателей для шестиосных электровозов соответственно напряжение 500, 1000 и 1500 В.

При импульсном регулировании напряжения используются управляемые полупроводниковые вентили-тиристоры.

Изменение соотношения токов якоря и возбуждения в тяговых электродвигателях достигается включением параллельно обмотке возбуждения шунтирующего сопротивления. Рис. 12.17. Схемы включения тяговых Изменяя значение этого сопро- двигателей шестиосного электровоза:

тивления, можно получить не- а — последовательное; б — последовательно-параллельное; в — параллельное; 1 — сколько ступеней скорости дви- пусковой резистор; 2 — якорь тягового жения электровоза. двигателя; 3 — обмотка возбуждения Основным аппаратом, с помощью которого управляют электровозом, является кран машиниста, установленный в каждой кабине управления. Главная рукоятка контроллера служит для переключения тяговых электродвигателей с одной схемы соединения на другую и изменения пусковых сопротивлений.

С помощью реверсивной рукоятки изменяется направление движения электровоза (ток в обмотках возбуждения тяговых электродвигателей изменяет направление).

Включение и выключение вспомогательных машин, получающих ток от контактной сети, производится кнопками, установленными в кабине машиниста.

Условиям работы магистрального электроподвижного состава удовлетворяют токоприемники, обеспечивающие надежный токосъем при больших скоростях движения и значительных токовых нагрузках.

Электровозы, как правило, имеют два токоприемника. Однако в работе находится один, а другой является запасным — его поднимают в тех случаях, когда необходимо уменьшить или прекратить искрение во время гололеда. Моторный вагон электропоезда (секции) имеет только один токоприемник.

Токоприемники снабжают пневматическим приводом, что позволяет осуществлять дистанционное управление ими. Обычно установлен ручной насос или электрокомпрессор, питающийся от аккумуляторной батареи, а также небольшой резервуар, в котором сжатый воздух для подъема токоприемника можно сохранить длительное время.

Чтобы токосъем был хорошим (скольжение полоза по контактному проводу без искрения), сила нажатия полоза на провод не должна быть меньше определенного значения, обеспечивающего необходимое контактное нажатие. Но она не должна быть и излишне большой, так как это может привести к отжатию контактного провода, а также повышенному механическому износу его и накладок полоза. Качество токоприемника в этом отношении определяется статической характеристикой — зависимостью нажатия от высоты подъема при медленном вертикальном перемещении полоза. Существенно влияет на качество токосъемника материал сменных контактных накладок (вставок) полоза токоприемника. Применяют медные накладки, изготовленные методом порошковой металлургии. На ЭПС переменного тока и частично на ЭПС постоянного тока используют угольные вставки и металлокерамические пластины.

Отечественные токоприемники выполняют в основном двух типов: четырехрычажные (типа Л-23У-01, П- и др.) и двухрычажные (типа ТЛ-13У, ТЛ-14М). На подвижном составе высокоско- Рис. 12.18. Токоприемник П-3 электровоза ростных магистралей используются токоприемники ТП-250 (электропоезд «Сокол»).

Наиболее распространенный тип токоприемника представлен на рис. 12.18. В основании 2 укреплены валы 1 и 5 нижних подвижных рам 10, которые шарнирно соединены с верхними подвижными рамами 9, образуя замкнутую рычажно-шарнирную конструкцию. Управление токоприемником электропневматическое. Для подъема его необходимо подать сжатый воздух в цилиндр пневматического привода 8. При этом привод сжимает опускающую пружину 6 и освобождает валы 1, 5. При выпуске сжатого воздуха из цилиндра пружиРис. 12.19. Двухрычажный токоприемник ТЛ-13У6:

на 6, преодолевая сопротивление пружин 3 и 7, поворачивает вал 1 и опускает токоприемник. Амортизаторы 4 смягчают удар верхних рам об основание.

Схема двухрычажного токоприемника показана на рис. 12.19.

Цепи тяговых двигателей от коротких замыканий и перегрузок защищают быстродействующий выключатель, дифференциальные реле и реле перегрузки.

12.5. Особенности устройства электровозов переменного тока От контактной сети переменного тока электровоз получает однофазный ток промышленной частоты 50 Гц, номинального напряжения 25000 В. Электрическое оборудование такого электровоза отличается от оборудования электровоза постоянного тока главным образом наличием понижающего трансформатора (рис. 12.20, а) и выпрямительной установки.

Рис. 12.20. Общий вид трансформатора электровоза (а) и схема его охлаждения (б):

1 — бак; 2 — маслоохладитель; 3 — воздухопровод; 4 — выводы вторичной обмотки; 5 — расширитель для масла; 6, 8 — кронштейны установки контроллера; 7 — ввод первичной обмотки; 9 — электронасос прокачки масла; 10 — маслопроводы; 11 — пробка; 12 — трубки охладителя Трансформаторы выполняют с интенсивным циркуляционным масло-воздушным охлаждением. Принцип работы такого охлаждения показан на рис. 12.20, б.

В качестве выпрямителей обычно применяют кремниевые полупроводниковые вентили — диоды, а в последнее время также силовые кремниевые вентили—тиристоры, которые позволяют управлять процессом токопрохождения.

Выпрямленное напряжение на зажимах тяговых электродвигателей не является постоянным во времени, а пульсирует; пульсация напряжения вызывает пульсацию выпрямленного тока. Значительная пульсация неблагоприятно влияет на работу тяговых электродвигателей, поэтому в их цепь включают дополнительные индуктивности — так называемые сглаживающие реакторы.

На электровозах ВЛ80к и ВЛ80т применяется электродвигатель с двусторонней передачей и независимой вентиляцией.

Скорость электровоза переменного тока регулируется изменением напряжения, подводимого к тяговым электродвигателям, путем подключения их к различным выводам вторичной обмотки трансформатора или выводам автотрансформаторной обмотки.

При таком способе регулирования отпадает надобность в пусковых реостатах и в переключениях двигателей. На электровозах переменного тока тяговые электродвигатели все время соединены между собой параллельно. Это улучшает тяговые свойства электровоза и упрощает электрическую схему. Расположение оборудования в кузове электровоза переменного тока показано на рис. 12.21.

Применение переменного тока при электрификации железных дорог вызвало необходимость организации пунктов стыкования двух родов тока: однофазного напряжением 25000 В и постоянного напряжением 3000 В. При этом станции стыкования оборудуются специальными устройствами для переключения напряжения в отдельных секциях контактной сети. Хотя при таком стыковании локомотивы сменяются быстро, однако, усложняется и удорожается устройство контактной сети, кроме того, затрудняется работа станции.

В ряде случаев целесообразно применение электровозов двойного питания, у которых возможны необходимые переключения электрического оборудования для работы на участках постоянного и переменного тока. К электровозам двойного питания относятРис. 12.21. Расположение основного оборудования на кузове электровоза 1 — пульт управления; 2 — кабина машиниста: 3 — токоприемник; 4 — аппараты управления: 5, 7 — выпрямительные установки; 6 — трансформатор с переключателем ступеней; 8 — блок системы охлаждения; 9 — распределительный щит; 10 — мотор-компрессор; 11 — межсекционное соединение ся электровозы ВЛ82 и ВЛ82м соответственно мощностью 5600 и 6040 кВт с конструкционной скоростью 110 км/ч.

12.6. Вспомогательные машины электровоза Вспомогательные машины электровоза (мотор-вентилятор, мотор-компрессор, мотор-генератор и генератор тока управления) приводятся в действие электродвигателями постоянного тока, работающими от контактной сети.

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

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

Мотор-генератор (машинные преобразователи) применяют на электровозах с рекуперативным торможением для питания обмоток возбуждения тяговых электродвигателей при работе их в рекуперативном режиме.

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

На электровозах переменного тока помимо вспомогательного оборудования, применяемого на электровозах постоянного тока, есть еще и мотор-насосы, обеспечивающие циркуляцию масла, охлаждающего трансформатор и мотор-вентилятор охлаждения трансформатора и выпрямителя. В качестве привода вспомогательных машин применяют трехфазные асинхронные двигатели, принципиально не отличающиеся от двигателей общепромышленного назначения, и двигатели постоянного тока, получающие питание от специальных выпрямительных установок. Трехфазный ток преобразовывается из однофазного с помощью специальных вращающихся или статических преобразователей, называемых расщепителями фаз (на электровозах и электропоездах переменного тока).

В моторных вагонах электропоезда делители напряжения обеспечивают питание мотор-компрессора пониженным напряжением.

Каждая вспомогательная машина представляет собой агрегат, состоящий из вспомогательного механизма и электрического двигателя, который приводит его в действие. Исключение составляет генератор управления, который размещается на валу моторвентилятора или расщепителя фаз.

Электрические двигатели вспомогательных машин на ЭПС постоянного тока питаются непосредственно от контактной сети, а на ЭПС переменного тока — от вспомогательной обмотки трансформатора.

Все переключения в цепях тяговых двигателей, необходимые для пуска, регулирования скорости, изменения направления вращения (движения) и электрического торможения, выполняют с помощью электрических аппаратов. Машинист может приводить их в действие либо непосредственно, либо используя промежуточные механизмы.

В первом случае система называется системой непосредственного управления, которая на магистральном ЭПС не применяется, а во втором — системой косвенного (дистанционного) управления.

Аппараты системы косвенного управления имеют приводы, которыми машинист управляет из кабины. В электрические цепи управления подается напряжение 24—110 В. При косвенном управлении удобно управлять несколькими электровозами и моторными вагонами из одной кабины машиниста по так называемой системе многих единиц.

По конструкции аппаратов системы косвенного управления делятся на три вида: с индивидуальными и групповыми контакторами, а также смешанные.

В системах с индивидуальными контакторами аппараты управления состоят из комплекта конструктивно самостоятельных выключателей — так называемых индивидуальных контакторов, снабженных приводом и электромагнитным дугогашением. Каждый контактор производит замыкание или размыкание двух точек электрической цепи. Применяют электромагнитные и электропневматические контакторы. В силовых цепях электровозов и моторных вагонов преимущественно используют электропневматические контакторы, обеспечивающие большее нажатие контакторов и быстрое гашение дуги, возникающей при разрыве больших токов и высоком напряжении. Электромагнитные контакторы устанавливают обычно во вспомогательных цепях высокого напряжения.

В групповых системах выключатели контакторного типа конструктивно объединены в один аппарат и имеют общий кулачковый вал. Групповые контакторы (контроллеры) имеют привод и поворачивающий вал. Распространение получили электропневматические и электродвигательные приводы.

Индивидуально-групповые (смешанные) системы управления, в которых использованы индивидуальные контакторы и групповые контроллеры, часто применяют на электровозах постоянного тока, в частности, на большинстве отечественных электровозов.

На электроподвижном составе в системах управления используют и бесконтактные элементы: полупроводниковые элементы (управляемые и неуправляемые) и магнитные усилители.

По способу воздействия на аппараты управления различают системы неавтоматического и автоматического управления.

При неавтоматической системе управления каждое из переключений в цепях выполняет машинист. При этом каждой позиции контроллера управления должно соответствовать лишь одно заданное положение аппаратов силовой цепи. Должна также соблюдаться установленная очередность замыкания и размыкания выключателей (контакторов) в цепи тяговых двигателей независимо от скорости передвижения рукоятки контроллера управления и скорости действия аппаратов.

При автоматическом управлении пуск или торможение начинает и прекращает машинист, ставя рукоятку контроллера в определенные фиксированные позиции. Остальные необходимые переключения в цепях, изменение параметров выполняются без участия машиниста.

Управление локомотивом и моторвагонным поездом — очень сложный процесс. Основная задача управления сводится к выполнению графика движения поездов. При этом должны быть обеспечены наиболее полное использование мощностей тяговых электродвигателей и сцепного веса локомотива, минимальный расход энергии, выполнение ограничений скорости (там, где это необходимо) и ряд других требований. Чтобы обеспечить безопасность движения, машинист обязан непрерывно наблюдать за состоянием пути, контактной сети и подвижного состава, за показанием сигналов, т.е. сохранять в памяти большое количество информации. Кроме того, машинисту приходится непрерывно наблюдать (т.е. воспринимать информацию) за работой многочисленных элементов оборудования локомотива и поезда, производить операции управления.

Очевидно, что выполнение всех этих функций требует чрезвычайного нервного и физического напряжения человека, поэтому процессы управления электроподвижным составом автоматизируют. Степень автоматизации может быть различной.

Многие операции автоматизированы даже в неавтоматических системах управления, например, введены устройства защиты от токов короткого замыкания, перегрузок, повышенного напряжения и т.п. Это простейшая автоматизация.

Очень важно автоматизировать операции управления, связанные с выполнением графика движения. Это осуществляют системы автоматического управления (САУ) пассажирскими электровозами и электропоездами, в том числе системы автоматического управления торможения (САУТ).

Совершенствование устройств управления открывает новые возможности для более полного использования мощностей электроподвижного состава и для облегчения труда локомотивных бригад. Большие возможности для автоматизации открывает плавное (неступенчатое) регулирование напряжения, примененное на электровозах ВЛ80р и ВЛ85; оно позволяет в эксплуатации быстро и точно изменять режимы движения.

Повышение скорости движения поездов до 200 км/ч и более возможно только на основе высокой степени автоматизации процессов управления как ЭПС, так и поездом. Например, на электровозе ЭП1, предназначенном для вождения пассажирских поездов, применяются: микропроцессорная система обеспечения безопасности движения тягового подвижного состава (АСУБ «Локомотив»); микропроцессорная система управления и диагностики (МСУД); комплексное локомотивное устройство безопасности (КЛУБ); система управления торможением (САУТ).

Для подвижного состава высокоскоростных магистралей (электропоезд «Сокол») разрабатывается комплексная бортовая система управления (КБСУ), включающая:

– БКСУ ТС — бортовые комплексные системы управления техническими средствами, предназначенные для контроля, диагностики и управления, которые включают: СУВО — система управления вагонным оборудованием; СУТТ — система управления тягой-торможением;

– БАСУ — бортовые автоматические системы управления движением и безопасности, которые включают: ИУСДП — информационно-управляющая система движения поезда;

– ТСКБМ — телеметрическая система контроля бодрствования машиниста;

– а также КЛУБ и САУТ-Ц;

– КСРОИ — комплекс средств сбора, преобразования, регистрации, хранения и обработки информации.

Работа по системе многих единиц. Два электровоза (или большее их число) и все моторные вагоны электропоезда соединяют автосцепкой и межэлектровозными (междувагонными) электрическими соединениями.

Схемы управления на каждой единице ЭПС выполняют так, чтобы при параллельной работе процессы в цепях управления на одном электровозе или вагоне не влияли на работу других. Замедленное действие аппаратов на одном электровозе (вагоне) не должно нарушать правильную очередность включения или выключения аппаратов на другом. Возможна также работа по системе многих единиц электровоза или вагона, на котором отключен неисправный тяговый электродвигатель. В этом случае порядок действия аппаратов осуществляется автоматически блокировками отключателей тяговых двигателей.

При групповых системах управления на электровозах предусматривается синхронная работа групповых контроллеров и переключателей ступеней, исключающая возможность их остановки на различных позициях, работу электровозов с различными напряжением и нагрузкой тяговых двигателей. На электропоездах синхронизация не предусматривается, переключение ступеней контролируется на каждом моторном вагоне своим реле ускорения.

Для контроля за работой электровозов и вагонов, соединенных по системе многих единиц, в кабинах машиниста установлена сигнализация.

12.8. Электрические аппараты и приборы На электроподвижном составе применяют аппаратуру как в тяговом исполнении, так и общепромышленного назначения, способную надежно работать в условиях вибрации, ударов и ускорений, при изменении температуры в широком диапазоне — от –50 до +60 °С.

Тяговые аппараты по назначению подразделяют на следующие группы: аппараты токосъема — токоприемники и заземляющие устройства (устройства для отвода тока), осуществляющие подвижное соединение цепей ЭПС с контактной сетью и колесными парами; коммутационные аппараты, предназначенные для переключений в цепях тяговых двигателей, вспомогательных машин и электрического отопления; пуско-тормозные резисторы и резисторы другого назначения; аппараты защиты электрооборудования от коротких замыканий, перегрузок и перенапряжений; регуляторы и датчики сигналов управления коммутационными, защитными аппаратами и вспомогательным оборудованием; контроллеры управления и др.

Заземляющие токоотводящие устройства. Их устанавливают для того, чтобы обеспечить прохождение тока силовых цепей тяговых двигателей, вспомогательных машин и отопления кабин машиниста к рельсам непосредственно через колесные пары и тем самым исключить повреждение и уменьшить износ отдельных деталей механической части, в частности роликовых подшипников и подшипников скольжения. Размещают заземляющие устройства на средней части оси колесной пары (чаще у моторных вагонов) или монтируют в буксе для отвода тока через торец оси.

Число точек отвода тока к колесной паре определяют расчетом.

Защитная аппаратура. К аппаратам защиты на электроподвижном составе относятся быстродействующие выключатели и контакторы, высоковольтные воздушные выключатели, автоматические выключатели, разрядники, плавкие предохранители, реле, устройство защиты от радиопомех.

Связанные определенным образом друг с другом и с коммутирующими аппаратами аппараты защиты образуют устройства защиты.

Устройства защиты подразделяют на две группы. К первой относят те из них, которые предотвращают появление аварийного режима — это защита от перенапряжения, земляная защита, защита от пробоя полупроводниковых приборов, от замедленного поворота вала переключателей ступеней, от нарушения режимов охлаждения (обогрева) и др.

Ко второй группе относят защиты от коротких замыканий, перегрузки тяговых двигателей и вспомогательных машин, дифференциальную защиту. Все они начинают действовать после возникновения аварийного режима, представляющего опасность для основного оборудования электровоза (вагона). Защиты воздействуют на быстродействующий выключатель ЭПС постоянного тока или главный выключатель ЭПС переменного тока, после отключения которых прекращается питание электроэнергией электровоза (моторного вагона).

Аппараты цепей управления. К таким аппаратам относятся контроллеры машиниста и т.д. Контроллеры — кнопочные выключатели для дистанционного управления силовыми аппаратами, реле для автоматизации процессов управления, электромагнитные вентили машиниста (контроллеры управления) служат для дистанционного управления работой тяговых двигателей при пуске, электрическом торможении и реверсировании ЭПС. Каждая рукоятка контроллера предназначена для выполнения определенных операций управления и имеет ряд фиксированных позиций. Одну из рукояток, обычно реверсивную, выполняют съемной. Она служит ключом, которым запирают остальные рукоятки в выключенном положении. Контроллеры снабжают системой механических блокировок между валами, которые позволяют снять реверсивную рукоятку только тогда, когда она находится в нулевом положении, и поставить ее в это положение только после того, как остальные рукоятки будут возвращены в нулевое положение.

Кроме переключения реверсоров с помощью реверсивной рукоятки иногда управляют контакторами или переключателем ступеней ослабления возбуждения, а на электровозах постоянного тока выбирают группировку тяговых двигателей при рекуперативном торможении. В этих случаях предусматривают дополнительные позиции.

Каждый контроллер имеет главную рукоятку, которой производят управление при пуске и регулировании скорости в тяговом режиме.

При автоматическом управлении контроллеры снабжают устройством безопасности. Рукоятка удерживается в нормальном положении весом руки машиниста. При снятии руки рукоятка под действием пружины поднимается вверх, что вызывает выключение цепей управления и открытие клапана экстренного торможения Пульт машиниста электровоза ВЛ80Р (рис. 12.22) заметно отличается от пультов других электровозов, хотя расположение приборов, выключателей и сигнальных ламп на нем традиционное. Контроллер машиниста имеет главный штурвал 13 с указателем зон и положений 12, тормозную рукоятку 6 с указателем положений 9.

Реверсивная рукоятка вставляется в вырез 10. К плите контроллера прикреплен указатель положении реверсора и ослабления возбуждения 11, лампа подсветки указателей положений 8 и кнопка бдительности 7. Группа сигнальных ламп 1, тумблеры выключения освещения 3 и дистанционного переключения аппаратуры управления 2, контрольно-измерительные приборы 4 расположены на передней панели. Справа от контроллера машиниста установлены кнопочные выключатели управления 5.

Реле в цепях электроподвижного состава служат для автоматизации процессов управления, защиты электрооборудования, используются в качестве промежуточных для размножения и передачи сигналов из одной цепи управления в другую. Рис. 12.22. Пульт машиниста электровоза ВЛ80р Наибольшее изменение получили электрические реле, а также тепловые, пневматические и воздушно-струйные.

В цепях высокого напряжения применяют реле повышенного и низкого напряжения, контроля защиты, рекуперации, боксования, максимальной токовой защиты, дифференциальные реле, тепловые, заземления, ускорения (минимального тока). В цепях управления применяют промежуточные реле, реле обратного тока, регуляторы напряжения, реле частоты вращения, тепловые, времени и реле давления. Питание катушки реле цепей управления получают от генератора управления низкого напряжения.

Реле максимальной токовой защиты применяют для предотвращения выхода из строя аппаратов и машин при перегрузках и коротких замыканиях, так как в ряде случаев опасными для электрооборудования могут быть токи, значительно меньшие тока вставки быстродействующего или главного выключателя.

Реле перегрузки тяговых двигателей типа РТ своими блок-контактами разрывает цепь быстродействующего (главного) выключателя или снимает нагрузку с тяговых двигателей, отключая выпрямительную установку или снимая ослабление возбуждения.

По такому принципу работают и реле перегрузки других типов.

Дифференциальное реле используют для обнаружения замыканий на землю в цепях тяговых двигателей и вспомогательных машин ЭПС постоянного тока.

Реле ускорения и торможения предназначены для автоматического управления работой групповых контроллеров электропоездов в зависимости от значения тягового или тормозного тока двигателя.

Реле боксования РБ-4М служит для сигнализации о боксовании колесных пар электровоза и для автоматического включения устройств, прекращающих боксование (подача песка, введение в цепь тяговых двигателей резисторов для ограничения тока и т.д.).

Электромагнитные вентили широко применяют на ЭПС для управления контакторами, быстродействующими выключателями и приводами других аппаратов.

Измерительные приборы. Они предназначены для контроля за работой оборудования электровозов и электропоездов. К ним относятся: амперметры для измерения тока в цепи тяговых двигателей, а также зарядного и разрядного токов аккумуляторной батареи; вольтметры для контроля за напряжением в контактном проводе, в цепях тяговых двигателей, генератора управления и зарядного агрегата; счетчик электроэнергии для учета электроэнергии.

Измерительные и контрольные приборы размещают на пульте в кабинах машиниста, в доступном месте машинного отделения или в высоковольтной камере.

Электрические схемы отображают связи между тяговыми двигателями и аппаратами, обеспечивающими выполнение операций, необходимых для управления электроподвижным составом, питания цепей собственных нужд и защиты электрооборудования. Электрические схемы, используемые на ЭПС, подразделяют на схемы цепей силовых, управления, вспомогательных и цепей защиты.

Резисторы. На ЭПС резисторы применяют в силовых цепях для пуска тяговых двигателей, нагрузки при реостатном торможении, шунтирования обмоток возбуждения тяговых двигателей при ослаблении возбуждения. Во вспомогательных цепях их применяют для ограничения пускового тока вспомогательных машин, а также в качестве дополнительных у различных аппаратов и реле. Резисторы собирают из элементов, которые объединяют в ящики или монтируют на панелях и каркасах, отдельных или общих с аппаратами.

Для малых нагрузок на ЭПС применяют трубчатые эмалированные проволочные резисторы различных типов.

Переключатели. Переключателями называют групповые контакторы, изменяющие направление тока или режим работы. К ним относятся реверсоры и тормозные переключатели, переключатели режимов при работе электровозов по системе многих единиц постоянного и переменного тока на ЭПС двойного питания и т.п.

Эти аппараты обычно имеют электропневматический двухпозиционный привод с дистанционным управлением и контактную систему без дугогашения, чем и объясняется требование о переключениях этих аппаратов только при отсутствии тока в их силовой цепи.

На электровозах ВЛ60к и ВЛ80 ступени напряжения трансформатора переключают главным контроллером (переключателем ступеней) ЭКГ-8. Контроллер имеет четыре кулачковых контактора с дугогашением, 30 кулачковых контакторов без дугогашения, кулачковые валы, электрический привод, управляемый с помощью электромагнитных вентилей, и блокировочные устройства с контакторными элементами. Контакторный элемент без дугогашения отличается от элемента с дугогашением тем, что не имеет разрывных контактов и дугогасительной системы.

Для пригородного пассажирского сообщения на электрифицированных линиях используются электропоезда, состоящие из моторных и прицепных электровагонов. Мощность моторного вагона рассчитана на передвижение совместно с одним или двумя прицепными вагонами. В зависимости от размера пассажиропотоков поезда формируются из 4, 6, 8, 10 и 12 вагонов. На пригородных линиях, электрифицированных на постоянном токе, используют электропоезда серий ЭР1, ЭР2, ЭР22М, а для линий, работающих на переменном токе, — серий ЭР9П и ЭР9М.

Посадка и высадка пассажиров из вагонов электропоездов обычно производятся с высоких платформ. Электропоезда ЭР2 и ЭР имеют подножки и могут эксплуатироваться также на участках с низкими платформами. Все современные электропоезда имеют широкие раздвижные входные двери, управляемые машинистом с помощью сжатого воздуха.

Механическая часть вагонов состоит из кузова, тележек, сцепных приборов и тормозного оборудования. Сцепные приборы установлены на раме кузова. Для обеспечения большей плавности движения тележки имеют двойное рессорное подвешивание с особыми устройствами для смягчения толчков. На моторных вагонах электропоездов серий ЭР1, ЭР2, ЭР22 и ЭР9 установлено по четыре тяговых электродвигателя, имеющих опорно-рамную подвеску. В отличие от электровозных они имеют одностороннюю зубчатую передачу и вентилятор, расположенный на валу якоря.

В основном электрическое оборудование электропоездов аналогично оборудованию электровозов; для увеличения площади пассажирского помещения оно размещается под кузовом и частично на крыше вагона. Управляется электропоезд с помощью контроллера из кабины машиниста. Принципы управления тяговыми электродвигателями те же, что и на электровозе, однако в электропоезРис. 12.23. Электропоезд ЭР дах предусматривается устройство автоматического пуска, где специальное реле ускорения обеспечивает постепенное выключение пусковых резисторов, или переключение выводов вторичной обмотки трансформатора с поддержанием заданного пускового тока.

14-вагонный электропоезд постоянного тока ЭР200, выпущенный Рижским вагоностроительным заводом в 1989 г. и имеющий конструкционную скорость 200 км/ч, (рис. 12.23), предназначен для пассажирского сообщения на линиях с высокоскоростным движением.

Для пополнения и обновления эксплуатационного парка электропоездов к их выпуску приступили ОАО «Торжокский вагоностроительный завод» и ОАО «Демиховский машиностроительный завод». Электропоезда Торжокского завода получили обозначение ЭТ, а Демиховского — ЭД.

Новые скоростные электропоезда ЭД4МК, курсирующие на нескольких направлениях столичной магистрали, быстро завоевали признание пассажиров повышенной комфортностью, удобством, уровнем сервиса, технической оснащенностью. В состав поезда входят три вагона 1 класса с двухместными мягкими креслами, три 2 класса с двухместными и трехместными сиденьями и четыре вагона 3 класса с шестиместными мягкими диванами. Вагоны оборудованы биотуалетами, видеоаппаратурой, люминесцентным освещением, в составе — два буфета. На электропоездах применяется унифицированная система автоведения поезда САВПЭ–М. В бортовой компьютер заложены график движения, предупреждения об ограничении скорости, необходимая информация для пассажиров по громкоговорящей связи и для «бегущей строки» в вагоне. Конструкционная скорость электропоезда, обращающегося на участках с напряжением в контактной сети 3000 В, составляет 130 км/ч.

На базе серийных составов постоянного тока ЭТ2 на Торжокском вагоностроительном заводе разработан электропоезд ЭТ2Л.

Он имеет конструкционную скорость 130 км/ч. Поезд формируется из вагонов обычной и улучшенной планировки. В поезде имеется вагон-бар, экологически чистые туалеты, люминесцентные светильники. Данные электропоезда могут эксплуатироваться на направлениях в 200—250 км при наличии в расписании обычных электричек с остановками на всех промежуточных пунктах.

Электропоезд «Сокол» — качественно новое транспортное средство, предназначенное для эксплуатации на высокоскоростных магистралях. Поезд предназначен для эксплуатации на электрифицированных линиях переменного тока напряжением 25 кВ и постоянного — напряжением 3 кВ. Моторный состав поезда (базовый 12-вагонный вариант) формируется из четырех секций — по три вагона каждая. Трехвагонная секция имеет полный комплект тягового, тормозного и контрольного оборудования. Кузова вагонов изготовлены из алюминиевых сплавов. Все вагоны, кроме головных, имеют одинаковые внутренние размеры пассажирских салонов. Кузов вагона (цельносварной, цельнонесущий) разделен полом на две части: пассажирский салон и подвагонный отсек для оборудования. Конструкционная скорость электропоезда «Сокол» составляет 250 км/ч.

Электропоезд переменного тока ЭН3 с асинхронными тяговыми двигателями и рекуперативным тормозом разработан на предприятии ОАО НПО «Новочеркасский электровозостроительный завод». Поезд предназначен для перевозки пассажиров на пригородных участках, электрифицированных на переменном токе с напряжением в контактной сети 25 кВ, 50 Гц.

Десятивагонный поезд (основная составность) имеет четыре моторных, четыре головных и два прицепных вагона, сформированных из двух пятивагонных сцепов по схеме (Г + М + П + М + Г) + (Г + М + + П + М + Г). Возможно формирование поезда из девяти, восьми, семи и шести вагонов с двумя головными.

Асинхронный тяговый привод с электронной системой управления и рекуперативным тормозом позволяет сократить затраты на изготовление и эксплуатацию поезда. Вагоны электропоезда имеют 1004 места для сидения. Номинальная населенность с учетом мест для сидения и поездок стоя (из расчета пять человек на один кв. м свободной площади) составляет 2314 пассажиров. Система шумои теплоизоляции салонов выполнена с применением трудногорючих пеноуретанов, имеющих низкий коэффициент теплопередачи.

Боковые стены облицованы панелями, которые в авиастроении используются для пассажирских салонов самолетов. Мягкие диваны имеют форму, соответствующую современным эргономическим требованиям. Салоны освещаются светильниками дневного света, образующими две линии по потолку над проходом.

Электропоезд рассчитан на конструкционную скорость 130 км/ч.

Общая номинальная мощность 16 асинхронных тяговых электродвигателей типа НТА 350 — 5600 кВт. Масса тары поезда равна 528 т.

Прицепные вагоны могут выпускаться в двух вариантах: с обыкновенными салонами и с салонами люкс. В последних устанавливаются мягкие кресла и имеется бар. Экологически чистые туалеты, расположенные в головных вагонах, оборудованы умывальником, унитазом и зеркалом.

Сварной цельнонесущий кузов вагонов выполнен из продольных и поперечных элементов, на которые крепится стальная обшивка. Конструкция рамы кузова позволяет заменять автосцепку и поглощающий аппарат без выкатки тележек. В двухосных моторных тележках применены опорно-рамное подвешивание тяговых двигателей и опорно-осевой редуктор, соединенный с тяговым двигателем упругой муфтой.

Пульт управления блочного типа, его форма и конструкция позволяют одновременно наблюдать за средствами информации и впереди лежащим путем.

13.1. Общие понятия об устройстве тепловоза По роду службы тепловозы подразделяются на грузовые, маневровые, пассажирские (рис. 13.1). Тепловоз состоит из четырех основных частей: дизеля, вспомогательного оборудования, передачи и экипажа. Дизель 1 (рис. 13.2) превращает химическую энергию топлива в механическую и отдает ее тяговому электрическому генератору 2, вращая его якорь. Тяговый генератор превращает механическую энергию в электрическую и по кабелям передает ее тяговым электродвигателям 3. В свою очередь тяговые двигатели превращают электрическую энергию в механическую и вращают колесные пары 4 тепловоза.

Большинство грузовых тепловозов состоит из двух секций, соединенных автосцепкой. Каждая секция представляет собой самостоятельный локомотив, имеющий кабину управления, и в случае необходимости может эксплуатироваться отдельно. Из отдельных секций можно сформировать тепловоз практически любой необходимой мощности; им управляют с одного поста, при этом используется полная сила тяги каждой секции.

Рис. 13.2. Схема передачи энергии от дизеля к колесным парам на тепловозе Рис. 13.3. Расположение оборудования на тепловозе 2ТЭ10:

1 — пульт управления; 2 — ручной тормоз; 3 — вентилятор кузова; 4 — вентилятор охлаждения тягового генератора; 5 — редуктор генератора; 6 — сифон; 7 — центробежный нагнетатель воздуха; 8 — холодильник поддувочного воздуха;

9 — тяговый генератор; 10 — дизель; 11 — выпускная труба; 12 — турбокомпрессор; 13 — резервуар противопожарного агрегата; 14 — водяной бак; 15 — подпятник вентилятора; 16 — колеса вентилятора; 17 — карданный вал; 18 — секции холодильника; 19 — гидропривод вентилятора; 20 — тяговые двигатели;

21 — главная рама тепловоза; 22 — тележки; 23 — топливный бак; 24 — ящик ной части и т.п. Расположение оборудования на дизельном локомотиве с электрической передачей постоянного тока показано на рис. 13.3.

Кузов, рама тепловоза и все оборудование опираются на две трехосные бесчелюстные тележки с эластичной тяговой передачей. Нагрузка от рамы тепловоза на каждую тележку передается через четыре резинороликовые опоры.

Центральный шкворень воспринимает только горизонтальные усилия от силы тяги и торможения и служит центром поворота тележки относительно кузова.

Тепловозы с гидравлической передачей имеют несколько иное оборудование. У них вращающий момент от дизеля к колесным парам передается через специальные гидроаппараты. В тележках установлены осевые редукторы, которые приводит во вращение дизель с помощью карданных валов. Гидропередача может быть либо чисто гидравлической, либо гидромеханической. При гидравлической передаче вращающий момент от коленчатого вала дизеля к движущим колесным парам передается только через гидравлические аппараты, в гидромеханической же передаче — через гидравлический агрегат, зубчатые редукторы и карданные валы.

13.2. Основные технические характеристики тепловозов Серии тепловозов, т.е. группы тепловозов, построенных по одним и тем же чертежам, принято обозначать сочетанием заглавных букв и цифр. У всех тепловозов последней постройки наименование серии начинается с буквы Т, что означает тепловоз. Вторая буква указывает на тип передачи (Э — электрическая, Г —гидравлическая), третья буква определяет род службы тепловоза (П — пассажирский, М — маневровый; у грузовых тепловозов третья буква не ставится).

Цифры после букв указывают номер серии тепловоза.

По ним можно определить также и завод-изготовитель. Цифра перед буквенным обозначением указывает на число секций многосекционного тепловоза. Буква после номера серии указывает либо на модернизированный вариант (2ТЭ10М, 3ТЭ10М), либо на заводизготовитель (2ТЭ10Л — Луганск). Однако есть отклонения от этой системы. Например, ТУ2 — тепловоз, узкоколейный (У), второй вариант (2), т.е. вторая буква (У) не означает тип передачи. В обозначении серии тепловозов, импортированных из других стран, введена буква, указывающая страну-изготовитель (тепловозы ЧМЭЗ и ВМЭ изготовлены соответственно в Чехии и Венгрии).

Тип экипажа, число, расположение колесных пар определяют осевую характеристику тепловоза, аналогичную осевой характеристике электровоза. Характеристики и основные параметры тепловозов приведены в Приложении, пассажирских — табл. 12, грузовых — табл. 13, маневровых — табл. 14, опытных — табл. 15.

13.3. Основы устройства дизеля, принцип его работы Основные определения. Дизелем называют поршневой двигатель с самовоспламенением топлива от сжатия, у которого процесс сжигания топлива и превращение выделенного тепла в механическую работу происходят в цилиндрах. При сжигании топлива в цилиндре (замкнутом объеме) образуются продукты сгорания — газы с большим давлением и высокой температурой. Сила давления газов перемещает поршень, прямолинейное движение которого в цилиндре передается через шатун и кривошип на коленчатый вал, поворачивая его. И, наоборот, если вращать коленчатый вал, то поршень будет совершать возвратно-поступательное движение.

В зависимости от ратепловозного дизеля бочего цикла дизели могут быть четырех- и двухтактные, а по расположению цилиндров — однорядные, двухрядные, с V-образным расположением (рис. 13.4).

Рабочий цикл — это совокупность периодически повторяющихся процессов, происходящих в цилиндрах в определенной последовательности при преобразовании теплоты в механическую работу. Периодичность рабочих циклов характеризуется числом ходов поршня (тактов). Тактом называют часть рабочего цикла, совершающегося в цилиндре при перемещении поршня из одного крайнего положения в другое (т.е. за один ход поршня). Крайние положения поршней называют мертвыми точками, потому что в них ось шатуна совпадает с осью кривошипа и давление рабочего тела на поршень не вызывает его перемещения.

Четырехтактный дизель. Дизель, в котором рабочий цикл совершается за четыре такта, называется четырехтактным. Принцип работы четырехтактного двигателя показан на рис. 13.5. При движении поршня 2 от верхней мертвой точки вниз (1 такт – наполнение) воздух подается в цилиндр через открытый впускной клапан 5. При обратном движении поршня (2 такт — сжатие), когда клапаны 5 и закрыты, происходит сжатие воздуха, сопровождающееся сильным его нагреванием. В конце этого такта в цилиндр впрыскивается дизельное топливо, которое самовоспламеняется. В цилиндре повышаются давление и температура; продукты сгорания топлива давят на поршень, перемещают его вниз и совершают при этом полезную работу (3 такт — расширение). При следующем ходе поршня вверх происходит выпуск отработавших газов из цилиндра. Таким образом, рассмотренные процессы, составляющие рабочий цикл работы четырехтактного двигателя: третий.

1 — цилиндр; 2 — поршень; 3 — шатун; 4 — Двухтактный дизель.

кривошип; 5 — впускной клапан; 6 — выпускРабочий цикл в нем соверной клапан (один оборот коленчатого вала), причем основные такты (сжатие и рабочий ход) остаются, а вспомогательные (наполнение и выпуск) работы двухтактного двигателя:

1 — цилиндр; 2 — продувочные окна; 3 — шатун; 4 — кривошип; 5 — поршень; 6 — топливо, которое самовоспламеняется. Продукты сгорания топлива давят на поршень и, перемещая его, совершают полезную работу (2 такт — рабочий ход, выпуск). В конце 2 такта открываются вначале выпускные окна, через которые выходят отработавшие газы (предварение выпуска), а затем продувочные окна, через которые поступает сжатый воздух для продувки и наполнения цилиндра.

Таким образом, работа двухтактного двигателя происходит за два хода поршня, т.е. за один оборот коленчатого вала.

Мощность двигателя пропорциональна количеству сжигаемого в цилиндре топлива, однако чем больше сжигается топлива, тем больше нужно подать воздуха. В связи с этим в двигателях современных тепловозов воздух в цилиндры нагнетается под давлением (1,35—2,4)·105 Па, что существенно увеличивает мощность двигателя.

Продувка и наддув дизелей. Для улучшения очистки цилиндров от отработавших газов, а следовательно, повышения мощности, КПД в дизелях осуществляется продувка и наддув. Часть такта, когда открыты впускные и выпускные окна, называется продувкой.

Процесс, когда выпускные органы дизеля закрыты, а через впускные продолжает поступать свежий заряд в цилиндр, называется наддувом. Для осуществления продувки и наддува в тепловозных дизелях используют различного рода нагнетатели: роторные, центробежные, турбокомпрессоры. Наибольшее распространение получили турбокомпрессоры.

На современных тепловозах распространены двухтактные двигатели 10Д100 и четырехтактные 5Д49. Особенность конструкции двигателя 10Д100 состоит в том, что поршни встречно движущиеся, а продувка прямоточная.

13.4. Вспомогательное оборудование тепловоза На тепловозе имеются специальные системы, обеспечивающие бесперебойную подачу топлива и воздуха в дизель, смазывание трущихся частей, охлаждение нагревающихся узлов. Эти системы и относят к вспомогательному оборудованию дизеля.

Топливная система обеспечивает подачу в дизель топлива. Топливные системы (рис. 13.7) на всех отечественных тепловозах имеют почти одинаковое взаимное размещение основных частей, к которым относятся топливные баки, топливоподкачивающие насосы, фильтры и трубопроводы. Запасы топлива хранятся в баках, емкость современных магистральных тепловозов выше 8 тыс. л, что обеспечивает их пробег не менее 1000 км без экипировки. Они предотвращают попадание в топливную систему посторонних механических примесей. Расход топлива на тепловозах контролируют с помощью топливомерных Рис. 13.7. Схема топливной системы тепловозного дизеля: имеют топливомерные стекла.

1 — корпус теплообменника (топДля устойчивой работы дизеля ливоподогревателя); 2, 4, 14, 15 — трубопроводы; 3 — топливный коллектор; 5 — перепускной клаС. При более низких темпепан; 6 — фильтр тонкой очистки;

7 — нагнетательная труба; 8 — ратурах вязкость топлива возрастает, электродвигатель; 9 — вспомога- а при минусовой содержащийся в нем тельный топливоподкачивающий насос; 10 — сетчатый фильтр грусетки фильтров и трубопроводы. Это бой очистки; 11 — заборная труможет привести к прекращению подаба; 12 — предохранительные сетчи топлива в коллектор. Для поддерки; 13 — топливомерные стекла;

16 — топливный бак жания необходимой температуры топлива через коллектор насосом прокачивается в 3—4 раза больше топлива, чем потребляется дизелем при максимальной мощности. Избыток топлива, нагреваясь от деталей дизеля, по трубопроводам и через корпус теплообменника (топливоподогревателя) возвращается в бак к месту забора трубой. В летнее время во избежание ненужного перегрева топлива его сливают по трубопроводу непосредственно в бак.

Предусмотрен вспомогательный топливоподкачивающий насос шестеренного типа, установленный на одном основании с электродвигателем. Чтобы повысить надежность работы топливной системы, на тепловозах 2ТЭ116 устанавливают два топливоподкачивающих насоса. Один из них с электроприводом используют при пуске дизеля, а при работе дизеля он становится резервным. Другой насос обеспечивает питание дизеля при его работе и приводится в действие от коленчатого вала.

Как видно из схемы, топливо на своем пути многократно очищается, проходя через фильтры. Обычно в системе применяют фильтры не менее чем трех типов: предохранительные сетки заливочных горловин, фильтры грубой и тонкой очистки. Давление топлива в системе контролируют дистанционные манометры.

Система воздухоснабжения дизеля предназначена для забора воздуха из атмосферы, его очистки, охлаждения и подачи в дизель в количестве и под давлением, достаточными для полного сгорания топлива и продувки цилиндров. В систему воздухоснабжения входят маслопленочные или сетчатые непрерывного действия воздухоочистители, агрегаты наддува и продувки (нагнетатели) и воздухоохладители.

Масляная система предназначена для непрерывной подачи масла к трущимся деталям дизеля и охлаждения отдельных его деталей (например, поршней). В масляную систему входят масляные насосы, фильтры, трубопроводы, клапаны, контрольные приборы.

Резервуаром для хранения запасов масла служит картер дизеля. Схема масляной системы дизеля 2Д100 тепловоза ТЭЗ показана на рис. 13.8. Фильтрующим элементом в нем служат пакеты из картона, оклеенного фильтровальной бумагой. Масляную систему заполняют маслом через горловину, вваренную в картер. Сливают масло из картера по трубе с вентилем.

Водяная система служит для охлаждения сильно нагревающихся узлов дизеля. Самым эффективным способом отвода теплоты от неподвижных деталей (цилиндровые втулки, крышки цилиндров и др.) признано охлаждение их циркулирующей водой. На тепловозах применяются замкнутая принудительная открытого типа система охлаждения с одним или двумя контурами циркуляции. Принципиально устройство водяных систем с одним кругом циркуляции (рис. 13.9) одинаково у тепловозов различных типов. Вода, отбирая теплоту у нагретых деталей, сама нагревается. Для поддержания ее температуры в допустимых пределах применяют специальное охлаждающее усРис. 13.8. Схема масляной системы тепловоза ТЭ3:

1 — масляный насос дизеля; 2 — всасывающая труба; 4, 15, 20, 22, 25 — трубы;

3 — центробежный фильтр; 5 — патрубок; 6 — невозвратный клапан; 7 — фильтр тонкой очистки; 8 — общие верхние коллекторы; 9 — холодильник; 10 — задние коллекторы; 11, 12, 13 — вентили; 14 — трубопровод; 16 — байпасные клапаны;

17 — фильтр грубой очистки; 18 — невозвратный клапан; 19 — масло-прокачивающий невозвратный клапан; 21 — насос высокого давления; 23 — маслопрокачивающий насос; 24 — вентиль; 26 — картер тройство — холодильник. Водяные секции и холодильника устроены аналогично масляным. Главное их отличие в том, что они имеют шахматное расположение трубок, в то время как в масляных секциях трубки размещены в коридорном порядке. Принудительная циркуляция воды осуществляется центробежным насосом открытого типа.

Водяной насос приводится во вращение от коленчатого вала дизеля.

Для измерения температуры воды применяют электротермометр.

Вода в трубках секций холодильника охлаждается атмосферным воздухом, омывающим эти трубки снаружи; загрязненная вода из холодильника сливается через трубку. Атмосферный воздух перегоняется через секции холодильника вентилятором. В результате вода выходит из нижних коллекторов секций холодильника уже охлажденной и снова засасывается насосом. Так замыкается круг циркуляции.

Рис. 13.9. Схема системы охлаждения дизеля:

1, 2 — водяные секции холодильника; 3 — верхние коллекторы; 4 — трубопровод; 5 — водяной (расширительный) бак; 6 — электро-термометр; 7 — дизель;

8 — коллектор горячей воды; 9 — выпускные коллекторы; 10 — пространство между двойными стенками двух выхлопных патрубков; 11 — водяной насос;

12 — выхлопные патрубки; 13 — нижние коллекторы; 14, 15 — трубы Горячую воду на тепловозах используют для обогрева кабины машиниста. Она поступает в калорифер, установленный в кабине. В зимнее время воду используют также для подогрева топлива с помощью топливоподогревателей.

На некоторых тепловозах применен и второй круг циркуляции для охлаждения наддувочного воздуха. В каждом круге циркуляции имеется отдельный водяной насос.

Любой дизель работает более экономично при постоянном режиме. Это значит, что при всех скоростях движения тепловоза мощность двигателя должна оставаться неизменной. Для этого на тепловозах устанавливают специальную передачу между коленчатым валом дизеля и колесами локомотива, которая соответствующим образом трансформирует вращающий момент дизеля. Применяются передачи трех видов: электрическая, гидравлическая, механическая.

При механической передаче коленчатый вал дизеля соединен с колесными парами муфтами сцепления и зубчатой передачей (коробкой передач), позволяющей получать три или четыре ступени скоростей. Муфта сцепления, фрикционная или магнитная, позволяет плавно включать ступени скорости. Механическая передача проста по устройству, легкая, дешевая в изготовлении, имеет высокий коэффициент полезного действия. Однако при переключении скоростей возникает резкое падение и последующее возрастание силы тяги, что вызывает сильные рывки в составе. Поэтому механическая передача применяется лишь в мотовозах, автомотрисах и дизельных поездах сравнительно небольшой мощности.

Гидравлическая передача не имеет недостатков, присущих механической передаче, она дешевле и проще электрической. Гидравлическая передача (гидропередача) состоит из гидротрансформаторов, гидромуфт, коробки скоростей, реверсивного механизма, осевых редукторов и карданного привода к ним. Силовыми элементами гидравлических передач являются гидротрансформаторы и гидромуфты. Оба эти агрегата представляют собой сочетание центробежного насоса, соединенного с валом двигателя и гидравлической турбины, работающей за счет энергии струи жидкости, нагнетаемой насосом.

Принцип работы гидравлической передачи основан на использовании кинетической энергии жидкости, т.е. передача энергии осуществляется за счет динамического напора рабочей жидкости.

Гидротрансформатор осуществляет преобразование вращающего момента, т.е. может изменять вращающий момент ведущего вала по отношению к моменту ведомого. Изменяя момент, он изменяет и силу тяги тепловоза в зависимости от скорости его движения.

В некоторых гидропередачах нашли применение комплексные гидротрансформаторы, у которых направляющие аппараты укреплены с помощью муфт свободного хода (автологи). При таком креплении гидротрансформатор при определенных моментах может работать как гидромуфта.