Тяговые характеристики.

Т яговой характеристикой называется графическая зависимость касательной силы тяги Fk от скорости движения V.

У любого локомотива между силой тяги (Fk) и скоростью (V) обязательно должна быть обратно пропорциональная зависимость, т.е. при увеличении скорости (V), сила тяги (Fk) должна уменьшаться и наоборот, а произведение Fk V = N, т.е. мощность локомотива должна при этом оставаться постоянной и использоваться полностью Fk•V=N=const. Так как обратно пропорциональная зависимость графически изображается гиперболой, то значит, тяговая характеристика у любого локомотива должна быть гиперболической, т.е. мягкой. На электровозах такая тяговая характеристика получается за счет применения ТЭД постоянного тока с последовательным возбуждением, которые имеют мягкую внешнюю характеристику. Фактически тяговая характеристика электровоза имеет явно выраженный гиперболический участок только в зоне рабочих скоростей движения (более 20 км/ч). На всех этих скоростях развиваемая электровозом сила тяги (Fk) ограничивается сцеплением КП с рельсами.

По тяговой характеристике видно, что с увеличением скорости движения сила тяги снижается. На характеристике нанесена кривая ограничения силы тяги (по сцеплению), значения часовой и длительной скорости и силы тяги.

Сила тяги электровозов ВЛ80;

F_T = 6,7• M• n, где;

М — вращающий момент двигателя,

n — количество двигателей, включенных в тягу.

В режиме тяги обязательно должно соблюдаться условие; сила тяги меньше или равна силы сцепления (F_Т < Fсц) – условие тяги. При нарушении этого условия, когда (F_Т > Fсц), начинается боксование. Вращающий момент двигателя

М =С•I_Я•Ф, где;

С — постоянная машины, I_Я — ток в обмотках якоря, Ф — магнитный поток полюсов, который зависит от тока возбуждения.

В результате расчета можно определить ток при трогании с места (не должен превышать I_Д=1100—1500А на ВЛ80С, на ЧС4 и ЭП1 —1400А).

Ограничения в использовании электровозов.

Использование электровозов ограничено: условиями сцепления колес с рельсами; мощностью тяговых двигателей (наибольшим напряжением, допустимым по коммутации, и тока в сочетании со временем его протекания, определяющими нагрев двигателей) отключения ТЭД, по нагреву ТЭД, по напряжению в ТЭД, по нагреву масла в трансформаторе. Помимо этих основных ограничений, в отдельных случаях могут быть и другие, например ограничение по напряжению в контактной сети в момент рекуперации и по соотношению тока якоря и тока возбуждения двигателей в режиме электрического торможения. При взятии состава с места на тяжелом подъеме на электровозах постоянного тока приходится считаться с возможным перегревом пусковых резисторов.

На электровозах переменного тока при снижении напряжения в контактной сети до 19—21 кВ возможен отказ в работе асинхронных двигателей компрессоров, вентиляторов и насосов, а т же перегрев обмоток отдельных фаз, особенно при недостаточной емкости подключенных к ним конденсаторов. На работу электровозов постоянного тока при длительном понижении напряжения в контактной сети может оказать влияние снижение подачи воздуха вентиляторами (перегрев тяговых двигателей) и компрессорами (недостаточное количество воздуха для управления тормозами, песочницей и звуковыми сигналами).

У электровозов масса, приходящаяся на одну ось, составляет 23—25 т, а плавность хода электровозов некоторых серий не достаточна, особенно при неправильном содержании рессорных систем, опор кузова, амортизаторов и при больших поперечных разбегах колесных пар. Поэтому на отдельных участках со сложным верхним строением пути предельная скорость движения электровозов той или иной серии ниже их конструкционной скорости оговоренной заводом-изготовителем. Так, например, приходится ограничивать предельную скорость электровозов ВЛ8, не прошедших модернизацию из-за повышенной жесткости рессорной системы.

Предельно допустимая скорость движения электровоза ограничена прочностью коллектора и закрепления обмотки якоря, а в отдельных случаях — воздействием на путь.

У электровозов постоянного тока при взятии поезда с места на подъеме приходится считаться с ограничением по нагреву пусковых резисторов (реостатов), когда машинист, опасаясь боксования колесных пар, долго не выводит главную рукоятку контроллера – на без реостатную (ходовую) позицию. Длительная же задержка рукоятки контроллера на реостатных позициях приводит к превышению допустимой температуры (перегреву) пусковых резисторов. Особенно перегреваются резисторы при нарушении их нормальной вентиляции (закрыты жалюзи, мала частота вращения), допустимая температура нагрева резисторов всех типов 450 ^оС (кроме резисторов типа ПЭВ).

Сила тяги электровоза ограничивается сцеплением КП с рельсами, кроме того из-за; отключения ТЭД, по нагреву ТЭД, по напряжению в ТЭД, по нагреву масла в трансформаторе. Изоляция при нагреве быстро выходит из строя и пробивается. Предельные температуры определяются классом изоляции (ТЭД—135-150 °С, масла в трансформаторе 90-95 °С).

Количество выделенной теплоты

Q = r•I²•Δt, где;

r —сопротивление обмоток ТЭД,

I — ток в ТЭД,

Δt — количество времени.

Система вентиляции ТЭД предотвращает попадание влаги, пыли и т.д. Вентиляцию включать под нагрузкой для охлаждения, без нагрузки для до охлаждения, при стоянках в метель для предотвращения попадания снега.

Режим нагрузки резко изменяется в зависимости от веса и профиля пути, поэтому используют понятия;

1. часовой ток — это такой ток, при номинальном напряжении на котором ТЭД работает в течении часа, с вентиляцией без перегрева изоляции.

2. Длительный ток — работа двигателя более 6-8 часов с вентиляцией, без перегрева изоляции.

3. Максимальный ток — определяется по условиям коммутации и сцеплению колеса с рельсом, который можно подавать в течении 1-3 минут.

4. Часовая (длительная) мощность — произведение часового (длительного) тока на максимальное напряжение в ТЭД.

Технические данные тяговых двигателей

Характеристика ТД	НБ-418К6	НБ-514	НБ-520В	AL-4442
Напряжение, В	950	980	1000	800
Часовой режим: ток, А мощность, кВт	880 790	905 835	845 800	1140 850
Длительный режим: ток, А	820	843	795	1100
мощность, кВт	740	780	750	820

Дополнительные ограничения в использовании электровозов:

1. В голову поезда нельзя ставить более двух электровозов, включенных в тягу. Сила тяги на автосцепке локомотива, рабо­тающего на растяжение состава, не должна превышать при трогании с места 95 тс, а при разгоне и в движении — 130 тс (Инструкция по организации обращения грузовых поездов повы­шенного веса и длины на железных дорогах РФ ЦД-ЦТ-851).

2. Если в голове поезда два электровоза, включенных в тягу, то разрешается поднять не более трех токоприемников, два из них — на ведущем электровозе (Инструкция ЦТ-ЦЭ-844).

3. В зимний период (для северных дорог с 15 октября, для южных дорог — с 1 ноября по 1 апреля) разрешается пересылать элек­тровозы сплотками для регулирования парка на участках их обращения при минусовой температуре наружного воздуха в следующем порядке и количестве:

— BЛ80C, ВЛ80Р, ВЛ80Т, ЧС8 (двухсекционные) — до пяти электровозов включительно с поднятыми задними по ходу дви­жения токоприемниками на каждом;

— BЛ80C, ВЛ80Р (трехсекционными) — до трех электрово­зов включительно с поднятыми задними (на последней секции) по ходу движения токоприемниками на каждом;

— в сплотки могут включаться электровозы разных серий одного рода тока.

Каждый электровоз, не участвующий в тяге, сопровождают машинист или помощник, имеющий права управления локомотивом. На этих электровозах должны быть обязательно включены мотор-венти­ляторы охлаждения тяговых двигателей. На стоянке и при трогании сплотки на ведущем локомотиве поднимают дополнительно передний по ходу движения токоприемник. При достижении сплоткой скорости 5—10 км/ч первый по ходу движения токопри­емник на ведущем электровозе опускают — при отправлении сплоток с бокового пути станции на расстоянии не менее 15—20 м от ближайшего стрелочного перевода (Инструкция ЦТ-ЦЭ-844).

4. При проследовании нейтральных вставок сплотками с поднятыми токоприемниками ведущий локомотив по сигналу опускает токоприемник, остальные отключают вспомогатель­ные машины.

5. В летний период разрешается пересылать электровозы сплотками в сопровождении одной локомотивной бригады. Пересылка электровозов в зимнее время при плюсовой темпера­туре и отсутствии снежного покрова допускается без сопровож­дения локомотивной бригадой (Инструкция ЦТ 310 «О порядке пересылки локомотивов»).

6. Имеется ограничение по нагреву тормозных резисторов на электровозах, оборудованных электрическим (реостатным) тормозом.