Потапов M.Г. Карьерный транспорт‚. Трасса, план и профиль пути. 7 План пути
 Скачать 6.98 Mb.
|
|
§ 4. Тепловозы 63 Тепловозом называется локомотив, оборудованный двигателем внутреннего сгорания. По способу передачи вращающего момента на движущие оси различают тепловозы смеха- нической, электрической и гидромеханической передачей. У тепловозов с механической передачей вращение от двигателя к движущим осям передается также, как у автомобилей (через коробку передачи сцепление. Такая система используется при мощности не более 220 кВт. Тепловозы с электрической передачей находят широкое применение на железных дорогах общего пользования и на карьерах. Электрическая передача заключается в том, что двигатель внутреннего сгорания (дизель) вращает генератор постоянного или переменного тока, который питает электроэнергией тяговые электродвигатели и вспомогательные машины. Гидромеханическая передача представляет собой соединение обычной гидропередачи с механической (зубчатой) и позволяет передавать большую мощность, чем гидравлическая (до 750 кВт. Для оценки тепловозной тяги по технико-эксплуатационным показателям наиболее важными характеристиками являются коэффициент полезного действия тепловозов, составляющий 24—26%; значительная автономность тепловозов, не требующих контактной сети и не нуждающихся в частом пополнении запаса воды и топлива высокая приспособленность к переменному режиму работы, характерному для карьерных условий (по гибкости регулирования силы тяги тепловоз с электрической передачей стоит выше электровоза. Тепловозная тяга получила значительное распространение на рудных и угольных карьерах. В настоящее время тепловозы применяются на карьерах Центрального и Ново-Криворожского горно-обогатительных комбинатов, Качканарском, Коршуновском и Михайловском железорудных карьерах, Донских хромитовых карьерах, угольных карьерах Кузбасса и ряде других. В качестве локомотивов здесь используются ,односекцион-ные маневровые тепловозы ТГМ-3 и ТЭМ-1, а также одна секция магистрального тепловоза ТЭ-3. 64 Характеристика тепловозов ТГМ-3 ТЭМ-1 ТЭМ-2 ТЭ-3 Тепловоз число секций 1 1 1 2 длина, мм 12 600 29 969 16 969 33 948 Осевая формула 2 0 - 2 0 2 0 - 2 0 2 0 - 2 0 2(3 0 - 3 0 ) Сцепной вес, кН 680 1235 1224 2520 Дизель марка М Д ПД1 Д номинальная мощность, кВт 550 736 880 1470 Номинальная частота вращения, об/мин 1400 740 750 850 Мощность на ободе движущих колес, кВт — 550 660 2430 Тип передачи Гидромеханическая Электромеханическая Расчетная сила тяги, кН — — — 404 Расчетная скорость, км/ч — — — 20,5 Мощность главного генератора, кВт — 780 700 1350 Мощность тягового двигателя, кВт — 108 108 206 Тепловоз ТГМ-3. Главная рама тепловоза, несущая кузов вагонного типа и силовую дизельную установку со вспомогательным оборудованием, опирается на две двухосные тележки. На тепловозе установлены четырехтактный двенадцатицилиндровый дизель Ми гидромеханическая передача, состоящая из гидротрансформатора и коробки передач. Дизель соединен карданным валом с гидротрансформатором и коробкой перемены передач, откуда мощность через другие карданные валы передается к осевым редукторам, расположенным на всех четырех осях тепловоза. В кабине машиниста размещен пульт управления тепловозом с приборами, контролирующими работу силовой установки и вспомогательных агрегатов. Тепловоз ТЭМ-1 (рис. 40) с электрической передачей сцепным весом 1235 кН имеет дизель мощностью 736 кВт. Оборудование тепловоза монтируется на главной раме, которая устанавливается на двух трехосных тележках. Кузов тепловоза состоит из пяти частей холодильной камеры, машинного отделения, высоковольтной камеры, кабины машиниста и отсека аккумуляторных батарей. В кабине установлен пульт с приборами управления тепловозом. Навалу дизеля Д находятся главный генератор, компрессор, вентиляторы охлаждения тяговых двигателей, генератор для питания цепей управления и освещения, вентилятор холодильника. Рис. 40. Тепловоз ТЭМ-1 В результате модификации на базе тепловоза ТЭМ-1 создан тепловоз ТЭМ-2 с дизелем мощностью 880 кВт. Тепловоз ТЭ-3 (рис. 41) со сцепным весом одной секции 1260 кН в каждой секции имеет дизель мощностью 1470 кВт. 65 Рис. 41. Тепловоз ТЭ-3 Силовая установка и кузов тепловоза размещаются на главной раме, опирающейся на две трехосные тележки. Взаимозаменяемые тележки тепловоза имеют роликовые буксы. Передний конец дизеля полужесткой муфтой связан с главным генератором постоянного тока, а задний конец вала связан с распределительным редуктором, от которого приводятся в движение компрессор, вентилятор тяговых двигателей и вентилятор холодильника. Ток главного генератора поступает к шести тяговым двигателям последовательного возбуждения. Регулирование скорости тепловоза и его силы тяги производится изменением возбуждения генератора и частоты вращения дизеля посредством изменения подачи топлива. Каждая секция тепловоза имеет один пост управления. Для тепловозов характерно, что мощность, реализуемая для тяги, те. мощность на ободе движущих колес, составляет всего 75—80% мощности дизелей. Остальные 25—20% мощности расходуются на приведение в действие систем охлаждения, вспомогательных машин и т. п. Имеющийся опыт применения тепловозов в карьерах подтверждает целый ряд их эксплуатационных положительных качеств. Использование тепловозов исключает надобность в контактной сети, которая удорожает транспорт и вносит значительные осложнения в работу карьера. На действующих карьерах стоимость контактной сети составляет 12—15% общей стоимости транспортирования. При наличии контактной сети затрудняется ведение взрывных работ, усложняются переходы экскаваторов из забоя в забой и перевозка по железнодорожным путям негабаритного оборудования (буровых станков, кранов и т. д. Крайне нежелательна контактная сеть на отвалах, где обычно неудовлетворительное ее состояние резко сокращает скорость движения электровозов. Все эти обстоятельства, трудно оцени- мые в стоимостном выражении, имеют существенное значение при оценке эффективности применения тепловозной тяги в карьерах. Анализируя результаты работы тепловозов в карьерах, можно отметить, что современные тепловозы наиболее эффективны в карьерах незначительной глубины при большой протяженности путей. Капитальные затраты на приобретение основного оборудования при тепловозном транспорте на 15—20% выше, чем при электровозном. Автономность тепловозного транспорта позволяет сократить сроки горно-капитальных работ. Сокращение времени на переукладку неэлектри- фицированных путей, отсутствие потерь рабочего времени приведении взрывных работ для отключенной контактной сети повышает производительность погрузочно-транспортного комплекса на 10—15%. § 5. Ремонт локомотивов Для содержания локомотивов в исправном состоянии и пополнения запаса топлива, воды, смазки и песка на карьерах предусматриваются локомотивные депо и экипировочные пункты. Для электровозов и тяговых агрегатов установлены следующие виды ремонтов малый периодический, большой периодический, подъемочный, заводские ремонты первого и второго объема. Для электровозов установлен также контрольно-технический осмотр. При контрольно-техническом осмотре проверяются ходовые части, сцепные приборы, тормозная и пневматическая системы. Осмотр обычно производится электровозной бригадой на линии вовремя приема смены и, как правило, без захода в депо. 66 Малый периодический ремонт производится один разв меси занимает 1—1,5 сут. При этом тщательно проверяются все элементы механической и электрической части с устранением замеченных неисправностей. Подъемочный ремонт производится один разв мес. При этом производится выкатка и обточка колесных пар, разборка тяговых двигателей и вспомогательных машин с пропиткой якоря. Заводской ремонт первого объема производится один разв года, а второго объема — один раз залет. Эти ремонты выполняются на электровозоремонтных заводах или в специализированных цехах заводов при предприятии. Время ремонта составляет 20—25 сут. Здание депо состоит из ряда специализированных стойл для производства того или иного вида ремонта и мастерских. Стойла оборудуются смотровой канавой, представляющей собой углубление между нитками пути, и подъемным краном. Число стойл определяется общим объемом ремонтных работ на предприятии, а длина — типом локомотива. В электровозных депо имеются мастерские слесарно-механическая, электромашинная, пропиточно-сушильная, электроаппаратная, кузнечная, бандажная, заливочная, сварочная, компрессорная, столярная, испытательная станция и ряд других. Локомотивные депо разделяются, на основные и смотровые. Смотровые депо имеют всего одну канаву и предназначенье для технического осмотра и периодического ремонта электровозов. Смотровые депо строят в случаях, когда на предприятии имеется несколько отдельных направлений. Основные депо сооружаются на площадке технологического комплекса карьера или вблизи породных станций. Обычно на карьерах строят совмещенные электровозовагонные депо с выделением соответствующих стойл и помещений для ремонта электровозов и вагонов. Для тепловозов установлены малый периодический, большой периодический, подъемоч- ный и заводской ремонты. Малый периодический ремонт производят через 1,5 мес работы. При этом профилактически осматривают и ремонтируют ответственные узлы и части тепловозов, устраняют дефекты, которые не могут быть выполнены силами локомотивной бригады. Большой периодический ремонт производят через 7—8 мес работы. В этом случае осматривают и ремонтируют поршневую группу двигателя внутреннего сгорания, коренные подшипники коленчатого вала двигателя, а также другие вспомогательные агрегаты тепловозов. Подъемочный ремонт производится через 15 мес работы. При этом производятся обточка колесных пар, ремонт ходовых частей, осмотр, ремонт и пропитка тяговых двигателей, ремонт двигателей внутреннего сгорания и других вспомогательных устройств, узлов и частей тепловозов. Заводской ремонт тепловозов производится через 5 лет работы. При ремонте восстанавливают основные части и отдельные узлы тепловоза дизеля, главного генератора, вспомогательного генератора, компрессора, холодильника, тяговых электродвигателей и экипажа. Для ремонта локомотивов целесообразно применять агрегатный метод, суть которого заключается в том, что заранее отремонтированные узлы и агрегаты (тележки, двигатели, аппараты, и пр) устанавливаются на прибывший в ремонт локомотива изношенные агрегаты снимаются с локомотива и отправляются в цехи для ремонта. Такой метод улучшает качество ремонта и сокращает время простоя локомотива в ремонте. Работающий локомотив должен периодически пополнять израсходованные запасы воды, топлива, смазки, песка. Для этой целина станциях карьеров предусматриваются экипировочные пункты со складами топлива и смазки, гидроколонками и песко-сушилками. Для сокращения времени простоя локомотивов под экипировкой все операции должны быть механизированы. 67 ГЛАВА 5. ТЯГА ПОЕЗДОВ. На движущийся поезд действуют различные по направлению и величине силы. Это — внешние силы или их составляющие, направленные по линии движения составляющие сил, действующих перпендикулярно к направлению движения внутренние силы, возникающие в процессе неустановившегося движения поезда и действующие между отдельными единицами подвижного состава. Непосредственное влияние на движение поезда оказывают внешние силы, направленные по линии движения сила тяги F, сила сопротивления движению W и тормозная сила В § 1. Сила тяги Механическая работа, требуемая для движения поезда, создается на валах электродвигателей электровоза, в цилиндрах дизеля тепловоза или в цилиндрах паровой машины паровоза и посредством передаточного механизма передается на движущие колеса. Вращающий момент, передаваемый на колесо локомотива, может быть представлен в виде пары сил F—F, приведенной к ободу колеса (рис. 42). Однако пара сил F—F, являясь по отношению к локомотиву внутренней, не может вызвать его поступательного движения. Для движения необходима внешняя опора, которой являются рельсы. Стояна рельсах, локомотив оказывает на них давление, поэтому в точке возникает сцепление между колесом и рельсом. При вращении колеса под действием пары сил возникает горизонтальная реакция рельса к, равная силе F. Под действием силы F, приложенной к центру колеса, локомотив приходит в движение. Однако поскольку сила F является движущей только при наличии реакции рельса кто последнюю называют касательной силой тяги, или силой тяги на ободе колеса. Таким образом, силой тяги называется создаваемая двигателем локомотива во взаимодействии с рельсом управляемая внешняя сила, приложенная к движущим колесам локомотива в направлении его движения. Рис. 42. Схема сил для определения касательной силы тяги Регулируется сила тяги изменением величины тока у электровозов и изменением подачи топлива у тепловозов. Сила тяги любого локомотива ограничивается тремя его основными элементами источником энергии, двигателем и сцепным весом. Общей для всех локомотивов является зависимость силы тяги от сцепного веса. При реализации силы тяги до определенного предела колесо катится по рельсу так, что точку О касания обода колеса с рельсом можно считать мгновенным центром вращения. Нормальное движение нарушается, когда точка О начинает двигаться относительно рельса. Это происходит, если действующая сила тяги (Н) превышает силу сцепления колеса с рельсом (наступает буксование, тек Р где Р — давление колеса на рельс, кН; ψ — коэффициент сцепления. Сила тяги, реализуемая локомотивом, при этом резко падает, так как значительно уменьшается сила сцепления. Условием нормального движения является к ≤ 1000 Р. Величина коэффициента сцепления ψ зависит от многих физических и эксплуатационных факторов, в первую очередь от состояния соприкасающихся поверхностей. Точно рассчитать величину невозможно, ее определяют опытным путем. Для этого при опытах динамометром или 68 потоку двигателя измеряют ту наибольшую силу тяги, при которой локомотив движется без бок- сования. Зная сцепной вес локомотива и силу тяги, определяют коэффициент сцепления. Чтобы увеличить коэффициент сцепления, под движущие колеса подсыпают песок. Это широко используется в условиях тяжелого профиля карьерных путей, особенно при трогании состава с места. Сила тяги электровоза ограничивается сцепным весом и максимально допустимым током двигателей (коммутацией. Для электровозов среди других факторов, определяющих величину коэффициента сцепления, находится схема соединения тяговых двигателей. Для электровозов с параллельным соединением двигателей (к ним относятся электровозы постоянного тока, работающие от сети напряжением 1500 В, и электровозы переменного тока) коэффициент сцепления при движении составляет 0,25—0,26, при трогании с места 0,32—0,34. Для электровозов с последова- тельно-параллельным соединением двигателей (к ним относятся электровозы постоянного тока, работающие от сети напряжением 3000 В) коэффициент сцепления при движении можно принимать равным 0,22—0,23, при трогании с места 0,28—0,3. Существует также ограничение силы тяги электровозов по условию нагревания тяговых двигателей, связанное с продолжительностью работы приданном тяговом усилии, тес продолжительностью протекания по обмоткам двигателей тока данной величины (см. гл. 5, § 5). Сила тяги электровоза и его скорость регулируются изменением тока двигателей с помощью контроллера. Кроме того, на каждой позиции контроллера происходит автоматическое изменение силы тяги и скорости в зависимости от профиля пути. Графики, характеризующие изменение силы тяги, развиваемой одной осью, и скорости движения в зависимости оттока двигателя, называются электромеханическими характеристиками (рис. Рис. 43. Электромеханические характеристики двигателя электровозов а — Е б — Ев Сила тяги меняется при изменении тока по закону F = Ф - ΔF, где с — постоянный коэффициент, зависящий от конструкции тягового двигателя, диаметра колеса и передаточного отношения Ф — магнитный поток двигателя I — ток двигателя ΔF — уменьшение силы тяги, вызванное потерями в двигателе и передаче. Для ориентировочных расчетов при определении силы тяги электровоза можно пользоваться формулой ч ч ч F v v N F 5 , 29 5 , 0 1960 − − = 69 где ч, v ч и ч — соответственно мощность (кВт, скорость (км/ч) и сила тяги (Н) электровоза при часовом режиме. Скорость движения электровоза изменяется по закону cФ IR U v дв − = где v — скорость движения электровоза, км/ч; U дв — напряжение, подведенное к двигателю, В R — сопротивление вцепи обмоток двигателя, Ом. Поскольку магнитный поток почти пропорционален току двигателя, зависимость v = f(I) имеет гиперболический характер. Однако в области больших токов из-за насыщения магнитной цепи зависимость отклоняется от гиперболической и скорость мало изменяется при увеличении тока. Скорость движения электровоза изменяется примерно пропорционально напряжению, подведенному к двигателю. Две скоростные характеристики двигателя на рис. 43 соответствуют различному соединению тяговых двигателей (последовательно-параллельному или параллельному, когда к двигателю подводится половинное или полное напряжение. Электромеханические характеристики позволяют определять скорость электровоза при движении по различным элементам профиля. Тяговая характеристика F = f(v) при необходимости может быть легко построена по известной электромеханической характеристике. Тяговое усилие электровоза определяется как сумма сил тяги, развиваемых каждым двигателем. Ток электровоза дв э э I n I = где п э — число параллельных цепей в схеме электровоза. Сила тяги тепловоза ограничивается мощностью дизеля, а также нагревом генератора и тяговых электродвигателей. У тепловозов с электрической передачей генератор превращает эффективную мощность двигателя внутреннего сгорания в электрическую , 1000 UI N N г г э = = η где е эффективная мощность двигателя внутреннего сгорания, кВт г — кпд. генератора г мощность генератора, кВт U — напряжение, В I — сила тока, А. Мощность, развиваемая на ободе движущих колес тепловоза, з д в г е з д в г к N N N η η η η η = = где в — коэффициент, учитывающий потери энергии для служебных целей (привод вентиляторов, компрессора холодильника и т. д η д.з — кпд. электродвигателя и зубчатой передачи. Касательная сила тяги тепловоза з д в г е к к v N v N F 3600 3600 η η η = = |