- •Министерство образования республики беларусь
- •Введение
- •1.1 История развития транспорта
- •1.3 Роль и значение транспорта
- •1.4 Основные термины и понятия транспортной системы
- •1.7 Нагрузка на транспортную систему
- •1.10 Направления развития единой транспортной сети
- •1.11 Основные показатели работы транспорта
- •1.12 Механизация погрузочно-разгрузочных и складских работ на транспорте
- •1.13 Крупнейшие транспортные сооружения мира
- •2.1 Краткая историческая справка
- •2.2 Путь и путевое хозяйство
- •2.3 Габариты на железнодорожном транспорте
- •2.4 Раздельные пункты
- •2. 5 Основы организации движения поездов
- •2.6 Тяговый подвижной состав
- •2.7 Вагоны и вагонное хозяйство
- •2.8 Электрификация
- •2.8.2 Схема электроснабжения
- •2.8.3 Системы тока и напряжение в контактной сети
- •2.8.4 Тяговая сеть
- •2.8.5 Эксплуатация устройств электроснабжения
- •2.9 Автоматика и телемеханика (а и т)
- •2.10 Система сигнализации и виды связи
- •3.2 Виды и основные средства водного транспорта
- •3.3 Судоходные пути
- •3.3.1 Общие положения
- •3.3.2 Навигационным оборудованием водного пути
- •Способы обслуживания навигационного оборудования
- •3.4 Условия безопасности и экономичности эксплуатации судов
- •3.5 Характеристика и размерения судов
- •3.6 Классификация судов флота
- •3.7 Порты и портовые сооружения
- •3.8 Взаимодействие видов транспорта в порту
- •3.9 Организация эксплуатационной работы водного транспорта
- •4.1 Краткая историческая справка
- •Машин освоен в 1947 г.)
- •4.2 Автомобиль в Белоруссии
- •4.3 Классификация перевозок
- •4.4 Организация перевозок грузов
- •4.6 Служба перевозок автотранспортного предприятия
- •4.7 Классификация автомобильных транспортных средств
- •4.8 Система обозначения автомобильного подвижного состава
- •4.9 Основные эксплуатационные требования к подвижному составу
- •4.10 Система показателей и измерителей работы подвижного состава
- •4.11 Автомобильные дороги
- •4.12 Автотранспортные предприятия
- •4.13 Основные научно-технические проблемы
- •4.14 Рекордные скорости на автомобильном транспорте
- •5.1 История развития воздушного транспорта
- •5.2 Техническая основа воздушного транспорта
- •5.3 Организация полетов и руководство движением
- •5.4 Научно-технические проблемы развития воздушного транспорта
- •5.5 Показатели работы воздушного транспорта
- •5.6 Достижения воздушного транспорта
- •5.6 Достижения воздушного транспорта
- •6.1 История развития трубопроводного транспорта
- •6.2 Техническая база трубопроводного транспорта
- •6.3 Особенности сооружения и эксплуатации трубопроводов
- •6.4 Научно-технические проблемы развития
- •7.1 История развития городского пассажирского транспорта (гпт)
- •7.4 Основные показатели, характеризующие городскую
- •8 Промышленный транспорт
- •9.1 Критерии прогрессивности видов транспорта
- •9.2 Характеристика новых видов транспорта
- •9.2.1 Дирижабли
- •9.2.3 Монорельсовая дорога
- •9.2.4 Транспорт на воздушной подушке
- •9.2.5 Поезд на магнитной подушке (подвеске)
- •9.2.6 Транспорт для освоения Севера
- •9.2.7 Идеи проектов новых транспортных средств
- •9.8 Прогноз развития транспорта
- •Валентин Петрович я р о ш е в и ч Михаил Иванович ш к у р и н Общий курс транспорта
2.6 Тяговый подвижной состав
Движение поездов на железнодорожном транспорте осуществляется с помощью тягового подвижного состава. К нему относятся локомотивы и мотор-вагонный подвижной состав. Последний состоит из моторных и прицепных вагонов.
Локомотивы, у которых преобразование тепловой энергии, получаемой при сжигании топлива, в механическую производится установкой с паровым котлом и паровой машиной, называются паровозами.
Локомотивы с поршневыми двигателями внутреннего сгорания (дизелями) называются тепловозами, а с газотурбинными установками –газотурбовозами.
Паровозы, тепловозы и газотурбовозы являются автономными локомотивами.
Улокомотивов и мотор-вагонного подвижного состава снеавтономной тягой(электровозов(рисунок 2.55) иэлектропоездов) первичная (электрическая) энергия поступает на локомотив и моторный вагон от внешних источников (от контактных тяговых проводов).
При электрической тяге мощность локомотивов не ограничена первичным двигателем, поэтому электровозы могут иметь большие мощности в сравнении с автономными локомотивами.
К
Рисунок
2.55 – Один из первых электровозов
трехфазного тока, создан- ный
в 1892 г.
при питании от тепловых электростанций,
составляет 25–26 %. С учетом доли гидро-
электростанций КПД повышается до 32 %. КПД тепловозов составляет 29–31 %, а паровозов – 5–7 %.
По роду работы локомотивы подразделяются на грузовые (мощные), пассажирские (скоростные) и маневровые.
На электрифицированных линиях для перевозки пассажиров в пригородном сообщении используются электропоезда, на неэлектрифицированных линиях –дизель-поездаиавтомотрисы.
Все эксплуатируемые и строящиеся локомотивы можно к л а с с и ф и –
ц и р о в а т ь по следующим признакам:
по роду службы(выполняемой работы) – грузовые (рисунок 2.56), пассажирские (рисунок 2.57) и маневровые (рисунок 2 .58);
по числу секций– одно-, двух- (сочлененные) и многосекционные (мотор-вагонные секции);
по типу передачи– с электрической, гидравлической, гидромеханической, механической и непосредственной передачами.
Электрическая передача применяется в электровозах и в большинстве тепловозов; гидравлическая и гидромеханическая – в тепловозах; механическая – у маломощных тепловозов (мотовозов); непосредственная (кривошипно-шатунная) – у паровозов.
П
Рисунок 2.56 –
Грузовой электровоз ВЛ80
электродвигателей дает воз-можность использовать как индивидуальный, так и групповой привод. При индивидуальном приводе каждая движущая колесная пара соединена со своим тяговым двигателем зубчатой передачей. При групповом приводе движущие колесные пары, размещенные в одной жесткой раме, соединяются между собой промежуточными зубчатыми колесами.
Р
Рисунок 2.57 –
Пассажирский тепловоз
ТЭП75
число колесных пар.
В формуле знак "–" означает, что
обе тележки несочленены – не связаны шарнирно, и тяговое усилие от движущих колесных пар в автосцепке локомотива передается через раму кузова. Знак "+" указывает, что тележки сочленены, и тяговое усилие передается через раму тележки. Если движущие колесные пары имеют индивидуальный привод, то к цифре, показывающей число осей, добавляется индекс "о".
Рисунок 2.58 –
Маневровый
тепловоз
ТЭМ7
Электровоз ВЛ23 с характеристикой 3о + 3о представляет собой локомотив с двумя сочлененными трехосными тележками и с индивидуальным приводом движущих колесных пар.
Тепловоз с осевой характеристикой 2(3о - 3о) – двухсекционный локо-
мотив, каждая секция которого имеет две трехосные несочлененные тележки с индивидуальным приводом движущих колесных пар и может работать самостоятельно. Если же секции не могут работать самостоятельно, то осевая характеристика имеет вид 3о - 3о - 3о - 3о.
Под серией понимается локомотив одного и того же типа и одинаковой конструкции.
Для электровозов переменного (однофазного) тока установлена следующая нумерация: четырехосные – от ВЛ40 до ВЛ59 (ВЛ – Владимир Ленин); шестиосные – 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 чехословацкого производства на железных дорогах СНГ имеют серию ЧС. Электровоз ЧС200 обеспечивает скорость 200 км/ч. Новый электровоз ЧС8 может вести поезда из 23 пассажирских вагонов на участке с подъемом 25 о/оосо скоростью 85 км/ч.
Модернизированные электровозы имеют индекс "м" (ВЛ22м); электровозы с кремниевыми выпрямителями – индекс "к" (ВЛ60к); электровозы с рекуперативным торможением – индекс "р" (ВЛ60р); электровозы с реостатным торможением – индекс "т" (ВЛ80т).
Конструкционная скорость современных электровозов находится в диапазоне 100–220 км/ч. Максимальная скорость для всех электровозов серии ЧС на 20 км/ч меньше конструкционной. Мощность часового режима – от 3150 до 9700 кВт. (Мощность часового режима – это наибольшая развиваемая на валу тягового двигателя мощность, при которой машина может работать в течение часа, начиная от холодного состояния.)
Серии тепловозов с электрической передачей имеют буквенное обозначение ТЭ, а с гидравлической – ТГ. В буквенное обозначение серий включают знак рода службы локомотива: П – пассажирский (ТЭП60), М – маневровый (ТГМ7). Цифра после букв соответствует нумерации выпуска. Например, тепловозам Коломенского завода присваивается номер от 50 до 99 (ТЭП60), тепловозам Харьковского завода – от 1 до 49 (ТЭ3, ТЭ10), Луганского (Ворошиловградского) завода – от 100 до 150 (2ТЭ116) (отступление: 2ТЭ10В – Ворошиловград, 2ТЭ10Л – Луганск).
На железных дорогах СНГ эксплуатируются около 20 серий и модификаций электровозов и 25 серий и модификаций тепловозов. Одним из самых мощных является двухсекционный восьмиосный электровоз переменного тока ВЛ80рс плавным (бесступенчатым) регулированием скорости. По аналогичному принципу построен еще более мощный 12-осный электровоз ВЛ85рдля работы на линиях, электрифицированных по системе однофазного переменного тока напряжением 25 кВ. Он состоит из двух шестиосных секций. Может водить поезда массой 6000 т и более. Мощность локомотива – 10000 кВт, конструкционная скорость – 110 км/ч. В числе новых локомотивов грузовой электровоз ВЛ15 для вождения тяжеловесных поездов на линиях с напряжением 3000 В постоянного тока. Его мощность – 9000 кВт, конструкционная скорость – 110 км/ч. Среди тепловозов самый современный – 2ТЭ121 мощностью 5884 кВт с электрической передачей переменно-постоянного тока. Создан тепловоз 4ТЭ10С повышенной мощности для эксплуатации в суровых климатических условиях. Изготовлен тепловоз ТЭ126 для вождения грузовых поездов в условиях умеренного и холодного климата. На Брянском машиностроительном заводе (1988) выпущен маневровый тепловоз ТЭМ15 с уменьшенным расходом топлива.
Современные электровозы и тепловозы могут совершать пробег между экипировками в зависимости от массы поезда и профиля пути до 1200 км, а между техническими обслуживаниями – от 1200 до 2000 км.
Силы, действующие на поезд. На движущийся поезд действуют силы, разнообразные по величине, направлению и времени действия. Для удобства расчетов все внешние силы, оказывающие влияние на движение поезда, объединяют в три группы и обозначают: F – сила тяги; W – силы сопротивления движению; В – тормозные силы.
В тяговых расчетах пользуются либо полным значением этих сил, выраженным в кгс, либо их удельным значением, отнесенным к единице массы поезда (f, w, b).
Сила тягисоздается двигателем локомотива во взаимодействии с рельсами, приложена к движущим колесам и всегда направлена в сторону движения поезда. Ее значение регулируется в широких пределах машинистом, ведущим поезд.
Вращающий момент Мдвигателя (рисунок 2.59) создает пару силFиf1, действующих на плечеR,равном радиусу колеса по кругу катания. Эти силы стремятся вращать колесо вокруг его оси. Для получения поступательного движения нужна внешняя сила, приложенная к движущим колёсам. Такой силой является горизонтальная реакция рельсаf3, вызванная действием силыf1. Численно силыf2 иf1 между собой равны и направлены в противоположные стороны.
Рисунок
2.59 – Схема образования
силы тяги
Таким образом, сила реакции рельса f2уравновесила силуf1 и тем самым освободила силуFдля осуществления поступательного движения локомотива. На практике силой тяги локомотива принято называть горизонтальную реакциюf2,
приложенную от рельсов к ободу движущих колес и направленную в сторону движения. Поскольку эта сила направлена по касательной к окружности колеса, она получила название касательной силы тяги. Для локомотива в целом касательная сила тяги определяется как сумма касательных сил, при-
ложенных ко всем движущим колесам локомотива, и обозначается fк.
С увеличением вращающего момента, приложенного к колесам локомотива, возрастает и сила тяги, однако лишь до тех пор, пока она не достигнет предельной силы сцепления колес с рельсами. При дальнейшем увеличении вращающего момента сцепление между колесами и рельсами нарушается и колеса начинают буксовать. Сила сцепления зависит от коэффициента сцепления Ψки сцепной массы локомотиваРсц, т. е. от массы, приходящейся на движущие колесные пары. Наибольшая сила тяги локомотива, которая может быть реализована по условиям сцепления колес с рельсами, составляетfк≤1000Ψк Рсц.
Коэффициент сцепления Ψкзависит от многих факторов, из которых наиболее существенными являются: род двигателя локомотива, скорость движения, состояние поверхностей колес и рельсов, метеорологические условия. Применение песка позволяет существенно увеличить коэффициент сцепления, а соответственно и силу тяги локомотива. Расчетные значения коэффициента сцепления устанавливаются ПТР в зависимости от типа локомотива и скорости движения.
Значения силы тяги при различных скоростях движения определяют по тяговым характеристикам локомотивов, которые составляют на основе данных, получаемых при тяговых испытаниях. Эти характеристики изображаются в виде диаграмм, определяющих зависимость силы тяги fкот скорости движенияvпри различных режимах работы двигателей. На эти диаграммы наносятся указанное ограничение силы тяги по сцеплению, а также другие ограничения силы тяги, связанные с особенностями локомотивов.
Расчет массы грузовых поездов.На движущийся поезд действует много постоянных и переменных сил, разнообразных по величине и направлению: сила тяжести вагонов и локомотива, сила тяги локомотива, а также силы сопротивления движению в сцепных приборах, от взаимодействия колес с рельсами в горизонтальной и вертикальной плоскостях, инерции и др. Под действием этих сил одновременно с качением колес по рельсам имеет место виляние, галопирование, скольжение, наклон отдельных единиц подвижного состава в поезде.
Зависимость между равнодействующей названных сил и ускорением описывается дифференциальным уравнением, называемым уравнением движения поезда.
При решении уравнения движения поезда из всех перемещений подвижного состава учитывают только поступательное и вращательное, например, якорей тяговых электродвигателей, зубчатых передач и колесных пар. Эти факторы определяют характер движения поезда.
При движении по участкам и в кривых изменяется сила сопротивления движению, а в режиме торможения на поезд действует еще и тормозная
сила.
В общем случае на движущийся поезд действует сила тяги локомотива Fк, суммарная сила основного и дополнительного сопротивления движениюWки тормозная силаВт. Результирующая сил, приложенных к поезду,
R = Fк ± Wк –Вт. (2.14)
Уравнение движения поезда, приведенное к 1 т его массы, имеет вид
(2.15)
где ξ –ускорение движения поезда от действия удельной силы 1 кгс/т (для эксплуатационных расчетов ξ= 120 км/ч2;fк - удельная касательная сила тяги локомотива;wк– общее удельное сопротивление движению поезда;bт– удельная тормозная сила поезда от действия тормозных колодок.
Для частных случаев основное уравнение движения (2.2) упрощается и для движения в режиме тяги с равномерной скоростью приобретает вид
bт= 0; ;fк=wк, (2.16)
или
Fк=Wк= (2.17)
Откуда
(2.18)
где QиР– соответственно масса состава и локомотива, т;и– соответственно основное удельное сопротивление движению локомотивов и вагонов, кгс/т;ip– расчетный подъем (наиболее крутой и затяжной подъем, который не может быть преодолен с использованием кинетической энергии поезда. Определяется с учетом дополнительного сопротивления от кривых, если они имеются на этом подъеме), ‰.
Устройство электровоза.Кузов электровоза (рисунок 2.60) служит для размещения в нем электрической аппаратуры и другого оборудования. Он опирается на тележки, на которых установлены тяговые двигатели, по одному для каждой оси. С помощью зубчатого привода вращающий момент от тяговых двигателей передается колесным парам.
Тележка электровоза состоит из рамы, колесных пар с буксами, рессорного подвешивания и тормозного оборудования.
П
Рисунок
2.60 – Электровоз серии ВЛ85
ше 130 км/ч применяют рамную
подвеску тягового двигателя. При этом двигатель расположен над осью колесной пары и прикреплен к раме тележки, но здесь усложняется передача усилия от вала двигателя к колесной паре. Расположение основного оборудования на кузове электровоза приведено на рисунке 2.61.
Передача электроэнергии от контактного провода к силовой цепи электровоза осуществляется с помощью токоприемника (пантографа).
Электрическое оборудование электровозов. В качестве тяговых двигателей на электровозах постоянного тока в основном применяют двигатели с
Рисунок
2.61 – Расположение основного оборудования
на 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
последовательным возбуждением с номинальным U= 1500 В. Основным аппаратом управления электровоза является контроллер машиниста. Главная рукоятка контроллера служит для переключения тяговых электродвигателей с одной схемы соединения на другую и изменения пусковых соединений. С помощью реверсивной рукоятки изменяется направление движения электровоза. Вспомогательные машины – мотор-вентиляторы, мотор-компрессоры, мотор-гене-ратор и генератор тока управления, аккумуляторные батареи (резервный источник питания цепей управления).
П
Рисунок
2.56 – Принципиальное устройство
электровоза
В местах стыкования однофазного напряжения 25000 В и постоянного U= 3000 В применяют электровозы с двойным питанием (ВЛ82, ВЛ82м).
Устройство тепловоза. История создания тепловоза такова. 20 декабря 1921 года в газете "Известия" была напечатана статья А. Белякова "Новые пути оживления железнодорожного транспорта", в которой говорилось о "грузовиках, поставленных на рельсы". Статью прочел В. И. Ленин и предугадал в "грузовике на рельсах" новый тип локомотива. По инициативе Ленина Совет Труда и Обороны 4 января 1922 года принимает постановление о разработке проектов и строительстве тепловозов. Вскоре было утверждено бюро по постройке тепловозов, которое возглавил Я. М. Гаккель.
Проектирование тепловоза началось в декабре 1922 года. Строился первый отечественный тепловоз в Ленинграде на Балтийском судостроительном заводе. Ходовую часть для тепловоза поставил завод "Красный путиловец", а тяговые электродвигатели – завод "Электрик".
Не прошло и двух лет, как уникальная машина была готова. 5 августа 1924 года тепловоз вышел из ворот Балтийского судостроительного завода. А 7 ноября 1924 года первый в мире магистральный тепловоз мощностью 1000 лошадиных сил с электрической передачей совершил свой первый рейс по Октябрьской железной дороге от Ленинграда до станции Обухово и обратно.
Вот что сообщала по этому поводу газета "Вечерняя Москва": "На Октябрьской железной дороге была произведена первая проба тепловоза Гаккеля. Тепловоз быстро и плавно брал с места. Предполагается, что тепловоз сможет поднять до 80 000 пудов".
Постройка такого тепловоза была выдающейся победой. Весь мир был удивлен "металлическим чудом", которое сотворили советские люди в невероятно тяжелые 20-е годы, не имея ни опыта, ни специальной технической базы. Советский Союз стал родиной магистральных тепловозов.
Тепловоз (рисунок 2.62) состоит из следующих основных частей: экипажа (рама, тележки, колесные пары с буксами, рессорное подвешивание), кузова, первичного двигателя (дизеля), передачи, вспомогательного оборудования (топливная система, система смазки, охлаждения и т. д.).
У
Рисунок
2. 62 – Магистральный тепловоз 2ТЭ116
расположена дизель-генераторная установка. На главной раме размещаются кабина, кузов, силовое и вспомогательное оборудование тепловоза.
Виды передач, применяемых на тяговом подвижном составе. Наиболее распространенной является электрическая передача, при которой усилие создается тяговым электродвигателем, соединенным шестеренчатой передачей с тяговой колесной парой. Такая передача используется на электроподвижном составе и в большинстве тепловозов. Коленчатый вал дизеля тепловоза вращает якорь тягового генератора, который вырабатывает электрический ток, поступающий в тяговые двигатели. Кроме того, тяговый генератор, питаясь от аккумуляторной батареи, работает в качестве электродвигателя при запуске дизеля.
Механическая передачаподобна автомобильной и состоит из шестеренчатой коробки передач (скоростей), реверсивного устройства и муфты сцепления. Однако при переключении скоростей возникает резкое падение и возрастание силы тяги, что вызывает рывки в составе. Поэтому такая передача используется лишь в мотовозах, автомотрисах и дизельных поездах сравнительно небольшой мощности.
Гидравлическая передача(рисунок 2.63)не имеет недостатков, присущих механической передаче, она дешевле и проще электрической. Основными элементами гидравлической передачи являются гидротрансформаторы и гидромуфты.
П
Рисунок
2.63 – Схема гидропередачи
Локомотивное хозяйствообеспечивает перевозочную работу железных дорог тяговыми средствами и содержание этих средств в соответствии с техническими требованиями. К сооружениям и устройствам этого хозяйства относятся основные локомотивные депо, специализированные мастерские по ремонту отдельных узлов локомотивов, пункты технического обслуживания, экипировки локомотивов и смены бригад, базы запаса локомотивов. Под экипировкой понимают комплекс операций по снабжению их топливом, водой, песком, смазкой, обтирочными материалами, связанных с подготовкой локомотивов к работе.
Локомотивные депо –это основные производственные единицы локомотивного хозяйства Их сооружают на участковых, сортировочных и пассажирских станциях, выбираемых на основе технико-экономического сравнения различных вариантов. Депо, имеющие приписной парк локомотивов для обслуживания грузовых или пассажирских поездов, локомотивные здания, мастерские и другие технические средства для производства текущего ремонта, технического обслуживания и экипировки, называются основными.
Наряду с ними в целях совершенствования организации ремонта и лучшего использования производственных мощностей на дорогах создают и ремонтные базы–депо, специализированные по видам ремонта и типам локомотивов. Например, подъемочный ремонт может быть сосредоточен в наиболее крупных и оснащенных депо при освобождении от этого вида ремонта остальных депо. Такие крупные ремонтные базы могут не иметь приписного парка локомотивов.
По виду тяги различают тепловозные, электровозные, мотор-вагонные, дизельные и смешанные депо. В крупных железнодорожных узлах со специализированными станциями (пассажирскими и сортировочными) предусматривают отдельные локомотивные депо для грузовых и пассажирских локомотивов.
В пунктах обороталокомотивы находятся в ожидании поездов для обратного следования с ними. За это время, как правило, производится их техническое обслуживание, совмещаемое с экипировкой.
Пункты смены бригадпредусматривают преимущественно на участковых станциях и размещают исходя из условия обеспечения нормальной продолжительности работы бригад.
Пункты экипировкирасполагают на деповской территории. Иногда экипировочные устройства размещают непосредственно на приемо-отправочных путях для производства операций без отцепки локомотива от поезда.
Пункты технического обслуживания локомотивовразмещают как в локомотивных депо, так и в пунктах оборота и экипировки локомотивов.
Размещение и техническое оснащение локомотивных депо, пунктов технического обслуживания локомотивов, мастерских, экипировочных устройств и других сооружений и устройств локомотивного хозяйства должны обеспечивать установленные размеры движения поездов, эффективное использование локомотивов, высокое качество их технического обслуживания и ремонта, высокую производительность труда.
Все локомотивы, приписанные к дороге или депо и состоящие на их балансе, составляют так называемый инвентарный парк, который подразделяется на эксплуатируемый и неэксплуатируемый. Эксплуатируемый парк состоит из локомотивов, находящихся в работе, в процессе экипировки, технического обслуживания, приемки и сдачи, а также в ожидании работы. Неэксплуатируемый парк составляют локомотивы, находящиеся в ремонте и резерве.