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 (рис. 7.1).

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.

 

Рис. 7.1. Общий вид

пассажирского 8-осного электровоза постоянного тока ЧС7 (а),

пассажирского 6-осного электровоза переменного тока ЧС4т (б),

грузового 12-осного электровоза постоянного тока ВЛ15 (в)

и грузового 8-осного электровоза переменного тока ВЛ80С (г)

Устройство электровозов

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. 7.2) имеются зубчатые колеса, которыми она соединена с валом тягового двигателя.

Рис. 7.2. Колесная пара: 1 — корпус буксы; 2 — бандаж; 3 — зубчатое колесо;

4 — ось; 5 — колесный центр

К электрическому оборудованию электровозов постоянного тока относятся токоприемники (рис.7.3), 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.

Рис. 7.3. Общий вид токоприемника восьмиосного электровоза постоянного тока:

1 — полозы; 2 — пневматический цилиндр; 3 — изолятор;

4 — основание; 5 — поднимающаяся пружина; 6 — опускающая пружина

 

Рис. 7.4. Кабина машиниста электровоза постоянного тока: 1 — сиденье помощника машиниста; 2— штурвал ручного тормоза;

3 — скоростемер; 4 — кран машиниста;

5 — панель измерительных приборов;

6 — панель включения

сигналов и песочницы;

7 — панель помощника машиниста;

8 — контроллер машиниста;

9 — электрические печи

Рис. 7.5. Кабина машиниста электровоза переменного тока:

1 — ручной тормоз;

2 — электрические печи;

3 — кнопочный выключатель;

4 — панель с приборами;

5 — электрическая плитка;

6 — скоростемер; 7 — панель с приборами и сигнальными лампами; 8 — кран вспомагательного тормоза;

9 — кран машиниста;

10 — кнопочные выключатели;

11 — контроллер машиниста;

12 — сиденье машиниста

Скорость движения электровоза зависит от схемы соединения тяговых двигателей. При последовательном соединении двигателей шестиосного электровоза (рис. 7.6) 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.

  Рис. 7.6. Схемы последовательного (а), последовательно-параллельного (б) и параллельного (в) соединения тяговых двигателей; 1—6 — электродвигатели; 1'—6' — обмотки возбуждения;

R — резисторы

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. 7.7 и рис. 7.8).

Рис. 7.7. 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 — мотор–вентилятор; 10 — мотор–компрессор; 11 — кузов второй секции электровоза;

12 — тяговый электродвигатель; 13 — колесная пара

 

Рис. 7.8. Расположение оборудования в кузове электровоза переменного тока: 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