лекции ОКЖД. лекции. Курс лекций для студентов специальности 190300. 65 Подвижной состав железных дорог
 Скачать 4.49 Mb.
|
|
6.3. Тяговая сеть Тяговая сеть состоит из контактной (питающей) и рельсовой (отсасывающей) сетей. Рельсовая сеть представляет собой рельсы, имеющие стыковые электрические соединения. Контактная сеть – это совокупность проводов, конструкций и оборудования, обеспечивающих передачу электрической энергии от тяговых подстанций к токоприемникам электрического подвиж- ного состава. Основным требованием к конструкции контактной сети является обеспечение надежного постоянного контакта провода с токоприем- ником независимо от скорости движения поездов, климатических и атмосферных условий. В контактной сети нет дублируемых эле- ментов, поэтому ее повреждение может повлечь за собой нарушение установленного графика движения поездов. В соответствии с назначением электрифицированных путей ис- пользуют простые и цепные воздушные контактные сети. На второ- степенных станционных и деповских путях при сравнительно не- большой скорости движения может применяться простая контактная подвеска, представляющая собой свободно висящий провод, который закреплен на опорах. 78 При высокой скорости движения провисание контактного про- вода должно быть минимальным. Это обеспечивается конструкци- ей цепной подвески, в которой контактный провод между опорами подвешен не свободно, как в простой подвеске, а прикреплен к не- сущему тросу с помощью часто расположенных проволочных струн (рис. 6.3). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 L П Рис. 6.3. Контактная сеть: 1 –опора; 2 – тяга; 3 – консоль; 4, 9 – изоляторы; 5 – несущий трос; 6 – контактный провод; 7 – струна; 8 – фиксатор; L П – длина пролета Благодаря такой конструкции расстояние между поверхностью головки рельса и контактным проводом остается практически посто- янным. Для цепной подвески в отличие от простой требуется мень- ше опор: они располагаются на расстоянии 70...75 м друг от друга. В соответствии с ПТЭ высота контактного провода над поверхностью головки рельса на перегонах и станциях должна составлять не менее 5750 мм, а на переездах – 6000...6800 мм. В горизонтальной плоскости контактный провод расположен зигзагообразно относительно оси пути с отклонением у каждой опоры на ±300 мм. Благодаря этому обеспечиваются его ветроустойчивость и равномерное изнашивание контактных пластин токоприемников. Контактный провод изготавливают из твердотянутой электро- литической меди. Он может иметь площадь сечения 85, 100 или 79 150 мм 2 . Наиболее распростра- нены медные фасонные (МФ) провода (рис. 6.4). Для увеличения срока службы контактных проводов использу- ют различные технические ре- шения (сухая графитовая смазка медных накладок на полозе то- коприемника и др.), снижающие их износ. На строящихся магистраль- ных железных дорогах применя- ют металлические (высотой до 15 м и более) и железобетонные (до 15,6 м) опоры контактной сети. Расстояние от оси крайнего пути до внутреннего края опор на прямых участках должно составлять не менее 3100 мм. На существую- щих линиях, оборудованных контактной сетью, и в особых случаях на электрифицируемых линиях допускается сокращение указанного расстояния до 2450 мм – на станциях и до 2750 мм – на перегонах. Схема оснащения контактными проводами станционных путей зависит от их назначения и типа станции. Над стрелочными пере- водами контактная сеть имеет так называемые воздушные стрелки, образуемые пересечением двух контактных подвесок. Надежное электроснабжение подвижного состава и безопасность работников, обслуживающих контактную сеть, обеспечиваются, в частности, ее секционированием (делением на отдельные участки) с помощью воздушных промежутков, нейтральных вставок (изоли- рующих соединений), а также секционных и врезных изоляторов. Нейтральные вставки представляют собой несколько последова- тельно включенных воздушных промежутков, исключающих крат- ковременное электрическое соединение смежных секций контактной сети токоприемниками электрического подвижного состава в про- цессе его движения. Применение нейтральных вставок обязатель- но на участках переменного трехфазного тока с питанием секций от разных фаз. Перегоны и промежуточные станции, а на крупных станциях группы электрифицированных путей выделяются в отдель- ные секции. Соединение или разъединение секций осуществляется посредством секционных разъединителей, размещаемых на опорах контактной сети. 9,30... 1 4,50 10,19...15,50 Рис. 6.4. Сечение контактного провода МФ 80 Для защиты контактной сети от короткого замыкания между со- седними тяговыми подстанциями располагают посты секционирова- ния, оборудованные автоматическими выключателями (рис. 6.5). Кроме того, с целью обеспечения безопасности обслуживаю- щего персонала и других лиц, а также защиты систем автоматики и телемеханики от токов короткого замыкания все металлические конструкции, непосредственно взаимодействующие с элементами контактной сети или находящиеся в радиусе 5 м от них, заземляют или оборудуют устройствами отключения. Для предохранения под- земных металлических сооружений от повреждения блуждающими токами их изолируют от земли. Рис. 6.5. Пост секционирования Снабжение электроэнергией линейных железнодорожных по- требителей осуществляется посредством использования специальной трехфазной линии с напряжением 10 кВ, которая подвешивается на опорах контактной сети. На электрифицированных железных дорогах по рельсам проходит тяговый ток. Для сокращения потерь электроэнергии и обеспечения нормального режима работы устройств автоматики и телемеханики на таких линиях предусматривают следующие особенности устрой- ства верхнего строения пути: 81 – к головкам рельсов с наружной стороны колеи приваривают медные стыковые соединители, снижающие электрическое сопро- тивление рельсовых стыков; – рельсы изолируют от шпал с помощью резиновых прокладок в случае применения железобетонных шпал и пропиткой деревянных шпал креозотом; – используют щебеночный балласт, обладающий хорошими диэ- лектрическими свойствами, и между подошвой рельса и балластом обеспечивают зазор не менее 3 см; – на линиях, оборудованных автоблокировкой и электрической централизацией, применяют изолирующие стыки (для того что- бы пропускать тяговый ток в обход их, устанавливают дроссель- трансформаторы или частотные фильтры). Презентация на 7 слайдах. 82 Лекция 7 ПОДВИЖНОЙ СОСТАВ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ 7.1. Общие сведения о тяговом подвижном составе К подвижному составу относят локомотивы, вагоны и мо- торвагоны. Движение поездов на железнодорожном транс- порте осуществляется с помощью тягового подвижного состава, к которому относятся локомотивы и моторвагоны. На ло- комотивах и моторных вагонах электрическая энергия, полученная от первичного источника, превращается в механическую энергию движения поезда. Локомотив – двигатель на колесах, предназначенный для пере- движения вагонов по рельсам. Слово «локомотив» пошло от названия первого паровоза Стефенсона – «Локомоши». К основным видам локомотивов относятся: электровозы, тепло- возы, газотурбовозы, мотовозы и паровозы. Первоначально преобразование тепловой энергии, получаемой при сжигании топлива, в механическую производилось установкой с паровым котлом или паровой машиной. Презентация «Паровозы» на 9 слайдах. На смену паросиловым установкам пришли более совершенные тепловые двигатели – дизели и газовые турбины: тепловозы и газо- турбовозы. Паровозы, тепловозы, газотурбовозы и дизель-поезда являются автономными видами тяги, т.е. механическая энергия для движения поезда вырабатывается в результате сгорания топлива на самом ло- комотиве. Развитие транспортной техники привело к созданию электровозов и моторных вагонов (электровагонов) неавтономной тяги. В отли- чие от автономного тягового подвижного состава здесь первичная (электрическая) энергия поступает на электровоз или электровагон от внешних источников. 83 У автономных локомотивов, в зависимости от типа теплового двигателя и степени его использования, коэффициент полезного действия составляет: у паровозов 5 – 9%, у тепловозов 29 – 31%. КПД электротяги равен 34 – 35%. По роду работы локомотивы подразделяют на: грузовые, пасса- жирские и маневровые. Грузовые локомотивы должны развивать силу тяги, позволяющую водить поезда большой массы. Пассажирские локомотивы предназначены для вождения более легких поездов, но с большими скоростями. Моторвагонный подвижной состав, при- меняемый на электрифицированных линиях, состоит из электро- вагонов, включаемых в электропоезда; на неэлектрифицированных линиях применяют дизель-поезда. Различают локомотивы односекционные (локомотив с одним кузовом) и многосекционные (двух -, трех - , четырехсекционные), т. е. локомотивы с двумя и более самостоятельными кузовами (секци- ями), соединенными между собой автосцепками или специальными шарнирными соединениями. В некоторых случаях оборудование сек- ционных локомотивов позволяет каждой его секции самостоятельно водить поезда. Многие электровозы и тепловозы имеют оборудо- вание, позволяющее им работать по системе нескольких (многих) единиц, что дает возможность обеспечить управление несколькими локомотивами (секциями) из одной кабины машиниста. Ходовые части электровозов и тепловозов обозначаются так на- зываемой осевой формулой, в которой: цифры означают число осей в каждой тележке; индекс «0» – индивидуальный привод от тягового электродвига- теля к оси; знак «+» – тележки связаны между собой шарнирно и тяговое усилие к поезду передается через их раму; знак «–» – тележки между собой не соединены и тяговое усилие к поезду передается через раму кузов. Например: 3 0 + 3 0 – односекционный шестиосный локомотив, две сочленен- ные трехосные тележки с индивидуальными приводами всех движу- щихся колесных пар; 2(3 0 – 3 0 ) – двухсекционный локомотив, каждая секция которого имеет две трехосные несочлененные тележки с индивидуальными приводами всех движущихся колесных пар и может работать само- стоятельно; 3 0 – 3 0 – 3 0 – 3 0 – все то же, но секции не могут работать само- стоятельно. 84 Каждому типу локомотива присущи определенные тяговые свой- ства, важнейшими из них являются: величина реализуемой силы тяги F к и скорость движения на руководящем подъеме v р . Регулирование F к и v р осуществляется: на электровозе – ступенями за счет изменения на- пряжения на зажимах двигателя и за счет ослабления магнитного потока двигателей; на тепловозах с электрической передачей – за счет изме- нения напряжения на клеммах генератора и подачи топлива в дизель. 7.2. Тепловозы Тепловоз – автономный локомотив с энергетической установкой – дизель-генератором. Через передачу (электрическую, механическую или гидравлическую) усилия от двигателя, работающего на дизель- ном топливе, передаются на колесные пары. Первый магистраль- ный тепловоз в нашей стране был построен в 1924 году по проекту Я. М. Гаккеля. Тепловоз имеет также экипажную часть (обычно тележечного типа) и вспомогательное оборудование (холодильник для охлаж- дения двигателя, компрессор для работы автоматических тормозов и другие устройства). В передней части тепловозов, используемых в грузовом и пас- сажирском движении, размещается кабина машиниста с пультом управления. Электрическая передача является наиболее распространенной. Принципиальная схема работы тепловоза с электрической передачей заключается в следующем. Коленчатый вал дизеля вращает якорь тягового генератора. Генератор вырабатывает постоянный электри- ческий ток, который поступает в тяговые электродвигатели. Враще- ние якорей посредством тяговых редукторов передается движущим колесным парам (рис. 7.1). Механическая передача подобна автомобильной: она состоит из шестеренчатой коробки скоростей, реверсивного устройства и муфты сцепления. Принцип работы гидравлической передачи основан на исполь- зовании кинетической энергии жидкости, т. е. передача энергии осуществляется за счет динамического напора рабочей жидкости. Основными элементами гидравлической передачи являются центро- бежные насосы, соединенные с валом двигателя, и гидравлическая турбина, работающая за счет энергии струи жидкости, нагнетаемой насосом (рис. 7.2). 85 1 2 3 4 5 6 Рис. 7.1. Общий вид колесномоторного блока: 1 – рельс; 2 –колесная пара; 3 – зубчатое колесо; 4 – шестерня тягового двигателя; 5 – тяговый двигатель; 6 – крепление тягового двигателя 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Рис. 7.2. Схема гидропередачи: 1 – вал ведущего двигателя; 2 – вал центробежного насоса; 3, 6, 8, 10 – соединительные трубы; 4 – турбина; 5 – вал турбины; 7 – камера; 9 – всасывающая камера 86 Серия тепловозов с электрической передачей имеет буквенное обозначение ТЭ, а с гидравлической – ТГ. В табл. 7.1 приведены основные данные некоторых тепловозов. Основные разработки Коломенского тепловозостроительного завода по пассажирским тепловозам базируются на шестиосной ме- ханической части с осевой формулой 3 0 – 3 0 . В следующих за серией ТЭП70 тепловозах серий ТЭП150 применена электрическая передача переменно-постоянного тока. Таблица 7.1 Основные данные тепловозов (Г – грузовой, П – пассажирский, М – маневровый) Серия Род службы Осевая характеристика Мощность по дизелю, кВт Конструктивная скорость, км/ч ТЭ3 Г 2(3 0 – 3 0 ) 2×1470 100 ТЭП60 П 3 0 – 3 0 2210 160 ТЭМ2 М 3 0 – 3 0 880 100 2ТЭ116 Г 2(3 0 – 3 0 ) 2×2210 100 ТЭП70 П 3 0 – 3 0 2940 160 ТГ16 Г 2(2 0 – 2 0 ) 2×1208 85 ТГ102 ГП 2(2 0 – 2 0 ) 2×1470 100/120 ТГМ3 МГ 2 0 – 2 0 550 20,6/61,6 ТЭП150 П 3 0 – 3 0 3100 160 ГТ1 Г 2(2 0 – 2 0 – 2 0 ) 8300 100 Газотурбовоз – локомотив с газотурбинным двигателем. Такой двигатель был построен в России в 1890 году по проекту инженера П. Д. Кузьминского. Принцип действия газотурбинной установки газотурбовоза с электрической передачей пояснен на рис. 7.3. Воздух, сжатый в осевом компрессоре 3 до давления 600 кПа, поступает в камеру сгорания 4, где сжигается жидкое топливо. Про- дукты сгорания при температуре до 730° С поступают на лопатки газовой турбины 5. Вырабатываемая мощность за вычетом мощности, потребляемой компрессором, передается генератору 1. Дизельным поездом называется постоянно сформированный состав с одним или двумя моторными вагонами с дизельной силовой уста- новкой. Дизельные поезда в основном бывают серии ДР1 и ДР2. Автомотриса представляет собой самодвижущийся вагон с дви- гателем внутреннего сгорания дизельного или карбюраторного типа, 87 предназначенный для пассажирских или почтовых перевозок. Пере- дача – механическая, электрическая или гидравлическая. 1 2 3 4 5 6 7 8 Рис. 7.3. Схема газотурбинной установки газотурбовоза с электрической передачей: 1 – генератор; 2 – редуктор; 3 – компрессор; 4 – камера сгорания; 5 –газовая турбина; 6 – ведущая колесная пара; 7 – зубчатая передача; 8 – тяговый электродвигатель Мотовозом называется локомотив небольшой мощности, пред- назначенный для маневровой работы на железнодорожных станциях и подъездных путях промышленных предприятий. Презентация «Тепловозы» на 20 слайдах. 7.3. Электрический подвижной состав Электрический подвижной состав – это электровозы и электро- поезда, используемые для пригородного движения. В зависимости от рода применяемого тока различают электровозы постоянного, переменного и двойного питания; так же различаются и электропоезда. Энергию для передвижения поездов электровоз и электровагон получают через контактный провод, с которым сопри- касается установленный на крыше электровоза (электровагона) токо- приемник. Электрическая энергия, подведенная к тяговым двигате- лям, заставляет вращаться их якоря, которые через зубчатую передачу приводят во вращение колесные пары электровоза (электровагона). 88 На магистральной железной дороге электрическая тяга была впер- вые внедрена в 1895 году в США, когда были электрифицированы тоннель и подходы к нему на направлении Балтимор – Огайо. Первые российские электровозы серии «С» были построены Ко- ломенским машиностроительным заводом и московским заводом «Динамо». Эти шестиосные локомотивы имели нагрузку на ось 19 т и были оснащены тяговыми двигателями мощностью 340 кВт. В 1938 году началось производство электровозов ВЛ22 с нагрузкой на ось 22 т, на которых были установлены тяговые двигатели мощ- ностью 400 кВт. С 1947 года модернизированные электровозы ВЛ22 м начал выпускать Новочеркасский электровозостроительный завод (НЭВЗ), ставший базой отечественного электровозостроения. Электровозы и электровагоны состоят из механической части (ку- зова для размещения в нем электрической аппаратуры и другого обо- рудования); тележек, состоящих из рамы, колесных пар с буксами, рессорного подвешивания и тормозного оборудования, крепления тяговых двигателей; электрического оборудования (тяговых элек- тродвигателей, вспомогательных электрических машин, аппаратуры для управления двигателями и вспомогательными машинами, а на электроподвижном составе переменного тока и двойного питания, кроме того, из трансформаторов и преобразователей тока). Основные данные некоторых электровозов приведены в табл. 7.2. Таблица 7.2 Основные данные электровозов Серия электро- воза Род службы Ток Осевая характеристика Мощность часовая на валах тяговых двигателей, кВт Конструк- ционная скорость, км/ч ВЛ23 Г Постоянный 3 0 + 3 0 3150 100 ВЛ8 Г То же 2 0 + 2 0 +2 0 +2 0 4200 100 ВЛ10 Г То же 2 0 – 2 0 –2 0 – 2 0 5200 100 ВЛ60 к Г Переменный 3 0 – 3 0 4650 110 ВЛ80 к Г То же 2 0 – 2 0 –2 0 – 2 0 6520 110 ВЛ82 м Г Двойного питания 2 0 – 2 0 –2 0 – 2 0 6000 110 ЧС4 т П Постоянный 3 0 – 3 0 5100 180 ЧС6 П То же 2 0 – 2 0 –2 0 – 2 0 8400 180 ЧС200 П То же 2 0 – 2 0 – 2 0 – 2 0 8400 220 89 Серия электро- воза Род службы Ток Осевая характеристика Мощность часовая на валах тяговых двигателей, кВт Конструк- ционная скорость, км/ч Перспективные электровозы ЭП1 П Переменный 2 0 – 2 0 – 2 0 4500 120 – 140 ЭП200 П То же 2 0 + 2 0 – 2 0 + 2 0 7200 200 ЭП2 П Постоянный 2 0 – 2 0 – 2 0 6600 120 – 140 ЭП100 П То же 2 0 + 2 0 – 2 0 + 2 0 7200 200 ЭП10 П Двойного питания 2 0 – 2 0 – 2 0 6600 120 – 160 ЭП300 П То же 2 0 + 2 0 – 2 0 + 2 0 8000 - 10000 200 В передней части электровоза размещается кабина машиниста с пультом управления. Перспективные электровозы имеют силу тяги в продолжительном режиме от 220 до 297 кН. У электровозов серии ВЛ (Владимир Ленин) цифры указывают количество осей и род тока. Для серий электровозов переменного тока установлена нумерация: четырехосные – от ВЛ40 до ВЛ59; ше- стиосные – от ВЛ60 до ВЛ79; восьмиосные – от ВЛ80 до ВЛ99. Электровозы постоянного тока нумеруются: шестиосные – от ВЛ19 до ВЛ39; восьмиосные – от ВЛ8 до ВЛ18. Пассажирские электровозы серии ЧС – произведены в Чехословакии. Для России характерна развитая система пригородных сообще- ний, которая охватывает более 100 городов и реализуемая в основ- ном с использованием моторвагонных электропоездов. В настоящее время парк пригородных электропоездов состоит главным образом из поездов постоянного тока серии ЭР2 и переменного тока серии ЭР9 различных модификаций производства Рижского вагонострои- тельного завода. В последние годы на Демиховском машинострои- тельном заводе освоен выпуск электропоездов серий ЭД4 и ЭД4М. Состав электропоезда формируется из моторных, имеющих тяговые двигатели, и из прицепных вагонов. Презентация «Электровозы» на 23 слайдах. Окончание табл. 7.2 |