Глава 12. Электровозы
12.1. Общие сведения об электрическом подвижном составе
К электрическому подвижному составу относятся электровозы и моторныевагоны. Взависимостиотродаприменяемоготокаразличаютэлектровозыпостоянного(рис. 12.1), переменноготока (рис. 12.2) и двойногопитания; так жеразличаютсяиэлектропоезда.
Электровозы и электропоезда приводятся в движение тяговыми электродвигателями. Чтобы якоря двигателей начали вращаться, необходимо по их обмоткам пропустить электрический ток. Включают ивыключаюттяговыедвигатели, атакжерегулируюттокэлектрическими аппаратами, установленными в кузове электровоза или на моторном вагоне. Якоря тяговых двигателей, вращаясь, через передачу (чащевсегозубчатую) приводятвдвижениеколесныепарылокомотива. Такие колесные пары называют движущими.
Взависимостиотспособапередачивращающегомоментаоттяговогодвигателянадвижущуюколеснуюпаруэлектровозыимоторные вагоныподразделяютнадвеосновныегруппы: синдивидуальнымприводом, когда вращающий момент передается на каждую движущую колесную пару от отдельного двигателя; с групповым приводом, когда вращающий момент от одного тягового двигателя передается двум и более движущим колесным парам. Тележки, на которых для привода колесных пар установлен один тяговый электродвигатель, называют мономоторными. На сети железных дорог России все эксплуатируемые электровозы и моторные вагоны электропоездов имеют индивидуальный привод.
Рис. 12.1. Электровоз постоянного |
Рис. 12.2. Электровоз переменного |
тока ВЛ10 |
тока ВЛ80 |
177
Электровозы, как и другие локомотивы, выпускают различных серий и модификаций. Различным по конструкции локомотивам и моторвагонномуподвижномусоставупринятоприсваиватьразличные обозначения в виде букв или комбинации букв и цифр. В обозначения серий входят буквы ВЛ (в честь Владимира Ильича Ленина) и цифры, соответствующие данной серии (грузовые локомотивы). К этим основным обозначениям (называемым обычно обозначением серии) для локомотивов или моторных вагонов, имеющих какие-то особенности, добавляются индексы в виде малых букв. Цифры позволяют судить о числе осей и роде тока, а в некоторых случаях и о нагрузке колесной пары на рельсы. Так для серий электровозов переменного (однофазного) тока установлена нумерация: четырехосные— отВЛ40 доВЛ59, шестиосные— отВЛ60 доВЛ79, восьмиосные — от ВЛ80 до ВЛ99. Электровозы постоянного тока нумеруются: шестиосные — от ВЛ19 до ВЛ39, восьмиосные — от ВЛ8 доВЛ18. МодернизированныеэлектровозыВЛ22 обозначаются как ВЛ22м, электровозы ВЛ60 с кремниевыми выпрямителями — ВЛ60к, а с рекуперативным торможением — ВЛ60р. Электровоз ВЛ80 с реостатным торможением обозначается ВЛ80т, а с рекуперативным торможением — ВЛ80р.
Пассажирскиеэлектровозы, выпускаемыепромышленностьюЧехии (Словакии), имеют на железных дорогах РФ серию ЧС. Каждый локомотив имеет свой порядковый номер.
Электропоезда имеют следующие обозначения: постоянного тока — ЭР1, ЭР2, ЭР22, ЭР2Р, переменноготока— ЭР9П, ЭР9М, ЭР9Е, ЭД9Т.
На пригородных участках электропоезда состоят на 50 % из моторныхвагонов, нанекоторыхучасткахсоотношениемоторныхвагонов и прицепных равно 1:2. Составность моторвагонного поезда ЭР из 10 вагонов обозначают Г+2М+П+М+П+М+П+М+Г; из четырех вагонов — Г+2М+Г, где М — моторный вагон; П — прицепной; Г — головной.
Электровозы и вагоны электропоезда состоят из механической части, электрического оборудования (тяговых двигателей, вспомогательных машин и электрической аппаратуры), пневматического (воздухопроводы, резервуары, краны и другие устройства, обеспечивающие работу аппаратов и тормозов) оборудования и тормозной системы.
178
Основные данные об электровозах и электропоездах приведены в Приложении, табл. 10 и 11.
На базе конструкции электровозов ВЛ80с, ВЛ85, ВЛ65 для вождения пассажирских поездов разработан электровоз ЭП1, предназначенный для вождения пассажирских поездов на электрифицированных участках напряжением 25 кВ. Конструкционная скорость локомотива 140 км/ч.
Электровоз ЭП10 предназначен для вождения пассажирских и почтово-багажных поездов на линиях однофазного переменного тока25 кВ иучастках постоянного тока3 кВ. Мощность локомотива 6000 кВт, что позволяет водить составы из 25 вагонов, максимальная скорость движения 160 км/ч.
Автосцепное устройство на тяговом подвижном составе. Автосцеп-
ное устройство на тяговом подвижном составе устанавливается в соответствии с требованиями ГОСТ 3475-81. На электровозах серий ВЛ22, ВЛ23, ВЛ8 оно располагается на раме тележки (рис. 12.3), так как разместить автосцепку, чтобы ее продольная ось находилась на нужнойвысотеотуровняголовокрельсовнаглавнойрамеэлектровозов этих серий, не представляется возможным. Стальная литая рама тележки1 электровозавпереднейчастиимеетспециальныйкарман2, вкоторомразмещаетсяпоглощающийаппарат. Передниеопорныеповерхности в кармане для поглощающего аппарата и упорной плиты расположены на расстоянии 390 мм от передней плоскости концевой балки рамы тележки. Расстояние между передним и задним упорами кармана составляет 625 мм. Ударная розетка 3 с маятниковым центрирующим устройством крепится к концевой балке рамы тележки сваркой или шестью болтами с гайками. Наостальныхэлектровозах и на тепловозах(рис. 12.4) поглощающий аппарат 1 находится в специальном
кармане 2 на главной |
Рис. 12.3. Расположение автосцепного устрой- |
раме локомотива. |
ства на раме тележки локомотива |
|
179
На паровозах, дрезинах, мотовозах устанавливается автосцепка без поглощающего аппарата и соединяется с розеткой, закрепленной на концевой балке. Паровозная розетка представляет собой стальную чашеобразную отливку с привалочной плитой. Автосцепка можетотклоняться от центрального положения в горизонтальнойплоскости.
Валик, которым автосцепка соединяется с корпусом розетки, ставится сверху.
12.2. Механическая часть электроподвижного состава
Общиесведения. Механическаячастьэлектровозаивагонаэлектропоезда включает в себя тележки, кузов и ударно-тяговые приборы. Конструкция механической части зависит отмощности и максимальной скорости движения; на нее оказывает влияние устройство железнодорожногопути. Намеханическуючастьдействуетнагрузка от массы оборудования электровоза или вагона; она передает тяговое и тормозное усилие, воспринимает динамические нагрузки, возникающие при движении по кривым и прямым участкам пути.
Кузов. В кузове электровоза размещают электрическую аппаратуру, вспомогательные машины и пневматическое оборудование, а также запас песка. Впереди и сзади кузова расположены кабины машиниста, отделенные от машинного помещения перегородками. У 8- и 12-осного электровозов по два кузова, каждый с одной кабиной машиниста. Между кузовами имеется переходный мостик закрытого типа. Каркас кузова металлический, наружная обшивка обычносостоитизстальныхлистов. Стенки, потолокиполкабины
180
Рис. 12.5. Расположение оборудования на электровозе ВЛ10:
1 — пульт управления; 2 — кресло машиниста; 3 — быстродействующий выключатель; 4, 5 — балкииндуктивныхшунтовирезисторов; 6, 8 — блокипусковых резисторов и ослабления возбуждения; 7 — токоприемник; 9 — моторвентилятор; 10 — мотор-компрессор; 11 — кузов второй секции электровоза; 12 — тяговый электродвигатель; 13 — колесная пара
машиниста имеют тепловую изоляцию из шлаковойлока или пенопласта (она расположена между внутренней и наружной обшивками), а также звуковую изоляцию. В кабинах машинистов помещаются аппараты управления, контрольно-измерительные приборы, тормозныекраны. Всреднейчастикузоваразмещаетсявысоковольтная камера, в которой установлена электрическая аппаратура. Вспомогательныемашины(мотор-компрессоры, мотор-вентилято- ры, генераторы тока управления и др.) располагаются между высоковольтнойкамеройикабинамимашинистаилипереходамиизсекции в секцию (рис. 12.5).
Для входа в электровоз с обеих его сторон за кабиной находятся двери и подножки. Эти двери выходят в поперечный коридор. В кабинувходятчерездверьвперегородкекабинымашиниста. Запоперечнымкоридоромрасположенавысоковольтнаякамера, азаней находится машинное помещение, в котором расположены каркасы под вспомогательные машины. Проход в кузове, как правило, односторонний. Со стороны прохода доступ к аппаратам в высоковольтной камере осуществляется через съемные или задвижные щиты и двери, имеющие электрическую или пневматическую (механическую) блокировки, не позволяющие открывать их при поднятом токоприемнике. В свою очередь токоприемник может быть поднят только при закрытых щитах и дверях.
181
Накрышунасовременныхэлектровозахвыходятчерезлюкполестнице, расположеннойвкузове. Накрышеимеютсятрапыипоручни.
Кузов электровоза опирается на тележки. На электровозах применяют двух- и трехосные тележки. На тележках установлены тяговые двигатели, по одному для каждой оси. С помощью зубчатого привода вращающий момент от тяговых двигателей передается колесным парам. Кузов представляет собой сварную конструкцию с усиленной нижней рамой, несущей на себе нагрузку оборудования и передающей силу тяги к автосцепкам. Рама кузова опирается на тележки через специальные опорные устройства.
Кузова вагонов электропоездов типа ЭР — цельнометаллические несущей конструкции, т.е. все основные части кузова одновременно воспринимают действующие на вагон нагрузки. В кузове размещены сиденья для пассажиров, а также оборудование освещения, отопления, вентиляции и частично аппаратура управления тяговыми двигателями и вспомогательными машинами. Под кузовом размещают вспомогательные машины, аппараты силовых цепей, тормозные и ударно-тяговые приборы.
Рама кузова является важнейшим элементом его конструкции. Она состоит из ряда продольных и поперечных балок и других элементов, соединенных электросваркой.
Тележка электровоза состоит из рамы1 (рис. 12.6), колесных пар 3 с зубчатой передачей, букс 4, рессорного подвешивания 5, подвесок тяговых двигателей и тормозной системы 6. На электровозах применяют двух- и трехосные тележки сочлененные (соединены шарнирами) инесочленные, наэлектропоездах— двухосныетележки. Тележки всех современных электровозов бесчелюстные.
Рамы тележек передают вертикальные нагрузки от кузова на колесные пары и горизонтальные силы тяги и тормозной силы, на них устанавливают тяговые двигатели 2 и тормозное оборудование. На раму тележки действуют также силы, возникающие при ударах, и боковые усилия, появляющиеся при вписывании электровоза (вагона электропоезда) в кривые. Нагрузка от кузова передается на раму и через систему опор в виде сосредоточенных сил, которые затем распределяются равномерно с помощью рессорного подвешивания по колесным парам.
182
Рис. 12.6. Тележка электровозов ВЛ80 всех индексов, ВЛ10у и ВЛ11
Рама тележки электровоза ВЛ80 (рис. 12.7) представляет собой цельносварную конструкцию прямоугольной формы, состоящую из двух боковин, связанных шкворневым и двумя концевыми поперечными брусьями. На внутренней стороне боковин находятся кронштейны для подвески тормозной системы, а на наружной — кронштейны под гидравлический амортизатор. На концевых брусьях приварены кронштейны для подвесок тормозной системы и накладки под ролик противоразгрузочного устройства.
Сдвухсторонкшкворневомубрусупривареныкронштейныдля подвески рычагов ручного тормоза и крепления тормозных цилиндров. В брусе шаровой связи с двух сторон имеются проушины для подвескитяговыхдвигателей. Поперечная(вгоризонтальнойплоскости) упругая связь кузова с тележкой достигается цилиндрическими пружинами, расположенными в шкворневом брусе.
На электропоездах применяют два вида тележек: немоторные, устанавливаемые на головном и прицепном вагонах, и моторные на вагонах с тяговыми двигателями.
Колесные пары. Колесные пары направляют движение электровоза (вагона) по рельсовому пути, передают силу тяги, развиваемую локомотивом, и тормозную силу при торможении, воспринимают статические и динамические нагрузки, возникающие между рельсомиколесом, преобразуютвращающиймоменттяговогодвигателя в поступательное движение электровоза. Они являются наиболее ответственными элементами экипажа, определяющими без-
183
опасность движения. Поэтому при формировании, эксплуатации и ремонте необходимо тщательно контролировать колесные пары, строго соблюдать все требования, предъявляемые к ним.
Колесную пару формируют из отдельных элементов: оси, двух колесных центров с бандажами или безбандажных колес и двух зубчатых колес тяговой передачи (рис. 12.8). Оси колесных пар заканчиваются шейками, на которые монтируют буксы с роликовыми подшипниками. Поверхности бандажа придают необходи-
Рис. 12.7. Рама тележки электровозов ВЛ80 всех индексов, ВЛ10у и ВЛ11:
1 — малыебуксовыекронштейны; 2 — большиебуксовыекронштейны; 3 — шкворневой поперечный брус; 4 — овальное углубление; 5 — усиливающая накладка
184
муюформумеханической обработкой. Гребень бандажа, расположенный внутри колеи, предохраняет колесную пару от схода с рельсов.
Буксовые узлы. Через бук-
сы на колесные пары передаетсявертикальнаянагрузкаот веса электровоза, а от колесных пар на рамы тележек — усилиятяги, торможенияибоковые горизонтальные силы. Букса ограничивает перемещение рамы тележки электровоза (вагона) относительно колеснойпары, предотвраща-
ет попадание посторонних предметов в буксовые подшипники. Наэлектровозахимоторныхвагонахприменяютбуксовыеузлыдвух
типов: сбуксовыминаправляющими(челюстные) исрезинометаллическимиповодками(бесчелюстные). Применяютбуксысроликовымиподшипниками. Передача всех усилий в буксовом узле бесчелюстного типа осуществляется не непосредственно от корпуса буксы на буксовую направляющуюрамытележки, какэтопроисходитвбуксовыхузлахчелюстного типа, а через резинометаллические поводки, состоящие из стальногокорпусаиваликов.Перемещениябуксыотносительнорамывозможнывследствиеупругойдеформациирезины.Бесчелюстнойбуксовыйузел вовремяэксплуатациинетребуетсясмазывать,поэтомусовременныеэлектровозыимеюттолькобесчелюстныебуксы.
Бесчелюстнаябукса(рис. 12.9) имееткорпус, отлитыйизстали, с четырьмя приливами для крепления поводков. Внутренние кольца подшипников с цилиндрическими роликами насаживают на шейку оси в горячем состоянии с натягом, а подшипников со сферическими роликами устанавливают на коническую разрезную втулку и плотно прижимают к оси. Внутренние кольца подшипников стягиваютгайкой, которуюстопорятпланкой. Пространствовлабиринте заднейкрышки, междузаднейкрышкойиподшипником, междуподшипниками и передней крышкой, а также в самих подшипниках заполняют консистентной смазкой.
185
Рис. 12.9. Бесчелюстная букса:
1 — корпус; 2 — поводки; 3 — роликовыеподшипники; 4 — крышкасуплотнением; 5 — спорная планка; 6 — стяжная гайка; 7 — дистанционные кольца; 8 — внутренняя крышка; 9 — внутреннее кольцо
Рессорное подвешивание. При движении электровозов и электропоездов на пути встречаются неровности, стыки рельсов, крестовины стрелок, вследствие чего возникают удары и толчки, способствующие повышенному износу деталей ЭПС и верхнего строения пути. Рессорное подвешивание является промежуточным звеном между рамой тележки и буксами. Оно служит для смягчения толчков и ударов при прохождении колес. Для уменьшения этих вредных воздействий в конструкции ЭПС предусмотрено устройство, называемое рессорным подвешиванием, элементы которого поглощают или снижают вертикальные и горизонтальные силы. Конструкциярессорногоподвешиванияэлектровозовопределяетсятипом тележки, назначением локомотива и конструкцией всего экипажа. Основные элементы рессорного подвешивания: листовые рессоры, пружины, аиногдаипневморессоры, балансиры, амортизаторыразличных конструкций и другие связующие элементы. На тележках электровозовприменяютдвойноерессорноеподвешивание. Этозначит, что между буксой колесной пары и рамой тележки предусмотрено не менее двух рессор и пружин, включенных последовательно.
186
Чтобы улучшить работу рессорного подвешивания, в него вводят, кроме стальных рессор и пружин, резиновые элементы, поглощающие толчки и колебания.
Рессорноеподвешивание можетбытьодносторонним,
когда нагрузка от кузова и рамытележкипередаетсяна Рис. 12.10. Несбалансированноерессорное
колесную пару через рессо- подвешивание электровоза
ры, размещенныемеждурамой тележки и буксой, и двухступенчатым, предусматривающим
размещение рессор как между рамойтележки ибуксой, такимежду рамами тележки и кузова.
На электровозах применяют сбалансированное рессорное подвешиваниеинесбалансированное(индивидуальное). Несбалансированное подвешивание (рис. 12.10) состоит из листовой рессоры 1, шарнирно подвешенной к нижней части буксы 2, и пружин 3, установленных между опорами 7. Пружина одним концом через опору опирается на конец рессоры, а другим через гайку — на стойку 6, которая имеет головку для соединения с рамой тележки 8 и резьбу круглого профиля, четыре нити на дюйм под опорную гайку 5.
Рессорное подвешивание (сбалансированное) состоит из следующихосновных элементов (рис. 12.11): листовых рессор 1, цилиндрических пружин 7, расположенных между рессорами и корпусами букс, балансиров 2, подвесок 3, чеки 4, накладок 5, обойм 6 и 8.
Нагрузовыхвосьмиосныхэлектровозах, начинаяс1978 г., устанавливаютлюлечноеподвешиваниекузованатележках. Онопредназначено для передачи вертикальных и поперечных сил от кузова на раму тележки, уменьшениясилгоризонтальногоивертикальноговоздействия электровозанапуть. Длясозданиявозвращающегоусилиявслучаеотклонения кузова от центрального положения, при движении в кривых люлечные подвески расположены подугломоколо11° квертикальной продольнойплоскости.Благодарялюлечномуподвешиваниюсталовозможнымповыситьмаксимальнуюскоростьэлектровозовдо120 км/ч.
Подвешивание состоит из люлечных подвесок, горизонтальных ивертикальныхупоров; натележкескаждойстороныустанавливают по два таких комплекта (рис. 12.12).
187
Рис. 12.11. Сбалансированное рессорное подвешивание электровоза
На современных электровозах применяют индивидуальный привод. Притакомприводеразличаютдваспособаподвескитяговыхдвигателей: опорно-осевую(или, какееранееназывали, трамвайную, поскольку она впервые была применена в трамваях) и рамную.
При опорно-осевой подвеске (рис. 12.13) остов тягового двигателя соднойстороныопираетсянаоськолеснойпарыспомощьюдвухмо- торно-осевыхподшипников, асдругойподвешеннапоперечнуюбал-
|
курамытележкиспомощьюпружинногоуст- |
|
ройства. Передачатяговогоусилияосуществ- |
|
ляется через зубчатое зацепление, при этом |
|
большоезубчатоеколесонасаживаетсянаось |
|
или колесный центр, а малое (ведущее) — на |
|
вал тягового электродвигателя. Из-за непо- |
|
средственнойопорынаоськолеснойпарытя- |
|
говыйэлектродвигательподверженсильному |
|
воздействиюдинамическихсил, возникающих |
|
при проходе колесами неровностей пути. |
|
Налокомотивах(пассажирскихиопытных |
|
грузовых) с конструкционными скоростями |
Рис. 12.12. Расположение |
130 км/чиболееприменяютрамнуюподвеску |
люлечногоподвешивания |
тяговогодвигателя(рис. 12.14). Приэтомдви- |
на электровозе ВЛ80 |
гательрасположеннадосьюколеснойпарыи |
188
прикреплен к раме тележки. Через полыйвалтяговогодвигателя2 пропущен торсионный вал 4, соединенныйсполымваломшарнирноймуфтой3, асваломмалыхзубчатыхколес 7 — муфтой 5. Вал вращается в подшипниках, установленных в кожухе 9, в котором находится большое зубчатое колесо 8, укрепленное наоси1 колеснойпары. Кожухимеет амортизатор-пружину 6.
Такаяподвескапозволяетснизить динамическиесилы, действующиена тяговые двигатели, особенно при прохождении колесной пары через неровности пути, а также облегчает доступкдвигателямдляосмотра.
На вагонах электропоездов для создания плавного и мягкого хода применяютлюлечноерессорноеподвешивание, состоящее из центральногоподвешиванияинадбуксового, работающихпоследовательно. Надбуксовое подвешивание является первой ступенью рессорного подвешивания тележек и воспринимает вескузовачерезрамутележкиицентральное подвешивание.
На моторной тележке электропоездовЭР2Рпримененобуксовое подвешиваниепринципиальноновойконструкции; оноявляетсяпервой ступенью двойного рессорного подвешивания тележки и предназначено для передачи нагрузки от ее рамы колесным парам и снижения воздействия динамических сил от колеса на раму.
Рис. 12.13. Опорно-осевая подвеска тягового двигателя:
1 — рама тележки; 2 — тяговый электродвигатель; 3 — колесная пара; 4 — зубчатая передача; 5 — моторно-осевые подшипники
Рис. 12.14. Рамнаяподвескатягового двигателя
189
Рычажная тормозная система. Этой системой оборудованы все электровозы; она служит для передачи усилий от тормозных цилиндров или от привода ручного тормоза к тормозным колодкам. На электровозах рычажная тормозная система может быть с односторонним (рис. 12.15) или двусторонним нажатием колодок — на бандаж каждого колеса. При одностороннем нажатии колодок она состоитизтормозныхцилиндров3, вертикальныхрычагов2, горизонтальныхтяг7 и11, подвесок 14, балансиров8, тормозныхколодок 9, тормозныхпоперечин10, 13 ипредохранительныхскоб6. Вертикальные рычаги первой и четвертой тележек удлинены для присоединения тяг ручного тормоза 1.
Тормознаятяга7 регулируетсяподлинеболтом4. Этимобеспечиваетсяравномерныйзазормеждуколодкамиибандажами, атакжеодинаковая величина выхода штоков тормозных цилиндров для всех сторон тележек. Обычно выход штоков должен быть в пределах 75—100 мм. В тормозныебашмаки12 устанавливаютколодки. Пружина5 возвращает тормознуюпередачувисходноеположениепослеотпускатормозов.
Наэлектровозахприменяютвосновномчугунныеколодкигребневые и безгребневые. Ручной тормоз служит для затормаживания локомотива на стоянках и в пути следования при повреждении.
Рис. 12.15. Рычажная тормозная передача электровоза ВЛ8
190