Глава 10

ЭЛЕКТРОВОЗЫ

Идея использования электрической энергии для тяги рельсового транспорта в России была практически решена в 1876 г., когда на пассажирском вагоне был установлен электрический двигатель, а в 1880 г. построен рельсовый путь для испытаний вагона в движении. Однако, несмотря на ряд практических предложений и проектов, электрические локомотивы не производились вплоть до начала электрификации железных дорог в 1924 г.

 

В 1932 г. на Московском заводе «Динамо» были созданы тяговые двигатели, установленные на электровоз серии С, а затем, совместно с Коломенским заводом, был построен первый грузовой электровоз серии ВЛ19. Первый пассажирский электровоз был построен в 1934 г. Коломенским заводом. Это был самый мощный в Европе электровоз, который развивал скорость 85 км/ч.

 

На железных дорогах России эксплуатируется несколько типов электровозов. Их классификация осуществляется по роду тока, типу передач, виду работы и осевым характеристикам.

 

По роду тока, подводимого к электровозам, различают магистральные электровозы постоянного тока с номинальным напряжением на токоприемнике 3 кВ, переменного однофазного тока напряжением 25 кВ частотой 50Гц и электровозы двойного питания.

 

В зависимости от способа передачи вращающего момента от тягового двигателя на колесные пары различают электровозы с индивидуальным и групповым приводом.

 

При индивидуальном приводе вращающий момент передается на колесную пару от отдельного тягового двигателя. При групповом приводе вращающий момент от одного тягового двигателя передается группе колесных пар через специальный редуктор.

 

Большинство электровозов имеет индивидуальный привод, более удобный в эксплуатации.

 

По роду работы электровозы подразделяются на грузовые, пассажирские и маневровые.

 

Основными сериями грузовых электровозов постоянного тока являются ВЛ11, ВЛ10, ВЛ10у и переменного тока ВЛ80к, ВЛ80р, ВЛ80т, ВЛ85. Электровоз ВЛ82м является локомотивом двойного питания. В пассажирском движении эксплуатируются электровозы постоянного тока серий ЧС2,ЧС2Т, ЧС6, ЧС7, ЧС200 и переменного тока ЧС4, ЧС4Т, ЧС8

Коломенским и Новочеркасским заводами изготовлен восьмиосный пассажирский электровоз переменного тока ЭП200, рассчитанный на скорость движения 200 км/ч.

 

Ведутся работы по производству нового пассажирского электровоза двойного питания ЭП300 с асинхронными тяговыми двигателями.

 

Технические характеристики электровозов постоянного и переменного тока приведены в табл. 10.1, 10.2.

Таблица 10.1

Технические характеристики электровозов постоянного тока

 

ПАРАМЕТРЫ	Электровозы
	ВЛ10, ВЛ11м	ВЛ15	ЧС6, ЧС200	ЧС6, ЧС200	ЧС7	ВЛ82м
Номинальное напряжение на токоприемнике, кВ	3	3	3	3	3	3/25
Осевая характеристика	2(20-20)	2* (20-20-20)	2(20-20)	30-30	2(20-20)	2(20-20)
Год начала постройки	1961 1964	1975	1979	1962 1972	1984	1974
КПД электровоза в продолжительном режиме с учетом вспомогательных машин	0,9; 0,88	0,9	0,91	0,91	0,91	0,9* 0,84
Коэффициент мощности	—	—	—	—	—	0,85
Электрическое торможение	Рекуперат.	Рекуперат.	Реостат.	Нет, Реостат.	Реостат.	Реостат.
Мощность кВт: часового режима на валах ТЭД продолжительного режима на валах ТЭД	5360   4600	9000   8400	8400   ––	4620   4080	––   6160	6040   6000
Сила тяги, КН: часового режима на ободе колес продолжительного режима на ободе колес	395   320	675   ––	255 217 ––	485   156	––   247	427,2   ––
Скорость, км/ч: часового режима продолжительного режима конструкционная	48,7 51,2   100	46 ––   100	115,8 135,9 –– 190 220	89 93   160	–– 106   160	42,72 50,2   110
Нагрузка от колесной пары на рельсы, кН	230	250	201 191,3	215	215	235
Разница нагрузки на рельсы между колесами одной оси, кН	5,0	4,9	4,9	4,9	4,9	5,0
Длина электровоза по осям автосцепки, м	32,84	—	33,08	18,92	34,04	32,84
Жесткая база тележки, м	3,0	3,0	3,2	4,6	3,2	3,0
Ширина кузова, м Высота электровоза при опущенном токоприемнике, м	3,16 5,12	3,16 5,1	3,1 5,12	3,1 5,12	3,1 ––	3,16 5,1
Тип тягового двигателя	ТЛ-2К1	ТЛ-3	—	—	—	НБ-407Б
Число тяговых двигателей	8	12	8	6	8	8
Подвешивание тягового двигателя Передача	Опороно-осевое 2-сторон.; косозыб.	Опороно-осевое 2-сторон.; косозыб.	Рамное торсион. вал	Рамное торсион. вал	Рамное торсион. вал	Опороно-осевое 2-сторон.; косозыб.
Удельная мощность электровоза, кВт/т Передаточное число	29,1 88:23	30 88:23	–– 79:38 75:42	34,1 19,75	–– 1:1,733	31 88:21
Масса электровоза в рабочем состоянии, т	184	300	164 156	123 138	172	200

Таблица 10.2

Технические характеристики электровозов переменного тока

 

192

ПАРАМЕТРЫ	Электровозы
	ЧС8	ЧС4 ЧС4т	ВЛ60 ВЛ60	ВЛ80к ВЛ80с	ВЛ80р ВЛ80т	ВЛ86ф	ВЛ85
Номинальное напряжение на токоприемнике, кВ	25	25	25	25	25	25	25
Осевая характеристика	2(20-20)	30-30	30-30	2(20-20)	2(20-20)	2(20-20)	2(20-20)
Год начала постройки	1987	1965 1973	1962	1963 1980	1979 1967	1985	1985
КПД электровоза в продолжительном режиме с учетом вспомогательных машин	0,88	0,88	0,84	0,84	0,84	—	—
Коэффициент мощности	0,87	—	0,85	0,866	0,84	0,95	—
Электрическое торможение	Реостат.	Нет Реостат	Нет	Нет Реостат	Рекуперат. Реостат.	Рекуперат.	Рекуперат и реостат.
Мощность кВт: часового режима на валах ТЭД продолжительного режима на валах ТЭД	–– 7200	5100 4920	4590 4750 4070 4150	6520 6160	6520 6160	11400 10800	10000 9400
Сила тяги, КН: часового режима на ободе колес продолжительного режима на ободе колес	–– 241,9––	174 168	318,6 227 264 188	442 400	442 400	820 780	726 660
Скорость, км/ч: часового режима продолжительного режима конструкционная	–– 106 180	107,1 109,1 160	52 73,3 55,6 77,1 100 110	51,6 53,6 110	51,6 53,6 110	–– –– 110	49,1 50 110
Нагрузка от колесной пары на рельсы, кН	214,76	205 210	230	235	235	250	240
Разница нагрузки на рельсы между колесами одной оси, кН	4,9	4,9	5,0	5,0	5,0	5,0	4,9
Длина электровоза по осям автосцепки, м Жесткая база тележки, м Ширина кузова, м	33,0 2,95 3,1	19,98 4,6 3,2/3,1	20,8 4,6 3,21	32,84 3,0 3,16	32,84 3,0 3,16	45,0 3,0 3,16	45,0 2,85 3,16
Высота электровоза при опущенном токоприемнике, м	5,2	5,24 5,15	5,1	5,1	5,1	5,1	5,1
Тип тягового двигателя			НБ-412К	НБ-418К 6	НБ-418К 6	НБ-607	НБ-514
Число тяговых двигателей Подвешивание тягового двигателя	8   Рам- ное.	6   Рам ное	6   Опорно-осевое	8   Опорно-осевое	8   Опорно-осевое	12   Опорно-осевое	12   Опорно-осевое
Передача Удельная мощность электровоза, кВт/т	торсион, вал ––	торсион, вал ––	2-хстор.косозуб. 33,4 34,3	2-хстор.косозуб. ––	2-хстор.косозуб. ––	2-хстор.косозуб. 38	2-хстор.косозуб. 34,7
Передаточное число	1:2,64	1:1,764	88:23 88:30	88:21	88:21	88:21	88:21
Масса электровоза в рабочем состоянии, т	176	123 126	138	192	192	289	288

 

Электровозы имеют сложное механическое и электрическое оборудование.

 

К механическому оборудованию электровозов постоянного и переменного тока относятся: кузов, тележки с колесными парами и буксами, зубчатые передачи, рессорное подвешивание, ударно-тяговые и тормозные устройства и пескоподача.

 

Кузов электровоза предназначен для размещения электрического оборудования, вспомогательных машин и компрессора. По концам кузова односекционного электровоза расположены кабины управления. В двухсекционных электровозах имеется одна кабина в каждой секции.

 

На электровозах с кузовами несущей конструкции (ВЛ10, ВЛ10У; ВЛ80к и др.) тяговое усилие передается на автосцепку через раму кузова, а на электровозах, где кузов не имеет тяговой нагрузки (ВЛ8), — через рамы тележек и хребтовую балку кузова.

 

Тележки электровозов (литые или сварные) соединяются с рамой кузова с помощью пятника и шкворня.

 

Отечественные электровозы имеют две, четыре или шесть тележек. При двух тележках в каждой из них устанавливают три колесные пары (шестиосные электровозы), при четырех и шести тележках — две колесные пары (восьми-и двенадцатиосные электровозы).

 

Рамы тележек через рессоры и буксы с подшипниками связаны с колесными парами. На оси колесной пары (рис. 10.2) имеются зубчатые колеса, которыми она соединена с валом тягового двигателя

электрическому оборудованию электровозов постоянного тока относятся токоприемники (рис. 10.3), тяговые электродвигатели, вспомогательные машины, аппараты управления, предназначенные для пуска тяговых двигателей, изменения скорости и направления движения электровоза, электрического торможения, защиты оборудования от перегрузок, перенапряжений и токов короткого замыкания.

 

Все аппараты силовых цепей электровоза, как и тяговые двигатели, находятся под высоким напряжением. В связи с этим, для управления ими используется система дистанционного или косвенного управления через цепи низкого напряжения. В качестве источника тока низкого напряжения (50В) используются генераторы тока управления или полупроводниковые преобразователи, питающие цепи управления, наружного и внутреннего освещения и аккумуляторную батарею при зарядке, являющуюся источником резервного питания низковольтных цепей.

 

Мотор-вентиляторы служат для воздушного охлаждения пусковых резисторов и тяговых электродвигателей. Мотор-компрессоры обеспечивают сжатым воздухом систему автоматических и пневматических устройств электровоза. Мотор-генератор применяют на тепловозах с рекуперативным торможением для питания обмоток возбуждения тяговых двигателей при работе их в рекуперативном режиме.

 

В кабине машиниста (рис. 10.4, 10.5) на пульте расположены аппараты управления. Основным аппаратом в цепи управления является контроллер машиниста, предназначенный для дистанционного пуска и управления работой тяговых двигателей. Главная рукоятка контроллера служит для переключения тяговых электродвигателей с одной схемы соединения на другую. С помощью реверсивной рукоятки изменяется направление движения электропоезда (ток в обмотках возбуждения тяговых электродвигателей изменяет направление).

 

Скорость движения электровоза зависит от схемы соединения тяговых двигателей. При последовательном соединении двигателей шестиосного электровоза (рис. 10.6) напряжение контактной сети 3000 В будет поровну разделено между всеми двигателями и составит 500 В. При последовательно-параллельном соединении двигатели соединяются в две параллельные цепи по три двигателя в каждой. В этом случае к каждому двигателю будет подводиться напряжение 1000 В. При параллельном соединении в трех параллельных цепях включено по два двигателя, и, следовательно, каждый двигатель будет иметь напряжение 1500 В.

Поскольку частота вращения тягового двигателя зависит от напряжения, то наименьшая скорость электровоза будет при последовательном, а наибольшая — при параллельном соединении двигателей.

 

На электровозах переменного тока электрическое оборудование отличается от электровозов постоянного тока. На них установлены тяговые трансформаторы, которые понижают напряжение до номинального. Затем ток преобразуется в постоянный в кремниевых выпрямителях и поступает на тяговые двигатели постоянного тока.

 

Характерной особенностью электровозов переменного тока является то, что их тяговые двигатели работают на постоянном токе и имеют постоянное параллельное соединение. Это значительно повышает коэффициент сцепления электровоза.

Вспомогательные машины электровоза имеют привод от асинхронных двигателей трехфазного тока напряжением 380 В. Для питания этих двигателей установлен асинхронный расщепитель фаз. В расщепителе отбираемый от низковольтной обмотки тягового трансформатора однофазный ток «расщепляется» в трехфазный.

 

На электровозах переменного тока скорость движения регулируется специальным переключателем — главным контроллером. Этот аппарат переключает под нагрузкой ступени вторичной обмотки тягового трансформатора, изменяя напряжение на зажимах тяговых двигателей. Такая система регулирования называется безреостатной.

 

Расположение основного оборудования в кузове электровозов постоянного и переменного тока показано на (рис. 10.7 и рис. 10.8).