Экипажная часть

1.    Экипажная часть

Под экипажной частью электровоза понимают колесную пару с буксовыми узлами, систему буксового рессорного подвешивания, рамы тележек, тяговый привод, систему связи тележек с кузовом, сам кузов. Предназначена для восприятия и передачи веса локомотива на рельсы, а так же для создания силы тяги, преодоления сопротивления движению.

Кузов - самый крупный по массе и объему узел локомотива, служит для размещения оборудования, бригады и защиты их от внешних воздействий. На ВЛ10 установлен кузов вагонного типа - боковые стенки разнесены на максимальное расстояние, допускаемое габаритом подвижного состава, локомотивная бригада может обслуживать оборудование не выходя из кузова.

Рама тележки - передача всех вертикальных, продольных и поперечных сил между кузовом и колесными парами, а также передача сил тяги и торможения. К раме крепится тяговый привод и тормозные устройства.

Колесная пара - для передачи нагрузок от электровоза на путь и обратно, участвует в создании сил тяги и торможения.

Подшипниковый узел - служит для беспрепятственного вращения колесной пары относительно не вращающихся частей.

Тяговый привод - для создания силы тяги, включающий в себя тяговый двигатель с устройствами управления и тяговую передачу, приводящую во вращение движитель - колесную пару.

Упряжные приборы - для передачи силы тяги на прицепную часть поезда.

Тормозные устройства - для создания тормозных сил.

Требования к экипажной части.

1. Прочность и надежность эксплуатации, как в целом, так и отдельных узлов;
2. Выдерживать нагрузки статического, динамического и ударного характера;
3. Должна обеспечивать определенные, научно-обоснованные показатели динамического качества локомотивов;
4. Должна обеспечивать удобство эксплуатации и ремонта отдельных элементов;
5. Должна обеспечивать заданный срок службы как верхнего строения пути, так и отдельных своих элементов;
6. Ее конструкция не должна быть чрезмерно сложной и дорогой.

2.    Электрооборудование

 

В каждой секции электровоза со стороны их сочленения расположены машинные помещения, затем идут высоковольтные камеры, небольшие поперечные проходы и кабины машиниста.

На электровозах ВЛ10 до №011 включительно установлено по восемь тяговых электродвигателей ТЛ-2. Остов электродвигателя цилиндрической формы. На нем укреплены шесть главных и шесть добавочных полюсов и подшипниковые щиты с роликовыми подшипниками для вала якоря. Обмотка якоря волновая. Изоляция обмоток полюсов класса Н, обмоток якоря-класса В; изоляция рассчитана на номинальное напряжение 3000 В. С электровоза № 012 начали устанавливать электродвигатели ТЛ-2К1, имеющие компенсационные обмотки и больший (на 300 кгс) вес по сравнению с электродвигателями ТЛ-2.

При напряжении на выводах 1500 В и количестве воздуха, прогоняемого для охлаждения машины, 95 м³/мин тяговые электродвигатели ТЛ-2К1 имеют следующие основные данные:

Режим	Мощность, квт	Ток, а	Скорость вращения якоря, Об/мин	КПД, %
Часовой	650	466	770	93,4
Длительный	560	400	825	93,6

Максимальная частота вращения якоря 1690 об/мин, вес электродвигателя без шестерен 5000 кгс.

Размыкание и замыкание силовых цепей тяговых электродвигателей под током производится электропневматическими контакторами ПК различных исполнений, а силовых цепей вспомогательных машин - электромагнитными контакторами МК-310. Защита тяговых электродвигателей от токов короткого замыкания в режиме рекуперации осуществляется быстродействующим контактором БК-2В.

Переключение тяговых электродвигателей с последовательного на последовательно-параллельное соединение осуществляется двухпозиционным групповым переключателем ПКГ-4Б; переключение с последовательно-параллельного на параллельное - двумя (в каждой секции своим) двухпозиционными переключателями ПКГ-6Г. Эти переключателя имеют по шесть контакторных элементов, кулачковый вал и пневматический привод, управляемый двумя электропневматическими вентилями.

В качестве пусковых, переходных резисторов и резисторов ослабления возбуждения применены элементы из фехралевой ленты. Для защиты силовых цепей от токов короткого замыкания на электровозе установлен быстродействующий выключатель ВВП-5, рассчитанный на максимальный разрывной ток 13600 А и длительный ток 1850 А.

Для защиты вспомогательных цепей от токов короткого замыкания служит малогабаритный быстродействующий выключатель БВЭ-ЦНИИ, рассчитанный на номинальный ток 150 А. На электровозах с № 616 взамен быстродействующего выключателя установлены контактор КВЦ и высоковольтный плавкий предохранитель. Частота вращения якорей тяговых электродвигателей регулируется путем различного их соединения (все восемь последовательно, две параллельные группы по четыре электродвигателя последовательно и четыре параллельные группы по два последовательно). На всех этих соединениях при выведенных из цепи электродвигателей пусковых резисторах возможно получить четыре ступени ослабления возбуждения 75, 55, 43 и 36%. На последовательном соединении имеется 15 пусковых (реостатных) позиций, на последовательно-параллельном - 10 и на параллельном - 9.

Так как на последовательном соединении в одну цепь включены все восемь тяговых электродвигателей, а ряд аппаратов в каждой секции не дублирован, то отдельные секции электровоза самостоятельно работать не могут.

Электровоз оборудован рекуперативным торможением. Как и на тяговом режиме, при рекуперативном торможении якоря тяговых электродвигателей соединяются последовательно (низкая скорость движения), последовательно-параллельно (средняя скорость) и параллельно (высокая скорость).

Контроллер машиниста КМЭ-8 имеет три рукоятки: главную, тормозную и реверсивно-селективную. Главная рукоятка, кроме нулевой, имеет 37 позиций, из которых 16-я, 27-я и 37-я ходовые, а остальные - пусковые.

У тормозной рукоятки всего 21 позиция: нулевая, 16 тормозных (в одну сторону от нулевой) и четыре ослабления возбуждения (в другую сторону). Реверсивно-селекторная рукоятка, кроме нулевой, имеет четыре позиции вперед и четыре назад; в число четырех входят позиции "М" (тяговый режим), "П", "СП" и "С" (рекуперативное торможение). На электровозе установлены два мотор-вентилятора, два мотор-компрессора и вращающийся преобразователь. Каждый мотор-вентилятор состоит из электродвигателя ТЛ-110 и центробежного вентилятора Ц13-50 №8, подающего воздух для охлаждения тяговых электродвигателей и пусковых резисторов. На валу мотор-вентилятора посажен также якорь генератора цепей управления ДК-405К. Мотор-компрессор состоит из электродвигателя НБ-431А и компрессора КТ-6Эл.

Преобразователь НБ-436А служит для питания обмоток тяговых электродвигателей при рекуперативном торможении; он состоит из электродвигателя и генератора, имеющих общий вал. Основные данные вспомогательных машин приведены в таблице:

Параметры	ТЛ-110	НБ-436А			ДК-405К
		электродвигатель		генератор
Мощность, кВт	53,1	40,7		30,4	4,5
Напряжение, В	3000	3300		38	50
Ток якоря, А	20,6	15		809	90
Частота вращения, об/мин	990	1200			990
К. п. д %	86,4	82,4		72,8	81,5
Вес, кгс	1590	1900			274

Для питания обмоток возбуждения тяговых электродвигателей на нескольких электровозах ВЛ10 (на электровозе №239 выпуска 1970 г. и после получения опыта его эксплуатации на электровозах №1528, 1529 выпуска 1973 г.) Тбилисский завод в виде опыта установил статические преобразователи постоянного тока 3000 В в постоянный ток низкого напряжения до 38 В.

Цепи управления и освещения питаются постоянным током с номинальным напряжением 50 В. При неработающих генераторах тока управления эти цепи питаются от щелочной аккумуляторной батареи 33 НК-125.

Основные тяговые параметры электровоза при часовом и продолжительном режиме - сила тяги 39200 и 32000 кгс; скорость 47,3 и 50,0 км/ч. Конструкционная скорость электровоза 100 км/ч (ограничивается тяговыми электродвигателями, по ходовой части 110 км/ч, как и у электровоза ВЛ80^к). Электровоз ВЛ10-021 в 1968 г. был подвергнут тягово-энергетическим испытаниям, которые проводились ЦНИИ МПС.

В процессе выпуска электровозов ВЛ10 в их конструкцию вводились отдельные изменения. С середины 1974 г. электровозы ВЛ10 стали выпускать с люлечным подвешиванием кузова (с электровоза №1297 Новочеркасского и с №1707 Тбилисского заводов). Статический прогиб рессорного подвешивания у этих электровозов составил 121,5 мм, из которых 67 мм приходится на люлечное подвешивание.

С 1983 г. началось оборудование электровозов ВЛ10 устройствами СМЕТ (Система Многих Единиц Телемеханическая), позволяющими управлять двумя сцепленными электровозами одним машинистом.

Принцип работы От внешней электрической сети (электростанции), которая вырабатывает переменный трехфазный ток промышленной частоты (50 ГЦ), ток поступает на повышающие трансформаторы, которые повышают напряжение от 200 тыс. до более 1 млн. В. Далее этот переменный трехфазный ток по линиям электропередач поступает на тяговые подстанции, расположенные вдоль железнодорожного пути на расстоянии 50 – 100 км.

В тяговых подстанциях это высокое напряжение поступает на тяговый понижающий трансформатор, который понижает напряжение до 3000 В и подает его на выпрямительное устройство, где по двухполупериодной схеме переменный трехфазный ток преобразуется в постоянный ток напряжением 3000 В. Этот ток по двухпроводной схеме подводится одной полярностью к рельсам, а другой – к контактному проводу, расположенному выше электровоза посередине рельсов вдоль всего железнодорожного пути.

При поднятом пантографе постоянное высокое напряжение поступает в высоковольтные камеры, где расположены контакторы и пусковые реостаты. Машинист с помощью контроллера, расположенного в кабине машиниста, подключает пусковые реостаты к тяговым электродвигателям постоянного тока, расположенным на осях тележек. От тяговых электродвигателей через заземляющие шины электрический ток поступает на колесные пары, а от них – в рельсы, а по рельсам – возвращается на тяговую подстанцию. Электрическая цепь оказывается замкнутой и по тяговым электродвигателям начинает протекать постоянный ток. Якоря электродвигателей начинают вращаться, преобразуя электроэнергию постоянного тока в механическую работу вращения якорей. На валу якоря закреплена ведущая шестерня, которая находится в постоянном зацеплении с ведомой шестерней, закрепленной на оси колесной пары. Ведомая шестерня вращается и вращает ось колесной пары и колеса электровоза начинают вращаться. Передаточное отношение зубчатых колес 23:88=1:3,826.

Благодаря наличию сил трения, между колесами и рельсами возникает касательная сила тяги:

Fк = Nд * Fkg = Nд (3,6 * С * Ф * Ig – ΔF), Н

где:

 Fkg – касательная сила тяги одного тягового электродвигателя, Н

 Nд – число движущихся осей или тяговых электродвигателей локомотива

 С – постоянная электроподвижного состава, которая зависит от передаточного отношения зубчатой передачи, диаметра движущих колес локомотива, конструктивной постоянной тягового электродвигателя, включающая в себя число пар полюсов, число параллельных ветвей и активных проводников обмотки якоря

 Ф – магнитный поток тягового электродвигателя, Вб

Ig – переменный ток тягового электродвигателя, А

ΔF – сила, возникающая из-за механических и магнитных потерь в тяговом электродвигателе и потерь в зубчатой передаче.

Благодаря наличию касательной силы тяги электровоз движется вперед. Скорость движения электровоза регулируется машинистом с помощью контроллера, который расположен в кабине машиниста. Контроллер при изменении машинистом положения его ручки изменяет величину сопротивления пусковых реостатов. Чем меньше их сопротивление, тем больше величина тока Ig, протекающего по тяговым электродвигателям, тем больше частота вращения якорей тягового электродвигателя и тем больше скорость электровоза.

Направление движения машинист изменяет с помощью специального переключателя, который изменяет полярность тока одновременно у всех электродвигателей одной из двух обмоток на обратное и якоря начинают вращаться в обратную сторону и электровоз движется назад.

Модернизация электровоза ВЛ-10

Выполняя решение октябрьской 2000 года коллегии МПС, работники Челябинского электровозоремонтного завода совместно со специалистами ВНИИЖТа приступили к модернизации серийного электровоза ВЛ10, состоящего из двух секций, для Южно-Уральской железной дороги. Причём решили вести обновление локомотивов одновременно в двух направлениях. Во-первых, создать надёжную и отвечающую современным требованиям машину для вождения пассажирских составов, а во-вторых - для грузового движения, с более высокими технико-экономическими характеристиками для вождения по системе многих единиц.
Эта двуединая задача решена экспериментально довольно быстро. В ноябре 2000 года локомотивы, которым предстояло пройти обновление, ещё стояли на заводском дворе, а 6 февраля 2001 года после обкатки на полигоне предприятия однокузовной четырехосный пассажирский электровоз с "паспортом" ВЛЮМ-001 был передан для эксплуатационных испытаний Златоустовскому отделению Южно-Уральской железной дороги. Тогда же и другой электровоз той же серии - впервые на сети дорог - прошёл капитальный ремонт с продлением срока службы на 15 лет в грузовом движении. Особого внимания заслуживает то, что в обоих случаях проводился не только капитальный ремонт, но и обновление с учётом перспективы. Для "реанимации" взяли электровоз, выпущенный Новочеркасским заводом в 1969 году, то есть свой срок эксплуатации он уже выработал. А суть модернизации заключалась в оборудовании второй кабины управления, в перекомпоновке машинного отделения, подкузовного оборудования, дополнительной установке второго токоприёмника и резервного компрессора.
Локомотив оснащён современной системой радиосвязи и комплексным локомотивным устройством безопасности (КЛУБ), которому пока нет равных на зарубежных магистралях.
Таким образом, из серийных, отслуживших нормативные сроки ВЛ10 создаются, по сути, новые электровозы с маркой ЧЭРЗ, в которых нашли воплощение разработки научно-производственного комплекса ВНИИЖТа под руководством кандидата технических наук Александра Пырова. Они получили всестороннюю поддержку коллектива завода, и это позволило ускорить сроки освоения нового вида ремонта.
По словам директора завода Григория Задорожного, это один из способов наиболее экономного решения проблемы в целом для сети; сегодня более двух тысяч электровозов ВЛ10 выработали свой ресурс и нуждаются в оздоровлении.

На заводе смогли создать, по сути, новый электровоз, который полностью отвечает сегодняшним требованиям. Более глубокая его модернизация позволяет изменить систему планово-предупредительных ремонтов, формировать тягу в зависимости от массы поезда из 2 - 3 или 4 секций-модулей при значительной экономии электроэнергии и повышении производительности.
По расчётам специалистов, годовой экономический эффект от замены восьмиосного электровоза ВЛ10 модернизированным в Челябинске превышает 2,5 миллиона рублей. Уже в следующем году здесь оздоровят 200 локомотивов. Челябинский завод поможет выйти из критической ситуации с имеющимся парком магистральных электровозов, пока промышленность не начнёт выпускать локомотивы нового поколения. [1]

 

Техническая характеристика 4-осного цельнометаллического крытого грузового вагона

 

№ п/п	Наименование	Единицы измерения	Данные
1	2	3	4
1	Грузоподъемность	Т	68
2	Масса вагона (тара)	Т	22,88
3	Объем кузова	М	120
4	Высота кузова внутри	М	2, 791
5	Количество разгрузочных люков	ШТ	2
6	Расчетная нагрузка от оси на рельсы	Т	22
7	Нагрузка на погонный метр пути	Т/М	6, 1
8	Модель тележки	-	18-100

 

На железных дорогах мира находится в обращении более 5 млн. грузовых вагонов. Конструкция современного грузового вагона создавалась в течение длительного периода.
Совершенствование грузовых вагонов происходило по нескольким направлениям. Среди них - повышение грузоподъемности, приспособление конструкций вагонов к перевозкам различных видов грузов, включая создание лучших условий для погрузочно-разгрузочных работ, оснащение вагонов средствами механизации и автоматизации.

Организаторы железнодорожных перевозок обратили внимание на закономерность: чем больше груза можно перевезти в одном вагоне, тем экономичнее перевозка. Поскольку масса груза, перевозимого в одном вагоне, зависит от допустимой нагрузки одной оси на рельс, числа осей вагона и массы тары, усилия создателей грузовых вагонов были направлены на решение проблем, связанных с этими факторами. В России первые серийные грузовые вагоны начали выпускать в 1846 г. Они были четырехосными на двух двухосных тележках. Однако из-за того, что рама и кузов вагонов были деревянными и это снижало их грузоподъемность, было решено перейти на бестележечные двухосные вагоны, подобные западноевропейским.

Четырехосные вагоны имеют значительное преимущество по сравнению с двухосными. У них меньше коэффициент тары (отношение массы тары к его грузоподъемности), потому что такие элементы вагона, как сцепные устройства и тормоза, имеют одинаковую массу независимо от числа осей. При одинаковой массе перевозимого груза длина поезда из четырехосных вагонов в 1,6-1,7 раза меньше, чем из двухосных. Это снижает требование к длине станционных путей. Четырехосные тележки с меньшим сопротивлением проходят кривые участки пути. Сопротивление движению поезда из таких вагонов также снижается благодаря меньшему числу междувагонных промежутков. Все это приводит к уменьшению расхода топлива. Можно назвать много других преимуществ четырехосных вагонов, например, сокращение времени на расформирование и формирование поездов, взвешивание вагонов, оформление документов и т. д. Были попытки создания трехосных вагонов, но эти вагоны не получили распространения. Постоянно проводимые работы по усилению железнодорожного пути позволили к началу XX века усилить дополнительную нагрузку на ось до 17, а к 40-м годам до 20 т. Грузоподъемность четырехосного вагона при массе тары 20-22 т возросла до 60т.

Грузовой четырехосный вагон состоит из следующих основных частей:

1) Колесная пара является наиболее ответственным узлом вагонов, от исправности которого в первую очередь зависит безопасность движения. Колесные пары несут на себе массу всего вагона и груза, направляют вагон относительно рельсового пути и воспринимают жесткие и разнообразные по направлению удары от неровности пути.

2) Буксы, надеваемые на шейки оси колесной пары, представляют собой стальные корпуса, в которых размещены подшипники, вкладыши, смазочные и подбивные материалы. Они обеспечивают соединение колесных пар с рамой тележки или вагона, передачу нагрузки от кузова вагона и находящихся в нем грузов через подшипники, ограничивают поперечное и продольное перемещение колесных пар относительно кузова или тележки.

3) Рессорное подвешивание состоит из рессор и пружин и служит для погашения ударов и уменьшения их действия на детали вагонов. На тележках современных грузовых вагонов стоят цилиндрические пружины в комплекте с фрикционными гасителями колебаний. Их применяют для предотвращения чрезмерного нарастания амплитуды колебаний рессорного подвешивания путем создания сил трения пропорциональных перемещениям.

4) Тележки служат для обеспечения направления движения вагона по рельсовому пути, распределения и передачи всех нагрузок на путь, восприятия тяговых и тормозных сил, обеспечения необходимой плавности хода.

5) Рама вагона – часть несущей конструкции кузова. Она является одной из основных частей вагона, на которой укрепляется кузов, автосцепное устройство, узлы автоматического и ручного тормозов.

6) Автосцепное устройство служит для сцепления вагонов между собой и с локомотивом, передачи растягивающих и сжимающих усилий. При использовании автосцепного устройства сцепление подвижного состава происходит автоматически без участия сцепщика. Автосцепки сцепляются автоматически при нажатии на вагон локомотива или другого вагона.

7) Кузов вагона служит для перевозки грузов.

Первые грузовые вагоны были универсальными. Для грузов, боящихся атмосферных осадков, предназначались крытые вагоны, для других грузов - платформы. Однако быстро выявились преимущества вагонов, специализированных для перевозки отдельных грузов. Процесс насыщения вагонного парка специализированным подвижным составом продолжается в течение всего периода существования железных дорог. Эта тенденция сохранится и в перспективе. Специализированный вагон позволяет вместить больше груза. Например, для перевозки автомобилей созданы двухъярусные платформы, вмещающие значительно больше автомобилей, чем обычный вагон. Для легких, но объемных грузов созданы вагоны с увеличенным объемом кузовов. Например, объем котла цистерны для перевозки бензина намного больше, чем цистерны для перевозки сырой нефти.
Другое важное преимущество специализированных вагонов - дополнительные удобства для эффективного выполнения погрузки и выгрузки вагонов. Например, саморазгружающиеся вагоны для перевозки угля с открывающимися боковыми стенками кузова позволяют разгрузить 60-70 т угля примерно за 1 мин. Специализированные вагоны обеспечивают большую сохранность грузов. Для ценных хрупких грузов, которые боятся резких ударов, созданы вагоны с мощными амортизирующими устройствами (например, подвижная хребтовая балка), которые гасят удары, неизбежно возникающие при движении поезда и маневровых передвижениях на станциях. Несмотря на дополнительные порожние пробеги специализированных вагонов, эти и ряд других преимуществ обеспечивают их эффективную эксплуатацию.
Для перевозки угля и других сыпучих грузов в 50-х годах прошлого века начали строить полувагоны, представляющие собой платформы с наращенными бортами и торцовыми стенками. Позднее для сыпучих грузов стали использовать вагоны-хопперы с опрокидывающимися кузовами, а также специальные полувагоны, приспособленные для выгрузки на опрокидывающих устройствах. Большое число специализированных вагонов было создано для наливных грузов, поскольку число видов таких грузов постоянно росло. Сначала это была сырая нефть, потом прибавились многочисленные продукты ее переработки, различные химические грузы. В специализированных цистернах перевозится много пищевых продуктов - молоко, живая рыба, растительное масло, спирт. Можно назвать более 100 типов специализированных вагонов. Это, например, крытые вагоны для перевозки живности, полувагоны для горячих окатышей, вагоны для перевозки контейнеров, рефрижераторные (в том числе и вагоны-термосы), вагоны для перевозки сажи, длинномерных рельсов и леса, цистерны для вязких жидкостей с обогревательными устройствами, и т. д.

Еще одно направление совершенствования грузовых вагонов - развитие отдельных элементов его конструкции, которое облегчает выполнение различных операций при следовании вагонов в составе поезда и маневровой работы на станциях, - совершенствование сцепных устройств, тормозов, приспособлений для погрузочно-выгрузочных работ, ходовых частей и кузова. Наиболее важным этапом был переход к автотормозам, автосцепке и роликовым подшипникам.

В настоящее время проводятся испытания по использованию сверх- и ультрапрочных сталей в вагоностроении. Их использование, распространенное в автомобильной промышленности, должно найти место и в железнодорожной. Масса несущих конструкций за счет использования новых материалов может быть уменьшена почти на четверть, что позволит на несколько тонн снизить массу тары вагона.

Уменьшение массы вагонов сулит серьезные выгоды, например повышение грузоподъемности вагонов или удлинение грузовых поездов. [2]