Ермак Шилка 2. Забайкальская железная дорога филиал оао рждэлектровоз магистральный
 Скачать 1.98 Mb.
|
|
СХЕМЫ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОВОЗОВ СЕРИИ ЭС5К «ЕРМАК» (Окончание. Начало см. «Локомотив» № 1, 2019 г.) В.В. ВОРОНИН, преподаватель Хабаровского подразделения Дальневосточного учебного центра профессиональных квалификаций Вспомогательные пневмати- ческие цепи. Сжатый воздух на электровозе используют также для работы системы смазки гребней колесных пар, подачи звуковых сигналов, работы главного выключателя, аппаратов цепей управления и токоприемников, а также для подсыпки песка под колесные пары. К форсунке гребнесма- зывателя первой колесной пары сжатый воздух поступает через электромагнитный вентиль У30. Краны КН45 и КН46 постоянно открыты и перекрываются только в случае выхода из строя греб- несмазывателей. Звуковыми сигналами являются тифон и свисток, установленные на едином кронштейне РВН. Управление сигналами — электропневматическое. Тифон управляется клапаном У17, а сви- сток — клапаном У18. При выходе из строя клапанов они могут быть отключены разобщительны- ми кранами КН17 и КН18. Для работы аппаратов цепей управления и цепей блокирования высоковольтной камеры дав- ление сжатого воздуха понижается в редукторе КР4 до 5,0 кгс/см 2 . Предусмотрена возможность отключения любого вышедшего из строя аппарата при помощи кранов КН65 — КН69. Для обеспечения подъема токоприемника давление сжатого воздуха понижается редуктором КРЗ до 3,5 кгс/см 2 . Управление подъемом и опусканием токоприемника осуществляется клапаном У10. С целью обеспечения устойчивой работы токоприемника установлены резервуар РС10 объе- мом 10 л и дроссельное устройство ДР5. Предохранительный клапан КП4, настроенный на давле- ние срабатывания 4,0 кгс/см 2 , защищает токоприемник от перегрузок при его перемещениях или разрегулировке редуктора КРЗ. Воздухопровод ВИ, изготовленный из фторопласта, разъединяет токоприемник от «земли». Чтобы исключить возможность входа в высоковольтную камеру без опускания токоприем- ника, установлен вентиль защиты У1. Вентиль не открывает выход сжатого воздуха в атмосферу из блокировок дверей ПБ1 и ПБ2, а, следовательно, не разблокирует высоковольтную камеру, если хотя бы одна из его катушек остается под напряжением. Пневматический выключатель SP5 вклю- чен в электрическую схему подъема токоприемника и контролирует блокирование штор ВВК (включение — при давлении 4,7 кгс/см 2 , отключение — при 2,9 кгс/см 2 ). Для стабилизации величины нажатия полоза токоприемника на контактный провод при про- хождении участков с меняющейся высотой контактного провода в системе питания токоприемни- ка установлены сигнализаторы давления SP13 и SP14 и пневматическое устройство У15. После подачи напряжения на клапан токоприемника У10 воздух через калибровочный кла- пан ДР5 со стороны редуктора КРЗ поступает в баллон токоприемника. При достижении необхо- димого давления в баллоне токоприемник поднимается. Время подъема токоприемника регулиру- ется с помощью клапана ДР5. Контакт сигнализатора давления SP13 разомкнут, при этом пневма- тическое устройство У15 закрыто. При движении полоза токоприемника вниз давление в системе нарастает, и при достижении величины 3,6 кгс/см 2 сигнализатор давления SP13 собирает цепь подачи напряжения на пневмати- 13 ческое устройство У15. В результате происходит кратковременный сброс воздуха из системы пи- тания токоприемника. При достижении давления в системе менее 3,5 кгс/см 2 сигнализатор SP13 разберет цепь подачи напряжения на У15, и сброс воздуха прекратится. Чтобы исключить возможность опускания токоприемника под нагрузкой, в схеме установлен сигнализатор давления SP14, отрегулированный на размыкание контакта при снижении давления до 2,6 кгс/см 2 . При снижении давления до этой уставки сигнализатор SP14 обеспечит отключение главного выключателя. Величины уставок сигнализаторов SP13, SP14 и редуктора КРЗ могут кор- ректироваться на локомотиве в процессе наладки системы питания асимметричного токоприемни- ка для обеспечения необходимого диапазона контактных нажатий. Для обеспечения подъема токоприемника без включения вспомогательного компрессора предусмотрено сохранение запаса сжатого воздуха в резервуаре РС4. Объем резервуара позволяет поднять токоприемник, если давление в резервуаре не ниже 7,0 кгс/см 2 . Чтобы сохранить запас воздуха при опускании токоприемника необходимо отключить резервуар РС4 краном КН25 в мо- мент, когда давление в питательной магистрали составит около 9,0 кгс/см 2 . Показания давления контролируют по манометру МН5. Расход воздуха на питательную магистраль исключается уста- новкой обратного клапана К04. С целью увеличения сцепления колеса с рельсом на электровозе служит система, осуществ- ляющая подачу песка в зону контакта колеса с рельсом с помощью форсунок ФП1 — ФП8. Рабо- той форсунок управляют электропневматические клапаны У11 — У14. Подсыпка песка произво- дится под первую колесную пару каждой тележки по ходу движения электровоза. Автоматическая подсыпка песка осуществляется (срабатыванием электропневматических клапанов У11 — У14 по сигналу пневматического выключателя управления SP8) при экстренном торможении, когда ручка крана машиниста находится в положении VI, а также при возникновении боксования или юза ко- лесной пары. При скорости движения ниже 10 км/ч подсыпка песка прекращается. Кран КН54 служит для отбора сжатого воздуха на обдув помещения или ходовых частей. Разобщительный кран КН1 необходим для отключения питательной магистрали от компрес- сора секции при его неисправности. Функциональное назначение преобразователей давления ВРЗ, ВР4, ВР7, ВР9, ВР10, элек- тропневматической приставки У27, блока КОН А67 определяется системами автоматического управления тормозами САУТ и комплексом локомотивных устройств безопасности КЛУБ. Рабочие положения кранов при различных режимах работы электровоза приведены в табли- це. Особенности пневматической схемы электровоза 4ЭС5К. Схема пневматического оборудования головной секции электровоза 4ЭС5К приведена на рис. 2, бустерной секции — на рис. 3. 14 15 16 На электровозе 4ЭС5К в пневматической схеме отсутствуют пневматические выключатели управления SP2, SP3, SP4, SP8 и сигнализаторы давления SP11, SP12, SP13, SP14, SP17. Для вы- полнения функций, которые ранее выполняли данные аппараты, в пневматической схеме электро- воза 4ЭС5К применены аналоговые датчики давления ВР11, ВР12, ВР17, ВР18, ВР20. Эти датчики передают в МСУД информацию о величине давления в различных пневматических цепях. МСУД обрабатывает данную информацию, сохраняет ее в независимой памяти (регистраторе) и в зави- симости от величины давления выполняет необходимые действия. Таким образом, системы диаг- ностики и управления электровоза получают информацию о величине давления в различных пневматических цепях от одних и тех же датчиков. Датчики ВР11 и ВР12, установленные на трубопроводе к тормозным цилиндрам первой и второй тележек, сигнализируют об остаточном давлении в одной из тележек. Сигнальная лампа ТЦ горит до понижения давления в тормозных цилиндрах ниже (0,3±0,1)кгс/см 2 Датчик ВР17, установленный в тормозной магистрали, обеспечивает возможность выполне- ния следующих функций: информирование МСУД — о заряженном состоянии тормозной магистрали и обеспечении возможности сбора режима тяги; о начале экстренного торможения для отключения режима тяги; о работе силовой схемы в режиме рекуперации; обеспечение сохранения данных о величине давления в тормозной магистрали в незави- симой памяти МСУД; восстановление давления в ТЦ до первоначального, если при разрыве межсекционных со- единений или после экстренного торможения была нажата кнопка «Отпуск тормоза»; отключение рекуперации в случае приведения в действие автоматического тормоза. Датчик давления ВР18, установленный в пневматических цепях токоприемника, обеспечива- ет поддержание МСУД стабильного давления в пневматическом баллоне токоприемника. Его дей- ствие полностью соответствует датчику SP18. Датчик давления ВР20, установленный на питательной магистрали, обеспечивает выполне- ние следующих функций: сохранение данных о величине давления в питательной магистрали в независимой памяти МСУД; контроль за величиной давления в питательной магистрали при управлении работой ком- прессорного агрегата; сигнализация о снижении давления в питательной магистрали до 6,0 ± 0,1 кгс/см 2 В связи с тем, что масса секции электровоза, оборудованного моторно-осевыми подшипни- ками (МОП) качения выше, чем секции с МОП скольжения, для обеспечения нормируемого тор- мозного пути в пневматические системы введена вторая (более высокая) ступень торможения. При экстренном торможении и скорости движения от ПО до 80 км/ч МСУД подает напряжение на пневматическое устройство У31, которое наполняет сжатым воздухом тормозные цилиндры элек- тровоза повышенным давлением величиной 5,5 ± 0,1 кгс/см 2 При снижении скорости до 80 км/ч МСУД снимает напряжение с пневматического устройст- ва У31, и вторая ступень отключается. Давление в тормозных цилиндрах снизится до величины, соответствующей режиму включения воздухораспределителя при груженом режиме или настрой- ке редуктора КР5 (при среднем и порожнем режимах). Величина давления высокой ступени тор- можения регулируется редуктором КР7, а вся цепь может быть отключена при помощи разобщи- тельного крана КН53. 17 «ЕРМАК» ДОЛЖЕН СТАТЬ ЛУЧШИМ В МИРЕ ЭЛЕКТРОВОЗОМ! Ю.В. Газизов, канд. техн. наук, начальник отдела новой техники Дирекции тяги — филиала ОАО «РЖД» О.В.Мельниченко, д -р техн. наук, заведующий кафедрой «Электроподвижной состав» ИрГУПС С 2003 г. на Восточный полигон железных дорог начали поступать электровозы переменного тока серий ЭП и 2(3)ЭС5К «Ермак» в целях замены отработавших свой ресурс электровозов и пополнения локомотивного парка, состоявшего тогда из электровозов переменного тока серии ВЛ. В настоящее время их поставлено около 2 тыс. ед. Этому предшествовало более 10 лет резкого падения поставок. Например, в 1989 г. было закуплено 1010 локомотивов, в 1993 г. — 75, в 1997 г. — только 10. Такая ситуация не могла не отразиться на техническом развитии отрасли, в том числе и на наличии высококвалифи- цированных кадров. И лишь с 2000-х годов началось восстановление утраченных позиций, что привело к созданию новых образцов локомотивов. Следует отметить труд конструкторов, а также активную деятельность руководства МПС и в дальнейшем ОАО «РЖД» по созданию новой техники в кратчайшие сроки. При этом в конструкцию данных локомотивов были заложены современные устройства. Например, новым шагом стало внедрение микропроцессорной системы управления, что обеспечило повышение эффективности, надежности локомотивов, безопасности движения поездов. Грузовые электровозы с коллекторным тяговым приводом исторически подтвердили свою эффективность в сложных условиях эксплуатации и холодного климата. Это электровозы, которые получали постоянное эволюционное развитие. Наличие мягких тяговых и тормозных характеристик позволяет осуществлять (в зоне низких и средних скоростей движения грузового поезда по трудному профилю пути) регулирование силы тяги с сохранением ее максимальных значений путем снижения скорости до допустимой величины. Это является очень важным фактором, дающим возможность электровозам преодолевать подъемы большой крутизны (например, на горном профиле пути). Сегодня именно эти локомотивы составляют основу перевозочного процесса на российских железных дорогах. Прогнозы долгосрочного социально-экономического развития России предполагают достаточно устойчивый рост, и ситуация с формированием объемов перевозок на Восточном полигоне подтверждает такие тенденции. Это соответствующим образом отразится на развитии транспорта и, в особенности, на тяговом обеспечении вождения грузовых поездов, потребует от локомотивного комплекса повышать свою эффективность. Последние 10 лет проводится целенаправленная работа, связанная с совершенствованием конструкции электровозов 2(3)ЭС5К «Ермак», с повышением их технико-экономических показателей и надежности. Результатом стало приведение показателей готовности и безотказности локомотивов к величинам, заложенным в технических условиях, а также повышение 18 эффективности применения этих электровозов на жизненном цикле, включая эксплуатацию, техническое обслуживание и ремонт. Примерами данной работы может стать серийное применение новых материалов, современных систем управления, моторно-осевых подшипников качения (внедрение которых позволило увеличить периодичность технического обслуживания до 240 ч, а также снизить воздействие на экологию), улучшение динамики экипажа (например, подвешивание кузова пружинами Флексикойл). Ставится вопрос об увеличении периодичности проведения текущего ремонта в объеме ТР-3 и заводских видов ремонта с учетом текущего состояния и про- гнозируемого ресурса оборудования электровоза. Общие тенденции развития конструкции электровоза «Ермак» показаны на рис. 1. В 2016 г. на Восточно-Сибирской дороге проведены успешные тягово-энергетические испытания электровоза ЗЭС5К № 484 с поос-ным регулированием силы тяги, которые подтвердили возможность вождения грузовых поездов массой 6300 т на участке БАМа Тайшет — Таксимо. С этого года начнется изготовление модификации электровозов ЗЭС5К с применением преобразователя ВИП-4000Д с диодным разрядным плечом в цепи выпрямленного тока по проекту специалистов Иркутского государственного университета путей сообщения (ИрГУПС) — победителей конкурса «Новое звено». Это повысит энергетические показатели и надежность работы электровоза, улучшит его электромагнитную совместимость с тяговой сетью. Таким образом, приобретая технику на десятилетия, ОАО «РЖД», учитывая развитие промышленности, поощряет применение перспективных инновационных технологий и оборудования при изготовлении и проведении заводских видов ремонта. Ключевые принципы при формировании перспективных технических требований — это надежность, эффективность и автоматизация управления. Вместе с тем, следует отметить, что принципы работы всех серий электровозов переменного тока с тиристорными преобразователями остаются практически без изменений. Сегодня на российских железных дорогах все эксплуатируемые электровозы переменного тока с 19 коллекторными тяговыми электродвигателями по своим энергетическим показателям не отвечают современным требованиям. Так, одним из основных энергетических показателей работы электровоза, характеризующих качество и объем потребляемой им электроэнергии, является коэффициент мощности. В настоящее время электровозы при работе не соответствуют требованиям ГОСТ Р 55364-2012 «Электровозы. Общие технические требования», согласно которым коэффициент мощности должен быть не менее 0,9. По сути, до сих пор имеем в некотором смысле энергетически «дыря- вый» электровоз с сохранением значительных электрических потерь. Следует акцентировать, что внедрив современные системы управления, мы ответили на вопрос: чем управлять? Принципы же регулирования напряжения и силы тока на современных отечественных электровозах переменного тока с тиристорными преобразователями остаются без изменений уже около 50 лет. Ключевой вопрос: как управлять — остается открытым. Кроме того, в настоящее время основными существенными недостатками преобразователя электровоза являются его морально устаревшая полууправляемая тиристорная элементная база и принципы ее управления в режимах тяги и рекуперативного торможения. Специалисты Дирекции тяги совместно с учеными кафедры «Электроподвижной состав» ИрГУПС продолжают активно решать задачи, поставленные Стратегией развития транспортного машиностроения Компании. В связи с совершенствованием в мире силовых полупроводниковых приборов появляется возможность значительно снизить затраты электрической энергии на тягу поездов и получить другие существенные преимущества работы электровоза в части управления и диагностики. В рамках этих решений, учитывая прогрессивные технологии, инициирован проект электровоза 3 ЭС5КМ с выпрямительно-инверторным преобразователем, выполненным на базе IGBT- транзисторов в таблеточном исполнении (изготовленных по технологии PressPack), а также разработанных и апробированных новых алгоритмов их управления. В прошлом, в 70-х годах, разработчики уже проходили аналогичный этап в развитии преобразовательной техники при переходе от диодных выпрямителей к преобразователям, выполненным на полууправляемых тиристорах. Это позволило создать выпрямительно- инверторный преобразователь (ВИП) с плавным регулированием тяговых и тормозных сил при работе электровоза в режимах тяги и рекуперативного торможения. Применение преобразователей, осуществляющих плавное регулирование силы тяги вместо ступенчатого, позволило улучшить пусковые свойства электровозов и повысить использование силы тяги на 8 — 10 %. К тому же, это дало возможность реализовать режим рекуперативного торможения электровоза, который позволяет не только снизить энергозатраты на тягу поездов на 10 — 18 % в зависимости от профиля пути, но и экономить материальные ресурсы. Эта конструкция неизменна до настоящего времени. Дальнейшее развитие — это простые решения, которые приближают отечественные электровозы по энергоэффективности к электровозам с асинхронным приводом, имеющим более сложную схемную архитектуру. Впервые проект выпрямительно-инверторного преобразователя на базе IGBT-транзисторов в таблеточном исполнении, изготовленных по технологии PressPack, был представлен в рамках конкурса «Новое звено» в 2012 г. По мнению многих специалистов, это мероприятие предопределило будущее развитие компании ОАО «РЖД», заложило новый фундамент кадрового потенциала, способный уже сегодня оперативно и качественно решать сложные производственные задачи. В рамках мероприятия «Транспортная неделя — 2016» состоялись презентация проекта и его обсуждение на тематическом круглом столе (рис. 2). Применение IGBT-транзисторов позволяет решить десятилетиями существовавшую проблему: обеспечение силовых схем электровозов переменного тока надежными ключевыми элементами, обладающими полной управляемостью. Идея предлагаемого принципа управления таким преобразователем заключается в том, что при использовании IGBT-транзисторов имеется возможность управлять включением и выключением плеча в необходимые моменты времени. Время включения и выключения плеч выбирается таким образом, чтобы компенсировать индуктивный характер нагрузки и исключить сдвиг фаз между током и напряжением сети. Такой подход предлагается не только для вы- 20 прямительно-инверторного преобразователя и выпрямительной установки возбуждения с сохранением существующих габаритов данного оборудования, но и для замены индуктивных шунтов системы ослабления поля тяговых электродвигателей. Данное схемное решение позволяет также использовать независимое возбуждение тяговых двигателей при трогании с места и переходе на сериесное (последовательное) возбуждение при дальнейшем разгоне, что впервые станет возможным для данного типа электровозов. В итоге мы получим технику, которая максимальным образом приближает нас к выполнению заданных эксплуатационных требований, но в то же время обеспечивает синтез технических решений и оптимальной стоимости жизненного цикла. Проведенный комплекс аналитических и лабораторных исследований подтвердил заявленные преимущества. Так, в рамках научно-исследовательских работ (по плану научно-технического развития ОАО «РЖД») и при поддержке Гранта ОАО «РЖД», направленного на развитие научно-педагогических школ железнодорожного транспорта в лаборатории ИрГУПС создан экспериментальный стенд, состоящий из тягового трансформатора, гибридного ВИП, сглаживающего реактора, нагрузки в виде тягового двигателя НБ-514, пульта управления и системы измерений (рис. 3). При проведении предварительных испытаний были получены диаграммы электромагнитных процессов на первой и высших зонах регулирования. Коэффициент мощности на первой зоне регу- лирования увеличился с 0,45 до 0,83, а на высших зонах регулирования — с 0,73 до 0,97. Опираясь на экспериментальные данные, получено, что при одной и той же полной мощности в первичных обмотках тяговых трансформаторов электровозов предлагаемый электровоз потребляет в 2,5 раза меньше реактивной мощности, а активная мощность в равных условиях выше на 25 %. Это позволит сократить потери как в электровозе, так и в сети, а также снизит нагрузку системы электровоз — тяговая сеть. 21 На рис. 4,5 приведены зависимости коэффициента мощности от величины выпрямленного напряжения типового и предлагаемого ВИП для режимов тяги и рекуперативного торможения. Кроме того, учитывая малоизученные возможности драйверов управления транзисторами, после проведения экспериментальных работ будет осуществлен пересмотр существующей архитектуры силовой схемы электровоза с исключением из ее состава таких вспомогательных элементов, как: блок балластных резисторов, индуктивный шунт, быстродействующая защита, системы слежения за потенциальными условиями и коммутацией и др. Учитывая приоритеты развития и заинтересованность Дирекции тяги в приобретении надежного и эффективного грузового электровоза, в 2017 — 2018 гг. совместно с Новочеркасским электровозостроительным заводом намечен комплекс научно-исследовательских и опытно- конструкторских работ по созданию модификации электровоза серии 3ЭС5КМ. В 2020-х годах предполагается массовое списание отработанных свой ресурс электровозов серии ВЛ. Значительно возрастет потребность локомотивов, и замена им должна быть уже на то время подготовленной, отработанной и отлаженной. Поэтому необходимо, учитывая более чем 70-летний отечественный опыт эксплуатации электровозов переменного тока с коллекторными тяговыми двигателями, к тому времени интегрировать его с современными мировыми технологиями и получить лучший в мире отечественный электровоз своего класса, обладающий высокой энергетической эффективностью и лучшими регулировочными способностями по сравнению с аналогами. 22 |