- •ОТ АВТОРА
- •ВВЕДЕНИЕ
- •Раздел I. ВАГОНЫ И ВАГОННОЕ ХОЗЯЙСТВО
- •Глава 1. Подвижной состав железных дорог
- •1.1. Общие требования к подвижному составу
- •1.2. Габариты на железнодорожном транспорте
- •1.3. Надежность подвижного состава
- •Глава 2. Общие сведения о вагонах
- •2.1. Назначение и классификация вагонов
- •2.2. Основные элементы вагонов
- •2.3. Технико-экономические характеристики вагонов
- •2.4. Пассажирский парк вагонов
- •2.5. Грузовой парк вагонов
- •2.6. Система нумерации подвижного состава
- •Глава 3. Колесные пары вагонов
- •3.1. Назначение и устройство колесных пар вагонов
- •3.2. Требования к содержанию колесных пар вагонов
- •3.3. Техническое обслуживание колесных пар вагонов
- •3.4. Неисправности колесных пар подвижного состава
- •Глава 4. Буксы и рессорное подвешивание вагонов
- •4.1. Назначение и типы букс вагонов
- •4.2. Буксы с подшипниками скольжения
- •4.3. Буксы с подшипниками качения (роликовыми подшипниками)
- •4.4. Рессорное подвешивание
- •Глава 5. Тележки вагонов
- •5.1. Назначение и классификация тележек вагонов
- •5.2. Тележки грузовых вагонов
- •5.3. Тележки пассажирских вагонов
- •5.4. Рамы вагонов
- •Глава 6. Автосцепные устройства
- •6.1. Автосцепное устройство
- •6.2. Требования, предъявляемые к устройствам автосцепки
- •Глава 7. Грузовые вагоны
- •7.1. Назначение кузовов вагонов
- •7.2. Изотермический подвижной состав
- •7.3. Вагоны промышленного транспорта
- •7.4. Контейнеры
- •Глава 8. Пассажирские вагоны
- •8.1. Кузова пассажирских вагонов
- •8.2. Отопление и водоснабжение пассажирских вагонов
- •8.3. Электрооборудование пассажирских вагонов
- •8.4. Система вентиляции пассажирских вагонов, их кондиционирование
- •Глава 9. Вагонное хозяйство
- •9.1. Основные сооружения и устройства вагонного хозяйства
- •9.3. Техническое обслуживание грузовых вагонов
- •Глава 10. Автотормоза
- •10.1. Назначение и классификация тормозов
- •10.2. Тормозное оборудование вагонов
- •10.3. Система тормозов. Виды тормозов
- •10.4. Полное и сокращенное опробование тормозов
- •10.5. Требования к тормозному оборудованию подвижного состава
- •Глава 11. Общие сведения о тяговом подвижном составе
- •11.1. Сравнение различных видов тяги
- •11.2. Классификация тягового подвижного состава
- •11.3. Основные требования к локомотивам и моторвагонному подвижному составу
- •11.4. Локомотивный парк
- •Глава 12. Электровозы
- •12.1. Общие сведения об электрическом подвижном составе
- •12.2. Механическая часть электроподвижного состава
- •12.3. Электрическое оборудование электровозов постоянного тока
- •12.4. Токоприемники
- •12.5. Особенности устройства электровозов переменного тока
- •12.6. Вспомогательные машины электровоза
- •12.7. Системы управления ЭПС
- •12.8. Электрические аппараты и приборы
- •12.9. Электропоезда
- •Глава 13. Тепловозы
- •13.1. Общие понятия об устройстве тепловоза
- •13.2. Основные технические характеристики тепловозов
- •13.3. Основы устройства дизеля, принцип его работы
- •13.4. Вспомогательное оборудование тепловоза
- •13.5. Передачи тепловозов
- •13.6. Электрические машины тепловоза
- •13.7. Электрические аппараты тепловоза
- •13.8. Экипажная часть тепловоза
- •13.9. Газотурбовозы, турбопоезда, дизель-поезда, автомотрисы, дрезины, мотовозы
- •Глава 14. Локомотивное хозяйство
- •14.1. Технические средства локомотивного хозяйства
- •14.2. Обслуживание локомотивов и организация их работы
- •14.3. Экипировка локомотивов
- •14.4. Система технического обслуживания и ремонта локомотивов
- •Раздел III. ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
- •Глава 15. Общие сведения об электроснабжении электрифицированных железных дорог
- •15.1. Электрифицированные дороги России
- •15.2. Системы тока и напряжения контактной сети
- •15.3. Тяговая сеть
- •15.4. Эксплуатация устройств электроснабжения
- •Глава 16. Транспортно-складские комплексы
- •16.1. Назначение и техническое оснащение транспортно-складских комплексов
- •16.2. Назначение и классификация железнодорожных складов
- •16.3. Устройство крытых складов
- •16.5. Санитарно-технические устройства складов, их освещение и средства связи
- •16.8. Определение основных параметров складов
- •16.9. Определение длины погрузочно-выгрузочных фронтов
- •Глава 17. Тарно-упаковочные и штучные грузы
- •17.1. Характеристика тарно-упаковочных и штучных грузов
- •17.2. Общие понятия о транспортных пакетах
- •17.3. Средства и способы пакетирования
- •17.4. Комплексная механизация погрузочно-разгрузочных работ с тарно-упаковочными и штучными грузами
- •17.5. Автоматизированные склады и их оборудование
- •17.6. Пункты сортировки мелких отправок
- •Глава 18. Контейнеры
- •18.2. Техническое оснащение контейнерных пунктов, комплексная механизация и автоматизация переработки контейнеров
- •18.3. Определение вместимости и основных размеров контейнерной площадки
- •18.4. Пункты переработки крупнотоннажных контейнеров
- •Глава 19. Лесоматериалы
- •19.1. Характеристика и способы хранения лесных грузов
- •19.2. Перевозка лесоматериалов в пакетах
- •19.4. Требования техники безопасности и противопожарные мероприятия
- •Глава 20. Металлы и металлопродукция
- •20.1. Условия хранения металлов и металлоизделий
- •20.2. Схемы комплексной механизации
- •Глава 21. Грузы, перевозимые насыпью и навалом
- •21.1. Характеристика грузов
- •21.2. Склады для хранения грузов, перевозимых насыпью и навалом
- •21.3. Комплексная механизация погрузочно-разгрузочных работ с грузами, перевозимыми насыпью и навалом
- •21.5. Требования техники безопасности
- •Глава 22. Наливные грузы
- •22.1. Характеристика наливных грузов
- •22.2. Склады нефтепродуктов
- •22.3. Налив и слив груза
- •Глава 23. Зерновые (хлебные) грузы
- •23.1. Качественная характеристика грузов
- •23.2. Склады для хранения
- •23.3. Комплексная механизация погрузки и выгрузки зерна
- •Раздел V. СРЕДСТВА МЕХАНИЗАЦИИ
- •Глава 25. Простейшие механизмы и устройства
- •25.1. Средства малой механизации и простейшие приспособления
- •25.2. Грузоподъемные устройства
- •25.3. Механические тележки
- •Глава 26. Погрузчики
- •26.1. Классификация погрузчиков
- •26.2. Электропогрузчики
- •26.3. Автопогрузчики
- •26.4. Рабочее оборудование погрузчиков
- •26.5. Специальные вилочные погрузчики
- •26.6. Ковшовые погрузчики
- •Глава 27. Краны
- •27.1. Классификация кранов
- •27.2. Краны мостового типа
- •27.3. Стреловые краны
- •27.4. Кабельные краны
- •27.5. Устойчивость кранов
- •27.6. Грузозахватные приспособления к кранам
- •27.8. Подъемники
- •Глава 28. Машины и механизмы непрерывного действия
- •28.1. Назначение и классификация конвейеров
- •28.2. Ленточные конвейеры
- •28.3. Конвейеры с цепным тяговым органом
- •28.4. Винтовые и инерционные конвейеры
- •28.5. Элеваторы
- •28.6. Механические погрузчики непрерывного действия
- •28.7. Пневматические и гидравлические установки
- •Глава 29. Специальные вагоноразгрузочные машины и устройства
- •29.1. Вагоноопрокидыватели
- •29.2. Машины с подъемным элеватором для разгрузки полувагонов и платформ
- •29.3. Машины для очистки вагонов и рыхления смерзшихся грузов
- •Глава 30. Техническое обслуживание и ремонт погрузочно-разгрузочных машин
- •30.1. Технический надзор и содержание погрузочно-разгрузочных машин и устройств
- •30.2. Основные положения о планово-предупредительном техническом обслуживании и ремонте погрузочно-разгрузочных машин
- •Глава 31. Технико-экономическое сравнение вариантов механизации погрузочно-разгрузочных работ
- •31.1. Принципы сравнения вариантов
- •31.2. Капитальные вложения
- •31.3. Эксплуатационные расходы и себестоимость переработки грузов
- •ПРИЛОЖЕНИЕ
- •СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Раздел III. ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
Глава 15. Общие сведения об электроснабжении электрифицированных железных дорог
15.1. Электрифицированные дороги России
Электрификация железных дорог России (СССР) ведет отсчет с 1926 г., с открытия движения пригородных электропоездов на участке Баку—Сабунчи—Сураханы протяженностью 19 км. В России первый электрифицированный участок Москва—Мытищи протяженностью 17,7 км введен в эксплуатацию в 1929 г. Первоначально наэлектрическуютягупоездовпреимущественнопереводилисьпригородные участки с интенсивным движением и горные линии, где паровозная тяга лимитировала провозную способность. В 1933 г. на электротягу был переведен первый магистральный участок Ки- зел—Чусовская Свердловской дороги (112,5 км).
Интенсивнаяэлектрификациястальныхмагистралейстраныначалась в 1956 г., когда был принят Генеральный план электрификации железных дорог, рассчитанный на 15 лет. В этот период в отдельные годы было электрифицировано более 2 тыс. км. В настоящеевремяудельныйвесперевозокнаэлектрическойтягевРоссии составляет 74,9 % при протяженности электрифицированных магистралей 45,6 % общей сети железных дорог. Сегодня сеть железных дорог России близка к оптимальным показателям электрификации, которые специалисты оценивают как 50 % по протяженности и 80—82 % по объему перевозок.
Сразвитиемнаукиитехникисовершенствоваласьисистемаэлектроснабжения. Если в период 1926—1959 гг. электрификация железнодорожных магистралей страны осуществлялась только на постоянном токе, то начиная с 1959 г. началось широкое внедрение системы переменного тока. В результате на 1 января 1998 г. в России протяженность железных дорог, электрифицированных на переменном токе, была на 5,2 % больше, чем на постоянном токе. Общая протяженностьэлектрифицированных железнодорожных линийнапостоянном и переменном токе составляет более 40 тыс. км.
250
Применение более экономичной по капитальным вложениям системыпеременноготокаприэлектрификацииновыхучастков, примыкающихкэксплуатируемымлиниямпостоянноготока, станетвозможным при освоении производства электровозов двойного питания.
Общиесведенияобэлектроснабжении. Железнодорожныйтранс-
порт потребляет более 7 % энергии, вырабатываемой электростанциямиРоссийскойФедерации. Восновномеерасходуютнатягупоездов и частично на питание нетяговых потребителей (депо, станций, мастерских, а также районных потребителей).
Устройства электроснабжения железных дорог должны обеспечивать: бесперебойное движение поездов (при требуемых размерах движения); надежное электропитание различных устройств железнодорожноготранспорта; электроснабжениевсехпотребителейжелезнодорожного транспорта.
Подвижной состав электрифицированных железных дорог и система электроснабжения составляют единую электрическую цепь. В систему электроснабжения электрифицированных дорог (рис. 15.1) входят устройства, составляющие ее внешнюю и тяговую части.
Первая представляет собой мощную энергетическую систему с крупными электрическими станциями, районными трансформаторными подстанциями, сетями и линиями электропередачи. Электроэнергия, вырабатываемая на электростанциях, передается по линиям электропередачи к трансформаторным подстанциям энергосистемы трехфазного тока, от которых получают питание потребители промышленности, сельского хозяйства, железных дорог и др.
251
Систематяговогоэлектроснабжениясостоитизтяговыхподстанций и электротяговой сети, устройство которых определяется применяемойсистемойэлектрическойтяги. Тяговоеэлектроснабжение должно обеспечивать бесперебойное питание электроподвижного состава. Чтобывслучаепрекращенияподачиэлектроэнергиинеостанавливались электровозы и электропоезда на перегоне, не нарушалсяграфикдвижения, предусматриваетсярезервированиеотдельных элементов системы. Качество подаваемой системой электроснабженияэлектрическойэнергииоцениваютуровнемнапряжения, анаучасткахпеременноготока, крометого, — синусоидальностью напряжения, тока и частотой. Низкое качество энергии приводит к нарушению нормальной работы ЭПС: снижаются скорость движения и масса поезда, возникают боксование, броски тока, перегрев и пробой изоляции электрических машин и др.
Крупные электрические станции — тепловые, гидравлические и атомные — вырабатывают электрическую энергию трехфазного переменного тока напряжением 6—21 кВ. Этот род тока удобен в отношении производства и распределения электрической энергии и питания асинхронных двигателей, получивших наибольшее распространение впромышленности. Дляпередачиэлектрической энергии в энергосистемы напряжение на подстанциях повышают до 35—750 кВ в зависимости от длины линии электропередачи.
Вблизиместпотребленияэлектроэнергиинапряжениенатрансфор- маторныхподстанцияхпонижаютдо110—220 кВитокподаютврайонные сети высокого напряжения. К этим сетям наряду с другими потребителямиподключенытакжетяговыеподстанцииэлектрифицированныхжелезныхдорогитрансформаторныеподстанциидорогстепловозной тягой. Чтобы обеспечить надежное питание электрической тяги и районных потребителей, как правило, стремятся иметь двустороннее питание тяговых потребителей от двух независимых источников — электростанций или районных подстанций.
В отдельных случаях тяговые подстанции питают от одного источника по двум параллельным линиям электропередачи или по однойдвухцепнойлинии. Участкиконтактнойсетиприсоединяютксоседнимтяговымподстанциямтак, чтобыонитожеполучалидвустороннее питание. При этом подстанции и контактная сеть загружены равномернее и меньше, что способствует снижению потерь электроэнергии в контактной сети и мощности тяговых подстанций.
252
КонструкцииконтактнойподвескиитокоприемниковсучетомвзаимодействияЭПСипутидолжныобеспечиватьнадежнуюработуэлектрифицированных участков в любых климатических условиях.
15.2. Системы тока и напряжения контактной сети
Железныедорогимогутбытьэлектрифицированыпосистемепостоянного или переменного тока. Однако в обоих случаях на электроподвижномсоставеиспользуютсятяговыедвигателипостоянного тока. Систематягинатрехфазномпеременномтокенеполучилараспространения из-за того, что очень сложно изолировать близкорасположенныепроводадвухфазконтактнойсети(третьяфаза— рельсы). Этоприводиткограничениюнапряжениявсетиискоростейдвижения из-за особенностей конструкции контактной подвески. Как правило, применяютсистемупитанияэлектроподвижногосоставаоднофазнымпеременнымтоком, которыйнепосредственноналокомотивах преобразуют в постоянный ток. Применение однофазных тяговыхдвигателейналокомотивахпеременноготокавозможнотоль- коприснижениичастотынапряженияв2-3 разапосравнениюспромышленной частотой 50 Гц.
ВРоссиипротяженностьэлектрифицированныхжелезныхдорог по обеим системам тока превышает 40 тыс. км. Установлен номинальный уровень напряжения на токоприемниках ЭПС: 3 кВ при постоянном и 25 кВ при переменном токе.
Основнымипараметрамисистемыэлектроснабженияэлектрифицированных железных дорог являются мощности тяговых подстанций, расстояние между ними и площадь сечения контактной подвески. Нагрузочнаяспособностьважнейшихэлементовэлектроснабжения(трансформаторов, выпрямителей, контактнойсети) зависит от допускаемой температуры их нагрева, определяемой значением и длительностью протекающего тока.
Система постоянного тока получила распространение во многих странах мира. Основным достоинством ее является использование на ЭПС тяговых двигателей постоянного тока с последовательным возбуждением, свойства которых в большой мере отвечают требованиям тяги.
Тяговые подстанции на электрифицированных дорогах постоянного тока выполняют две основные функции: понижают на-
253
пряжение подводимого трехфазного тока и преобразуют его в постоянныйток. Дляэтойцелииспользуюттрансформаторы, выпрямители идругоеоборудование. Широкоприменяютполупроводниковыевыпрямители, которые обладают высокой надежностью, простотой устройства, обслуживания и управления, компактностью. Все оборудованиепеременноготокаразмещаютнаоткрытыхплощадкахтяговых подстанций, а выпрямители и вспомогательные агрегаты — в закрытых помещениях. От тяговых подстанций электроэнергию по питающимлиниямподаютвконтактную сеть. Относительнонизкоенапряжение (3 кВ) является основным недостатком системы постоянного тока, которое лимитируется максимальным допустимым напряжением, подаваемымнепосредственноизсетинатяговыедвигателибезпромежуточногопреобразованияегоналокомотиве. Крометого, приэтой системе возникают значительные блуждающие токи, под действием которых происходит электрокоррозия подземных металлических сооружений. Длясниженияеетребуютсяспециальныезащитныеустройства. Дляподдержаниянужногоуровнянапряжениянатокоприемникахлокомотивовтяговыеподстанцииразмещаютблизкодруготдру- га(10—20 км), адляпередачибольшихтоковприходитсяувеличивать площадь сечения проводов контактной подвески.
Приростегрузооборотастроятдополнительныетяговыеподстанции, увеличивают площадь сечения контактной сети (подвешивают усиливающие провода и др.), чтобы повышение числа и массы поездовневызывалорезкогопадениянапряжения и, следовательно, скоростей движения поездов. Радикальным способом устранения недостатков электроснабжения постоянного тока является создание системы регулирования напряжения в контактной сети.
Система однофазного тока промышленной частоты 50 Гц (на-
пряжением 25 кВ) значительно проще и экономичней. Более высокоенапряжение вконтактной сетиисоответственно меньшиетоки в ней позволяют в 2,5-3 раза уменьшить площадь сечения проводов контактной сети на один путь, увеличить расстояние между тяговыми подстанциями. Установленные на ЭПС тяговые трансформаторы позволяют снизить напряжение на тяговых электродвигателях (по сравнению с системой постоянного тока), вследствие чего можно уменьшить толщину изоляции обмотки двигателей и увеличить их мощность на 25—30 % (при тех же габарит-
254
ных размерах) и включить тяговые двигатели параллельно. Такое соединение улучшает тяговые свойства электровоза и снижает склонность колесных пар к боксованию. Тяговые подстанции в этой системе превращаются в обычные трансформаторные, вследствие чего упрощается автоматизация управления ими.
Однако питание однофазным током промышленной частоты от системы внешнего электроснабжения трехфазного тока приводит к неравномерной загрузке (несимметрии) ее фаз. Это ведет к недоиспользованию мощности генераторов электростанций, ограниченной высоким нагревом более нагруженных фаз. Ухудшается качество энергии, отпускаемой потребителям, что снижает допустимые нагрузки различных асинхронных двигателей.
К тому же возникают мешающее электромагнитное влияние на линии связи и другие, идущие вдоль полотна железной дороги металлические коммуникации: в них наводятся значительные ЭДС, опасные для изоляции устройств и обслуживающего персонала. Помехи, создаваемые в линиях связи, мешают нормальной работе, что вызывает необходимость каблировать линии связи.
Система переменного тока 2 × 25 кВ позволяет повысить напря-
жение в контактной сети, т. е. снимает ограничения пропускной способностипоустройствамэлектроснабжениягрузонапряженных линий. При этом не изменяется конструкция электровозов, так как между рельсами и контактным проводом сохраняется напряжение 25 кВ. Контактный провод подключен через линейный автотрансформатор к питающему проводу, расположенному на опорах контактной сети, напряжение в котором по отношению к контактному составляет 50 кВ.
На участке, электрифицированном по системе 2 × 25 кВ, линейныеавтотрансформаторыустановленынамежподстанционнойзоне через 8—15 км. Число их определяется расстоянием между тяговыми подстанциями, заданными тяговыми нагрузками и номинальной мощностью автотрансформаторов. Сторона низкого напряжениякаждогоавтотрансформатораприсоединенакконтактнойподвеске и рельсам, а вывод обмотки высшего напряжения — к питающему проводу. Коэффициент трансформации автотрансформаторов системы 2 × 25 кВ можно принять равным 2.
255
Система 2 × 25 кВ имеет ряд преимуществ по сравнению с системой25 кВ. Сопротивлениетяговойсетиснижаетсяпримернов2 раза, потери напряжения, электроэнергии в тяговой сети — в 2-2,5 раза, уменьшается индуктивное влияние на линии связи. Регулирование коэффициентовтрансформациилинейныхавтотрансформаторовпозволяет поддерживать заданный уровень напряжения в контактной сети. Это дает возможность устойчиво реализовать на электровозах необходимую мощность и поднять скорость движения поездов. В своюочередьуменьшениепотерьнапряжениявтяговойсетиспособствует удлинению межподстанционных зон, а значит, снижению капитальных затрат на электрификацию железных дорог.
Схемыэлектроснабженияэлектрифицированныхжелезныхдорог.
Электрифицированные дороги относятся к самым ответственным потребителямэлектроэнергии(первойкатегории); поэтомуони, как правило, должны иметь питание не менее чем от двух независимых источников. Если невозможно выполнить это требование, допускается осуществлять питание по двум одноцепным линиям передачи на разных опорах от одного источника питания, что также повышает надежность системы тягового электроснабжения. Схемы питания тяговых подстанций выбирают с таким расчетом, чтобы при выходе из строя одной из электростанций (трансформаторной подстанции) или линии электропередачи на участке длиной 150— 200 км прерывалась подача электроэнергии не более чем на одну тяговуюподстанцию. Тяговыеподстанции подразделяются наподстанции постоянного и переменного тока.
Подстанциипостоянноготокаразмещаютнарасстоянии15— 20 км однаотдругой, апеременного— нарасстоянии40—50 км, располагая ихобычноврайонежелезнодорожнойстанции. Натяговыхподстанцияхпостоянноготокаустанавливаютпонижающиетрансформаторы, полупроводниковыевыпрямителидляпреобразованияпеременноготока впостоянный, атакжеаппаратуруиустройства, необходимыедлявключенияивыключенияразличныхцепейизащитыоборудованияоттоков короткогозамыкания, перегрузокиперенапряжений. Напряжение, поступающееотпервичнойсистемыэлектроснабжения, например110 кВ, понижающие cиловые трансформаторы снижают до 10—11 кВ. Затем черезраспределительноеустройствопеременноготокаэтонапряжение подается к тяговым трансформаторам, понижается ими до 3,3 кВ и по-
256