Вопрос 5.2 Электромеханические характеристики тягового двигателя, отнесенные к ободу колеса

Ответ: Электровозы постоянного и переменного тока, а также тепловозы с электрической передачей оснащены, как правило, ТЭД постоянного тока. Электромеханические характеристики этих двигателей получают при стендовых испытаниях на заводе-изготовителе. Усредненные характеристики по испытаниям первых 10 двигателей установочной серии называют типовыми характеристиками.

Различают электромеханические характеристики, отнесенные к валу тягового электродвигателя и к ободу движущих колес электровоза.

Электромеханические характеристики, отнесенные к ободам колес (электротяговая характеристика). К этим характеристикам относятся зависимости следующих величин от тока электродвигателя I_д:

- скорость движения локомотива V;

- касательная сила тяги на ободах колес F_кд;

- коэффициент полезного действия электродвигателя на ободах колес 

Зависимость V(I_д) называют также скоростной характеристикой.

Данные характеристики получаются путем пересчета характеристик на валах тяговых электродвигателей

,

,

,

, где

 – отношение числа зубьев шестерни вала тягового электродвигателя n_д к числу зубьев зубчатого колеса движущей оси n_к (передаточное число); D – диаметр колеса, м; _п – коэффициент полезного действия зубчатой передачи (учитывает потери на трение в зубчатой передаче и моторно-осевых подшипниках при опорно-осевой подвеске тягового электродвигателя или в зубчатой передаче и подшипниках редуктора при опорно-рамном подвешивании), в долях единицы; p_п – потери мощности в зубчатой передаче и моторно-осевых подшипниках, %.

Потери мощности p_п определяются по данным следующей таблицы.

Рд в % от номинальной мощности электродвигателя Pд ном, 100 * Pд / Pд ном	200	150	125	100	75	60	50	40	30	25
Потери pп в % от подведенной мощность Pд, 100 * pп / Pд	3.5	3.0	2.7	2.5	2.5	2.7	3.2	4.4	6.7	8.5

Подведенная мощность определяется по формуле

P_д = U_д I_д. 

Вопрос 5.3 Контактная сеть. Габариты. Классификация подвески.

Ответ: Контактная сеть электрифицированных железных дорог состоит из воздушной подвески, опорных и поддерживающих конструкций. К последним подвешены контактные, несущие и усиливающие провода и различные вспомогательные устройства. По конструкции контактные сети постоянного тока 3000 В и однофазного переменного тока 25 кВ имеют много общего и отличаются только лишь уровнем изоляции. На дорогах переменного тока вследствие меньших токов поездов площадь сечения проводов контактной сети меньше.

Расстояние от передней грани опор до оси пути принято на прямых участках пути перегона и станций 3100 мм, в выемках при расположении опор за кюветом — 4900 и 5700 мм, в стесненных условиях на перегонах габариты снижены до 2750 мм и на станциях — до 2450 мм.

Расстояние от усиливающих проводов, подвешенных на опорах контактной сети с полевой стороны, до земли в середине пролета должно быть не менее 6000 мм, а расстояние от них до склона выемки — не менее 4500 мм. В искусственных сооружениях расстояние от элементов токоприемника и частей контактной сети, находящихся под напряжением, до заземленных частей сооружений и подвижного состава должно быть 200 мм на участках постоянного и 350 мм переменного тока.

Н а электрифицированных железных дорогах применяют воздушные контактные подвески. Их разделяют на простые и цепные. Простая подвеска состоит из провода, подвешенного к поддерживающим конструкциям, расположенным друг от друга на расстоянии длины пролета (30 - 40 м). Ее используют в трамвайных, троллейбусных сетях и на второстепенных путях станций железных дорог, где скорость движения не превышает 35 - 40 км/ч.

Рис1. Схема одинарной цепной подвески.

1 – консоль; 2 – изолятор; 3 – фиксатор; 4 – струна; 5 – контактный провод; 6 – несущий трос.

Для высоких скоростей служат цепные подвески (рис.1 ), в которых контактные провода подвешивают на струнах к несущему тросу. Трос крепится через изоляторы к поддерживающим конструкциям. Для фиксации контактного провода относительно оси токоприемника и предотвращения отклонения его при ветре на опорах устанавливаются фиксаторы.

Цепные подвески классифицируют по ряду признаков:

п о способу подвешивания контактных проводов к несущему тросу: одинарные и двойные ( рис. 2); в двойной подвеске контактный провод подвешивают к несущему тросу через промежуточный трос;

Рис. 2. Двойная цепная подвеска с рессорными струнами.

- по способу натяжения проводов: некомпенсированные, полукомпенсированные и компенсированные;

- по типу струн, расположенных у опор, с простыми и рессорными струнами;

- по расположению проводов подвесок в плане на прямых участках пути: вертикальные, полукосые, косые и ромбовидные; на кривых участках - хордовые и косые.

Некомпенсированной цепной подвеской называют такую, в которой несущий трос НТ и контактный провод КП жестко анкеруют на конечных (анкерных) опорах.

В полукомпенсированной цепной подвеске НТ закрепляется жестко на анкерных опорах, КП имеет грузовые компенсаторы К, поэтому в нем поддерживается примерно постоянное натяжение при различных температурах. Полукомпенсированные подвески выполняют с одним и двумя контактными проводами. Двойные контактные провода улучшают условия токосъема и повышают ветроустойчивость подвески.

К омпенсированной цепной подвеской называют такую, в которой несущий трос и контактный провод имеют компенсаторы (рис.3).

Рис.3. Компенсированная подвеска.

1 – коромысло; 2 – тормозное устройство: 3 – компенсатор.

Стрела провеса несущего троса при всех температурах остается неизменной, а контактный провод сохраняет заданное ему положение. Для получения равномерной эластичности подвески контактный провод располагают с небольшим (8-10 см) положительным провесом. При изменениях температуры струны сохраняют вертикальное положение, смещаясь вправо или влево.

В зависимости от расположения проводов подвесок в плане различают полукосую, косую, ромбовидную и вертикальную подвески. Наибольшее распространение получила полукосая подвеска (рис. 4,а), у которой контактный провод КП расположен зигзагообразно относительно оси пути, а несущий трос НТ - над осью пути. На железных дорогах принято, что зигзаги на смежных опорах направлены в разные стороны от оси пути. Нормальный зигзаг составляет ±300 мм. Полукосая подвеска проста по конструкции, обеспечивает равномерный износ контактных пластин токоприемника.

Рис. 4. Расположение проводов полукосой (а), косой (б) и ромбовидной (в) подвесок в плане на прямых участках пути

При косой подвеске (рис. 4,б) контактный провод расположен с зигзагом ±300 мм, а несущий трос у тех же опор с зигзагом 1 м, противоположным зигзагу контактного провода. Перекос струн поперек пути большой, что создает хорошую ветроустойчивость подвески. Недостатком ее является сложность монтажа. Применяют такую подвеску в районах с сильными ветрами.

.

В ромбовидной подвеске (рис. 4,в) контактные провода располагаются в горизонтальной плоскости у опор с разносторонним зигзагом 300- 400мм. Ромбовидная подвеска монтируется на участках постоянного тока в районах с сильными ветрами.

Билет 6

1. Назначение и принцип действия систем автоматического ведения

ИСАВП-РТ обеспечивает автоматизированное вождение соединенных поездов для конкретного участка и поезда с выполнением графика движения, требований напольных и локомотивных сигналов, мест ограничений скорости длительного действия и др. Оперативная дополнительная информация об изменившихся условиях пропуска поезда вносится машинистом в систему с переносного пульта перед началом поездки и в процессе её. При восприятии системой или задании машинистом во время поездки изменений первоначально заложенных условий ИСАВП-РТ мгновенно пересчитывает программу, сохраняя энергооптимальность и безопасность в новых условиях.

Система автоведения представляет собой совокупность нескольких устройств:

• блок центрального процессора и индикации (ЦПИ) – сбор, обработка, отображение информации, выдача логических управляющих сигналов;

• блок управления – панель включения системы и ее силовых ключей, управление пуском;

• блок коммутации и сопряжения (блок КС) – непосредственное управление тягой и торможением;

• блок регулирования возбуждением возбудителей (БРВВ) – управление возбудителем в режиме рекуперации;

• регистратор параметров движения (РПДА) – сбор данных, регистрация режима ведения на энергонезависимый носитель;

• набор высоковольтных измерительных блоков и датчиков;

• контроллер связи локомотивный (КСЛ) – передача сообщений удаленным локомотивам по радиосвязи (только для поездов с распределенной тягой);

• антенна - для осуществления радиосвязи между локомотивами(только для поездов с распределенной тягой);

• блок измерения высоковольтный (БИВ) – измерение тока и напряжения;

• клавиатура – ввод информации в ИСАВПРТ машинистом;

• звуковая колонка – выдача звуковых сигналов.

Система ИСАВПРТ предназначена для ведения грузового поезда по схеме “многих единиц”. Локомотивы распределяются равномерно по всему составу. Система автоведения на головном электровозе загружается в режиме Ведущего, а на остальных электровозах в режиме Ведомого. В процессе управления, ведущий управляет ведомыми по радио. Система также может управлять локомотивом, ведущим состав в одиночку. Такая система должна быть загружена в режиме Одиночный

Система осуществляет автоматизированное ведение грузового электровоза по заданному участку.

Управление осуществляется в соответствии с алгоритмом программного обеспечения на основании информации о величинах токов и напряжений в силовых цепях электровоза, давлениях в тормозной магистрали и уравнительном резервуаре, текущей скорости, входных дискретных сигналах и профиле пути.

Система может работать в режимах: «Автоведение», «Советчик» и «Кнопочный контроллер». В режиме «Автоведение» управление электровозом осуществляется системой. В режиме «Советчик» управление осуществляется машинистами, система только выдаёт на индикаторное устройство (блок индикации) рекомендуемые (расчетные) параметры движения не воздействуя на цепи управления электровоза. В режиме «Кнопочный контроллер» управление осуществляется машинистом ведущего локомотива с блока клавиатуры, при этом система дублирует команды машиниста ведущего локомотива на ведомых локомотивах.

Система выдает речевые сообщения служебного характера для локомотивной бригады. Уровень звукового сигнала задается с клавиатуры.

Система обеспечивает:

• расчет оптимального но расходу электроэнергии времени хода поезда, исходя из предусмотренного графиком движения и заданного машинистом режима исполнения расписания;

-определение фактической скорости движения;

-расчет времени, оставшегося до контрольной станции;

-сравнение фактической скорости движения с расчетной и определение необходимой скорости движения поезда, в том числе на участках приближения к сигналам светофора, требующих снижения скорости, и при подъезде к местам действий ограничения скорости;

-выбор тяговой позиции электровоза в зависимости от расчетной величины скорости; -расчет координат пути и местоположения поезда относительно станций.

Система используется для управления данными но плечам обслуживания, внесенными в ее постоянную память. Эти данные включают следующую информацию: -возможные маршруты следования;

-профиль и план пути по всем маршрутам;

-постоянные ограничения скорости но всем маршрутам;

-расположение напольных обустройств (светофоры, КТСМ, нейтральные вставки, токоразделы, переезды и др.)

-место пробы тормозов в пути следования.

При отправлении машинисты должны ввести в систему дополнительные параметры, необходимые для ведения:

• настроить параметры пневматического торможения , тяги и нодачи песка;

• ввести и правильно настроить сетевые параметры;

-выбрать маршрут следования, откорректировать координату;

-ввести временные ограничения скорости, заданные бланком предупреждений; -внести параметры поезда для данной поездки (количество, типы и массы вагонов); -ввести номер поезда и свой табельный номер.

В ходе управления система опирается на вышеуказанные параметры, а также на показания датчиков:

-скорости;

-токов;

-давлений;

-АЛСН;

-сигналов боксования, срабатывания устройства контроля и обрыва тормозной магистрали, срабатывание САУТ, вмешательства машиниста, нажатия кнопки экстренного торможения и т.д.

Тормозное оборудование, входящее в состав системы, предназначено для дистанционного управления процессами, происходящими в тормозной системе поезда (торможением, отпуском и поддержанием зарядного давления в тормозной магистрали) с локомотивной тягой без участия машиниста.

В режиме автоведения система управляет тягой и торможением локомотивов исходя из оптимальной траектории, рассчитанной на основании полученных данных, к которым относятся: участок пути, его профиль, постоянные и временные ограничения скорости, сигнал светофора, расстояние до начала и конца ограничения.

В режиме советчик управление локомотивами осуществляется машинистом с помощью штатных органов управления электровоза. Машинисты ведомых локомотивов выполняют команды поступающие от ведущего но штатной радиостанции. На экране блока индикации отображается необходимая машинистам информация, на картридж записывается только информация РИДА.

В режиме кнопочного контроллера управление поездом осуществляется машинистом ведущего электровоза с клавиатуры системы ИСАВП-РТ, при этом все ведомые электровозы автоматически отрабатывают команды тяги и торможения переданные с ведущего но радиоканалу. На экране блока индикации отображается необходимая информация, на картридж записывается данные от РПДА и данные о торможении и набранных позициях тяги.

2. Электромеханические и тяговые характеристики при полном и ослабленном поле

Тяговой характеристикой локомотива называют графическую зависимость касательной силы тяги от установившейся скорости движения при различных режимах работы тяговых машин (двигателей и генераторов) в пределах ограничений по надежности, устойчивости и безопасности движения. Зная зависимость между силой тяги Fк и током двигателей I, а также скоростью v и током, задаваясь одинаковыми значениями тока, легко можно получить зависимость между Fк и V.

Тяговые характеристики локомотивов получают либо путем проведения паспортных испытаний локомотивов, либо для электровозов пересчетом электромеханических характеристик тягового двигателя и отнесением их к ободу колеса. Тяговые характеристики определяют при полном диаметре бандажей, номинальном уровне напряжения в к/сети.

Любая тяговая характеристика представляет собой семейство кривых, каждая из которых соответствует определенному режиму работы: определенной позиции контроллера и также полному или ослабленному возбуждению ТЭД.

Режим ослабления возбуждения обеспечивает рост скорости движения, но повышает расход электроэнергии, однако во избежание нерационального ее перерасхода режим ОВ следует применять:

1) на однородном легком профиле, когда достигнутое повышение скорости будет продолжительным

2) перед подъемом и в начале его, когда достигнутый рост скорости, т.е.

Кроме этого, применение глубокого ослабления возбуждения двигателей при больших токах может привести к нарушению их нормальной коммутации. Магнитный поток реакции якоря сильно искажает магнитное поле в зоне действия дополнительных полюсов, т.е. там где витки обмотки якоря находятся в процессе коммутации. Вследствие этого в короткозамкнутых витках обмотки якоря наводится избыточная э.д.с., компенсировать которую поток дополнительных полюсов и компенсационной обмотки не может. В этих витках появляется дополнительный ток, что приводит к образованию искрения на коллекторе и в отдельных случаях к срабатыванию защиты.

Порядок построения тяговой характеристики на основе электротяговой следующий

1) Для определенной позиции контроллера (схемы соединения ТЭД, ступени напряжения трансформатора, ступени ослабления магнитного поля) задаются несколькими значениями тока двигателя от минимального значения I_д.min до максимального I_д.max. По электромеханической характеристике для данной позиции и каждого заданного значения тока I_д.i определяют скорость движения V_i и касательную силу тяги, развиваемую одним двигателем F_кд.i.

2) Определенные значения F_кд.i умножают на количество ТЭД локомотива nд и получают значения касательной силы тяги, развиваемой локомотивом F_к.i.

3) Полученный набор значений (F_к.i, V_i) наносят на тяговую характеристику и соединяют плавной кривой.

4) Аналогичным образом (пп. 1-3) строят зависимость F_к.i(V_i) для остальных позиций.

5) На тяговую характеристику наносят значения силы тяги по условиям сцепления колес с рельсами

6) На тяговую характеристику наносят ограничение силы тяги по току коммутации (пусковому току I_дп).

6.3 Технология смены тормозных колодок и регулировки тормозной рычажной передачи

Конструкция тормозной рычажной передачи выполнена с учетом возможности применения чугунных или композиционных колодок и двухсторонним нажатием колодок на колесо. Передаточное число рычажной передачи при чугунных колодках составляет 5,76.

Тормозные цилиндры 6 диаметром 254 мм закреплены на кронштейнах, приваренных к шкворневому брусу рамы тележки. От штоков тормозных цилиндров усилия передаются на балансиры 5, связанные тягой 7 в нижних точках. Верхние концы балансиров 5через серьги 8 передают усилие на подвески 1 и внутренние тормозные колодки и далее посредством тяг 9 на наружные подвески и тормозные колодки 3. Тормозные колодки 3 при помощи чек крепятся к башмакам 2, которые соединены с подвесками 1. Наружные подвески 1 прикреплены к концевым брусьям рамы тележки, а внутренние подвески соединены валиком с подвесками 10, присоединенными к кронштейнам на боковине рамы тележки. Через фигурные вырезы в нижней части подвесок проходят тормозные балки, соединенные попарно тягами 9, расположенными с внешней стороны каждой колесной пары.

Тормозные балки, подвески 1, тяги 7 застрахованы от падения на путь при их обрыве тросами. Тросы закреплены на кронштейнах рамы тележки и на тормозном цилиндре. Для предохранения от обрыва длина тросов должна быть на 20 - 25 мм больше расстояния между точками их крепления.

Шарнирные соединения рычажной системы выполнены посредством валиков, поверхность которых закалена на глубину 2 - 4 мм и втулок из высокомарганцовистой стали, запрессованных в отверстия сопрягаемых деталей.

Выход штока тормозного цилиндра регулируется изменением длины тяги 9 при вращении муфты 4. Когда возможности регулировки выхода штока тормозного цилиндра посредством муфты 4 исчерпана ступенчатое регулирование осуществляется перестановкой валиков в последующие отверстия этих тяг. Зазоры между колодками и бандажом по концам каждой колесной пары регулируются разворотом колодок на валиках 5 (рис. 8.18) при помощи пружин 7 и упорных болтов 6. Предельное значение разности зазоров не должно превышать 5 мм, причем больший зазор должен быть на нижнем конце колодки. Толщина гребневых и секционных чугунных тормозных колодок па локомотивах в эксплуатации допускается не менее 20 мм (на маневровых и вывозных локомотивах - 15 мм). Выход тормозных колодок за наружную грань поверхности катания бандажа (обода колеса) в эксплуатации допускается не более 10 мм. Колодки заменять при достижении предельной толщины, наличии по всей ширине колодки трещин, распространяющихся до стального каркаса, при клиновидном износе, если наименьшая допускаемая толщина находится от топкого торца колодки па расстоянии 50 мм и более;

Билет 7