Тэм2 характеристики

Конструкция электровоза ВЛ80

Кузов

Конструкционно кузова локомотива ВЛ был аналогией прежнего у Н8о с небольшими изменениями внешности старой машины. Кабина машиниста была позаимствована создателями от ВЛ60, а переход между секциями сконструировали по типу вагонного, резиновая рубашка защищала переход от пыли. Тележки были укомплектованы межбуксовыми гидравлическими амортизаторами, они пришли на замену прежним амортизаторам фрикционного типа.

Трансформатор ВЛ80

Тяговые трансформаторы для ВЛ80 выпускались в Эстонии. Эти агрегаты устанавливались во всех секциях новинки. У трансформатора был стальной магнитопровод с тремя обмотками. Сетевая обмотка рельсовой цепью присоединялась к контактному проводу. Тяговая обмотка питала тяговые двигатели и имела две регулировочные секции, которые подразделялись на 4 составляющих элемента. Трансформатор полностью погружался в масляный бак, в нем циркуляция масла осуществлялась насосами через охлаждаемые радиаторы. Регулировкой напряжения всех тяговых двигателей занимался машинист. Для этого он использовал групповой переключатель ЭКГ-8.

Выпрямительные установки ВЛ80

Выпрямительные установки электровоза получили название ртутных Игнитронов. Они подключались параллельно и питали два тяговых мотора, позднее игнитроны были заменены кремниевыми выпрямителями.

Электродвигатели тяговые

На ВЛ устанавливали синхронные тяговые коллекторные электромоторы. Статор двигателя НБ414А, изготовлялся из электротехнической стали, а полюсные катушки из меди. Тяговые электродвигатели были способны выдать 47,9 тонны тяги при скорости 48 км/час. В продолжительном режиме величина тяги составляла 41,1 тонны при скорости 50. Электровоз имел хорошую максимальную скорость в 110 км/час.Для обеспечения нормальной работоспособности локомотива использовались вспомогательные машины – фазорасщепители, которые обеспечивали вспомогательные двигатели трехфазным током.

Всего для нужд железных дорог страны было выпущено 5140 грузовых электровозов ВЛ80. В течение всего времени выпуска локомотивов выполнялось множество доработок, создавались новые модификации помимо основной.

Конструктивно ВЛ80 выпускался в двух секционном виде, однако предусматривалась возможность эксплуатации локомотива в составе трех иди четырех секций. Силовая часть конструкции ВЛ80 была представлена парой двухосных тележек на сварных рамах. В движение локомотив приводился тяговыми электромоторами постоянного тока.  Каждая секция локомотива имела токосъемный пантограф над кабиной, а также главный выключатель с названием ВОВ-25М;

Кабина ВЛ80

Управляется ВЛ80 из кабины машиниста, которой оборудуется каждая секция локомотива. Кабина располагает двумя рабочими местами. Имелся главный пост машиниста, а также второй пост для его помощника. Оборудование кабин совершенно одинаковое. На рабочем месте машиниста располагаются все основные приборы и органы управления. Вся аппаратура собрана в единый блок.

В составе приборов и управляющих органов имеется табло сигнальное, скоростемер, блокиратор тормозов, клапан сигнализации, кран для управления вспомогательным тормозом, установлен кран машиниста, а также кнопочная станция. Рабочее место машиниста оборудовано и панелью контрольных приборов.

В распоряжении помощника машиниста имеется кнопочный выключатель, набор измерительных приборов для контроля рабочих параметров оборудования, дешифратор, ящик документации, панель с бланком предупреждений и прочее.

Обогрев кабины осуществляется пять электропечами, в наличии два вентилятора для охлаждения постов машиниста и помощника. Освещения рабочих мест представлено зелеными и белыми светильниками. Под полом кабины установили печку обогрева лобовых окон. А между окнами размещен двусторонний светофор системы локомотивной сигнализации, имеется розетка для питания вентиляторов.

А поперечная стенка в кабине служит для размещения пульта радиостанции, медицинской аптечки, блока автоматов, громкоговорителей, зеркала, зажимов, колонки управления ручным тормозом, контактных зажимов. В левом углу размещается огнетушитель. Передняя часть кабины локомотива комплектуется тремя розетками межэлектровозного соединения.

Вентиляция ТЭД

Вентиляция

На электровозах применяется интенсивная независимая вентиляция. Для нагнетания воздуха используется специальный мотор-вентилятор, установленный в кузове локомотива. Предельные допускаемые превышения температур для данного типа вентиляции не должны превышать указанных в таблице.

На электропоездах из-за отсутствия места в кузове применяют систему самовентиляции ТЭД. Охлаждение в таком случае осуществляется вентилятором установленном на якоре тягового двигателя.

Соотношение между токами или мощностями номинальных режимов одного и того же двигателя зависит от интенсивности его охлаждения и называется коэффициентом вентиляции

Kвент=I∞Iч=P∞Pч{\displaystyle K_{\text{вент}}=I_{\infty }/I_{\text{ч}}=P_{\infty }/P_{\text{ч}}}

<Kвент<1{\displaystyle 0<K_{\text{вент}}<1}, при чём чем ближе к 1, тем интенсивнее вентиляция.

Предельная допускаемая температура подшипников электрических машин должна соответствовать ГОСТ 183.

Очистка воздуха

Для вентиляционных систем электроподвижного состава обеспечение чистоты охлаждающего воздуха имеет важное значение. Воздух, поступающий в вентиляционную систему двигателей, содержит пыль, а также металлические частицы, образующиеся при истирании тормозных колодок

Зимой также может захватываться 20—25 г/m³ снега. Полностью избавиться от этих загрязнений невозможно. Сильное загрязнение проводящими частицами приводит к повышенному износу щеток и коллектора (из-за повышенного нажатия щеток). Ухудшается состояние изоляции и условия её охлаждения.

Для электровозов наиболее приемлемы жалюзийные инерционные воздухоочистители с фронтальным подводом воздушного потока к плоскости решетки, с горизонтальным (малоэффективна, устанавливалась на ВЛ22м, ВЛ8, ВЛ60к) или вертикальным расположением рабочих элементов. Наибольшей эффективностью по задержанию капельной влаги обладает вертикальная лабиринтная решетка с гидравлическим затвором. Общим недостатком жалюзийных воздухоочистителей является низкая эффективность очистки воздуха.

В последнее время получают распространение воздухоочистители, обеспечивающие аэродинамическую (ротационную) очистку охлаждающего воздуха (устанавливались на ВЛ80р, ВЛ85).

Появление и развитие тяговых устройств

В самом начале, когда электрический транспорт только начал использоваться, на всех видах подвижного состава устанавливались коллекторные тяговые электродвигатели. При этом передача энергии осуществлялась по самой простой схеме, поэтому агрегатами можно было легко управлять в любом рабочем режиме. Технические и механические характеристики полностью отвечали всем требованиям транспортной специфики.

Тем не менее, в процессе эксплуатации тяговый электродвигатель постоянного тока обнаружил ряд недостатков. В первую очередь, это сам коллектор, оборудованный подвижными контактами – щетками, требующий регулярного технического обслуживания. Принимаемые меры по снижению искрения, повышению надежности коммутации, во многом усложнили устройство двигателя. В результате, его размеры заметно увеличились, а максимальная скорость вращения осталась на прежнем уровне. Постепенно развивалось направление силовой техники на основе быстродействующих полупроводников. Это позволило заменить реостатную систему, применяемую в коллекторных агрегатах, импульсной, отличающейся повышенной надежностью и экономичностью. В дальнейшем, в вагонных парах стал устанавливаться асинхронный тяговый двигатель в качестве приводного механизма.

Основными проблемами, с которыми пришлось столкнуться при эксплуатации асинхронных двигателей, считаются сложные регулировки. Определенные трудности возникают при использовании электрического торможения, когда для этих целей служат моторы на основе короткозамкнутого ротора. В данный период идет разработка более современных тяговых приводов на основе синхронных агрегатов, в которых установлен ротор на постоянных магнитах.

Поскольку на железнодорожном транспорте до сих пор широко используются именно коллекторные агрегаты, следует более подробно рассмотреть их общее устройство и порядок работы.

История создания ВЛ80

В режиме быстро развивающейся экономики и путей сообщения Советского Союза, перед железнодорожниками встало много сложных задач. Высокий спрос на перевозки по стальным магистралям потребовал новых технических решений. МПС стало остро не хватать грузовых локомотивов постоянного тока, появилась необходимость задействовать в грузовых перевозка более мощные электровозы. Это особенно коснулась железных дорог, которые были электрифицированы позднее дорог в европейской части страны, а их контактные сети работали на переменном токе 27000 Вольт.

Решить задачу создания новой техники взялся НЭВЗ, который начал разработку мощного современного восьмиосного электровоза с двумя секциями (вместо привычного 6-осного локомотива на постоянном токе). Новый современный электровоз назвали Н8О, он был способен развивать тягу в 40 тонн в часовом режиме.

Советские проектировщики разработали множество вариантов кабин экипажа, электрических механизмов, тяговых электромоторов.Новый электровоз конструктивно представлял две абсолютно одинаковых секции с четырьмя осями, а также с несочлененными тележками. Конструкторы разместили сцепные устройства на силовых рамах локомотива. Тележки стали применяться на роликовых подшипниках в бесчелюстных буксовых узлах.

Новые электровозы марки ВЛ выпускались электровозостроительным Новочеркасским заводом начиная с начала шестидесятых и до середины девяностых прошлого века. Новая машина создавалась ВЭлНИИ — научно-исследовательским институтом советского электровозостроения. Завод быстро приступил к выпуску новых локомотивов, обозначенных Н81001, также и Н81002, первоначально, а позднее, в1963 году они им присвоили наименование ВЛ80-004-05.

Грузовые электровозы марки ВЛ80 всех модификаций были основной рабочей лошадкой железных дорог всего Советского Союза. Эти двухсекционные мощные электровозы не переменном токе получили несколько грузовых модификаций и до сих пор исправно трудятся на протяженных железнодорожных магистралях России.

В выпуске грузового ВЛ80 были заняты многие машиностроительные заводы Союза. Сердце электровоза – тяговый трансформатор выпускался в Эстонии

Магистральные тепловозы: описание

Локомотивы этой группы могут быть:

• пассажирскими;
• грузопассажирскими;
• грузовыми.

При конструировании пассажирских магистральных тепловозов основной акцент делается на скорости, грузовых — на тяговой характеристике. От маневровых такие тепловозы отличаются прежде всего меньшей маневренностью.

Существует множество серий таких тепловозов. Из пассажирских в первую очередь можно выделить ТЭП10, ТЭП60 и ТЭП70. Наиболее востребованными грузовыми магистральными локомотивами являются ТЭЗ, 3ТЭ10М, 2ТЭ116, 2М62, 2ТЭ10Л. Стоящая перед названием серии цифра указывает на количество секций тепловоза. Если ее нет — значит модель состоит из одной секции.

По номеру серии магистральных тепловозов можно определить и то, на каком предприятии она была изготовлено. Так, цифрами от 1 до 49 отмечаются модели Харьковского завода, 50-99 — Коломенского, от 100 — Луганского.

Магистральные и маневровые тепловозы, используемые сегодня РЖД, отличаются неплохой производительностью и надежностью. Однако многие эксперты сходятся во мнении, что парк РЖД все же требует скорейшей модификации. В особенности это касается устаревшей передачи на постоянном токе.

Технические характеристики некоторых ТЭД

Данные представлены для общего ознакомления и сравнения ТЭД. Подробные характеристики, размеры и особенности конструкции и эксплуатации можно найти в рекомендуемой литературе и других источниках.

Примечание: мощность на валу и частота вращения могут незначительно изменяться в зависимости от внешних условий.

Чешские машины ЧМЭ2 и ЧМЭ3

Эти локомотивы также довольно-таки часто используются РЖД для выполнения маневровых работ. По своим техническим характеристикам они схожи с отечественными ТЭМ2. Передачу тока, как и ТЭМ, ЧМЭ имеют устаревшую — постоянную. Поставляются такие локомотивы к нам в страну из Чехии с 1967 года. В большинстве случаев эти маневровые тепловозы оборудованы одним чешским двигателем. Однако в 2013-2017 гг. руководство РЖД планирует модернизировать 60 таких локомотивов, установив на них по два-три дизеля производства Ярославского моторного завода. Тепловозы ЧМЭ2 чаще всего используются для обычной маневровой работы. ЧМЭ3 задействуют для тяжелых и вывозных операций. Главным образом эта серия машин, как и ТЭМ, используется на станциях железных дорог. Промышленные предприятия они обслуживают редко и в основном только в порядке аренды.

Эволюция тяговых электромоторов

Попытки создания тяговых электромоторов относятся к эпохе заката паровых двигателей. Первый действующий экземпляр такой силовой установки появился в 1879 году (локомотив Сименса), а ещё через год был создан и первый привод для городского транспорта (трамвай Пироцкого). В 1890 году электровоз Лондонского метро оснастили первым безредукторным тяговым электромотором.

Все эти попытки нельзя назвать удачными. Конструкторы столкнулись с множеством проблем, решить которые при тогдашнем уровне развития технологий было чрезвычайно сложно. В частности, такие моторы имели большой вес и габариты при относительно невысокой мощности. Во-вторых, было сложно обеспечить повышение мощности, которое жизненно необходимо для транспортного средства. Разумеется, КПД таких тяговых электромоторов было достаточно низким.

Значительный прогресс был достигнут в 10-40-х годах прошлого столетия, когда электровозостроение стало самостоятельной машиностроительной отраслью, а параллельно-кривошипный привод уступил дорогу опорно-осевому. Но настоящим прорывом стало изобретение полупроводников. Использование быстродействующей элементной базы вместо массивных и небыстрых реостатных схем позволило перейти от тяговых электромоторов коллекторного типа к импульсным двигателям, характеризующимся гораздо более высоким КПД, экономичностью и повышенной надёжностью.

Началась эксплуатация асинхронных тяговых электродвигателей (ТЭД), хотя и здесь пришлось решать немало трудностей. Например, с электрическим торможением при использовании привода с короткозамкнутым ротором, да и в целом с регулировками. В последнее время активно ведётся разработка и внедрение синхронных тяговых электромоторов как более перспективных, с использованием ротора на постоянных магнитах.

Подвешивание тяговых электродвигателей и тяговая передача

В железнодорожном транспорте движущая колесная пара, тяговый двигатель и тяговая передача составляют комплекс тягового привода — колесно-моторный блок. Главный параметр в одноступенчатой тяговой передаче — централь — межцентровое расстояние зубчатой передачи, связывающее основные размеры передачи и двигателя. Конструкции тяговых передач весьма разнообразны.

На локомотивах и электропоездах существуют два типа подвешивания ТЭД и их подтипы:

• опорно-осевое (К_ц=1,03-1,22);
• опорно-рамное:
  • рамное с карданным валом (карданной передачей) (К_ц=1,10-1,25),
  • рамное с промежуточной осью (К_ц=0,75-0,90),
  • рамное с шарнирной муфтой,
  • рамное с карданной муфтой (К_ц=1,04-1,07).

Опорно-осевое подвешивание используется в основном на грузовых электровозах.
Двигатель с одной стороны опирается на ось колесной пары через моторно-осевые подшипники, а с другой эластично и упруго подвешен к раме тележки. У асинхронных тяговых двигателей (АТД) ось колесной пары может проходить внутри ротора. Тяговый двигатель не подрессорен, а следовательно оказывает повышенное динамическое воздействие на путь.
Чаще применяют при скоростях до 100—110 км/ч.
Достаточно просто обеспечивает неизменную параллельность и постоянство централи между осью колесной пары и валом двигателя при любых перемещениях колесной пары относительно тележки.

Опорно-рамное подвешивание используется в основном на пассажирских электровозах и электропоездах.
Такое подвешивание является более совершенным, так как двигатель полностью подрессорен и не оказывает значительного динамического воздействия на путь, но более сложен конструктивно.
Двигатель опирается только на раму тележки локомотива и защищен от вибраций рессорным подвешиванием тележки.
Чаще применяют при скоростях больше 100—110 км/ч, но также и при меньших скоростях.

Подвешивание тягового двигателя влияет на коэффициент централи — соотношение между диаметром якоря D_я и централью Ц

K_ц = D_я/Ц

По условиям безопасности движения поездов необходимо, чтобы при неисправностях устройств подвешивания тяговый двигатель не упал на путь. Для этого в конструкции двигателей предусмотрены предохранительные кронштейны.

Всё чаще применяется рамное подвешивание. Это позволяет снизить толщину изоляции катушек на 20-30 % и упростить конструкцию двигателя, также заметно снижается износ и повреждаемость деталей двигателя, что позволяет повысить межремонтные пробеги в 2-3 раза. Но при этом утяжеляются условия работы и конструкция передачи. Ещё одной причиной перехода с опорно-осевого подвешивания двигателей к рамному может служить большая протяженность использования ЭПС, так как мощность тяговых двигателей определяется взаимодействием локомотива с верхним строением пути и долей подрессоренных масс в составе.

Коллекторный электродвигатель

Коллекторный электродвигатель постоянного тока, работавший от гальванической батареи, впервые применил в 1838 г. рус. электротехник
Б. С. Якоби, установив его на судне. ТЭД для тяги на ж. д. демонстрировался в кон. 70-х гг. 19 в. В 80-е гг. ТЭД начали использовать на городском рельсовом транспорте — трамвае, а затем и на ж.-д. подвижном составе. Коллекторные ТЭД для трамваев строили на Рижском электромашиностроительном заводе (РЭЗ), Петроградском заводе «Электросила» и на Московском заводе «Динамо». В 1929 г. на заводе «Динамо» построены тяговые двигатели мощностью 340 кВт на напряжение 1500 В для магистральных электровозов ВЛ19. С конца 40-х гг. производство коллекторных ТЭД для электровозов в основном осуществлялось на Новочеркасском и Тбилисском заводах, для тепловозов — на Харьковском, для моторных вагонов магистральных железных дорог и линий метрополитена — на Рижском и Московском заводах. Пассажирские электровозы для ж. д. России поставлялись также из Чехословакии (все серии ЧС). В начальный период электрификации рос. железных дорог на переменном токе небольшие партии электровозов с коллекторными ТЭД были закуплены во Франции и Германии. С начала 90-х гг. коллекторные ТЭД в России изготовляют на НЭВЗ (для электровозов), заводе «Электросила» и РЭЗ, небольшие партии — на Новосибирском заводе «Сибстанкоэлектропривод» (для моторных вагонов).

Основные части коллекторного ТЭД — неподвижный индуктор и вращающийся якорь (рис. 5.56).

Индуктор, создающий магнитный поток — это стальной (литой или сварной) массивный корпус с главными и дополнительными полюсами. Якорь, вращаясь в индукторе, преобразует механическую энергию в электрическую (режим генератора). Якорь имеет стальной сердечник с обмоткой, подсоединенной к коллектору. Коллектор, набранный из отдельных пластин, необходим для изменения направления тока (коммутации) в проводнике якорной обмотки, чтобы не менялось направление вращающего момента при перемещении этого проводника под полюс другой полярности. Процесс коммутации может сопровождаться искрением под щетками; расстройство коммутации при определенных условиях приводит к возникновению на коллекторе электрической дуги (круговой огонь), повреждающей коллектор и щетки. Мощность коллекторных ТЭД ограничена условиями коммутации. ТЭД постоянного тока питаются непосредственно от контактной сети напряжением 3000 В с допустимым повышением до 4000 В (за рубежом есть линии на 1500 В), максимальная мощность до 1000 кВт (на грузовых и скоростных пассажирских электровозах). Двигатели соединяют последовательно по два и более для понижения номинального напряжения на коллекторе до
1500 В, реже до 750 В (хуже по эксплуатационным показателям; используется главным образом на моторных вагонах).

Изоляцию обмоток от корпуса рассчитывают на максимальное напряжение в контактной сети.

Управление электровозом

Регулировка скорости движения электровоза осуществляется путем ступенчатого изменения напряжения, подаваемого на тяговые электродвигатели. За исключением ВЛ80Р, на всех модификациях и разновидностях ВЛ80 регулировку напряжения, подаваемого на ТЭД путем переключения отпаек тяговой обмотки трансформатора, осуществляет главный электроконтроллер ЭКГ-8Ж.

ЭКГ-8Ж представляет собой групповой переключатель с установленными на него контакторами. 30 из них выполнены без дугогашения, 4 снабжены дугогасительной камерой. За счет этих четырех контакторных элементов имеется возможность бестокового переключения тридцати других. Во время переключения позиций под нагрузкой возможен бросок тока. Поэтому между тяговым трансформатором и электроконтроллером установлен высокоиндуктивный переходной реактор, который гасит коммутационные перегрузки.

Привод электроконтроллера ЭКГ-8Ж осуществляется двигателем мощностью 500 Вт, питание от 50 В. Работа этого двигателя на электровозе сопровождается падением напряжения в цепях управления.

Главные полюса

Тяговый электродвигатель, работающий на постоянном токе, включает в свою конструкцию обмотку возбуждения, где и появляется магнитодвижущая сила, создающая, в свою очередь, магнитное поле. В состав обмотки входят катушки, надеваемые на сердечники основных полюсов. На стороне сердечника, направленной к якорю, устанавливается полюсный наконечник, он же башмак. С его помощью осуществляется равномерное распределение магнитного потока по всей поверхности якоря. Перечисленные детали отмечены на предыдущем рисунке вместе со станиной.

На практике довольно редко используется схема, включающая в себя полюсный сердечник и полюсный башмак. Как правило, они объединяются в единое целое и образуют главный полюс. За счет этого в сердечнике полюса наступает снижение вихревых потоков, вызываемых действием пульсаций магнитной индукции в наконечниках из-за зубчатой поверхности якоря.

Для сборки полюса используются стальные лакированные листы, которые затем попадают под пресс высокого давления. Сквозь сердечник пропускаются болты или специальные заклепки, чтобы стянуть всю конструкцию. Их равномерное распределение позволяет успешно выдерживать упругость сжатых полос. Крепление полюсов к станине осуществляется с помощью болтов или шпилек.