Транспортные системы

Всё об автомобильном, ЖД и авиатранспорте в России

Железнодорожный транспорт

Тяговый подвижной состав

 

Движение поездов на железнодорожном транспорте осуществляется с  помощью тягового подвижного состава. К нему относятся локомотивы  и мотор-вагонный подвижной состав. Последний состоит из моторных и прицепных вагонов.

Локомотивы, у которых преобразование тепловой энергии, получаемой при сжигании топлива, в механическую  производится установкой  с паровым котлом и паровой машиной, называются паровозами.

Локомотивы с поршневыми двигателями внутреннего сгорания (дизелями) называются тепловозами, а с газотурбинными установками – газотурбовозами.

Паровозы, тепловозы и газотурбовозы являются автономными  локомотивами.

clip_image113У локомотивов и мотор-вагонного подвижного состава с  неавтономной тягой (электровозов (рисунок 2.55) и электропоездов) первичная (электрическая) энергия поступает на  локомотив и моторный вагон от внешних источников (от контактных тяговых проводов).

При электрической тяге мощность локомотивов не ограничена первичным двигателем, поэтому электровозы могут иметь большие мощности в сравнении с автономными локомотивами.

Рисунок 2.55 – Один из первых электровозов трехфазного  тока,  создан-

ный в 1892 г.

 

 Коэффициент полезного действия (КПД)  локомотивов, характеризующий степень использования тепла сгорания топлива для получения   полезной   работы  на   электротяге

при  питании  от  тепловых   электростанций,

составляет  25–26 %.  С  учетом  доли  гидро-

электростанций КПД  повышается до 32 %. КПД тепловозов составляет 29–31 %, а паровозов – 5–7 %.

По роду работы локомотивы подразделяются на грузовые  (мощные), пассажирские (скоростные) и маневровые.

На электрифицированных линиях для перевозки пассажиров в пригородном сообщении используются электропоезда, на неэлектрифицированных линиях – дизель-поезда и автомотрисы.

Все эксплуатируемые и строящиеся локомотивы  можно  к л а с с и ф и –

ц и р о в а т ь  по следующим признакам:

-   по роду службы (выполняемой работы) – грузовые (рисунок 2.56), пассажирские (рисунок 2.57) и маневровые (рисунок 2 .58);

-   по числу секций – одно-, двух- (сочлененные) и многосекционные (мотор-вагонные секции);

-   по типу передачи – с электрической, гидравлической, гидромеханической, механической и непосредственной передачами.

clip_image115Электрическая передача применяется в электровозах и в большинстве тепловозов; гидравлическая и гидромеханическая – в тепловозах; механическая – у маломощных тепловозов (мотовозов); непосредственная (кривошипно-шатунная) – у паровозов.

   Рисунок 2.56 Грузовой электровоз ВЛ80

 

 Применение на электровозах    и    тепловозах     тяговых

clip_image117  электродвигателей  дает    воз-можность использовать как индивидуальный, так и групповой привод. При индивидуальном приводе каждая движущая колесная пара соединена со своим тяговым двигателем зубчатой передачей. При групповом приводе движущие колесные пары, размещенные в одной жесткой раме, соединяются между собой промежуточными зубчатыми колесами.   

Рисунок 2.57 – Пассажирский

тепловоз ТЭП75

 

 Расположение колесных пар в экипаже,  род  привода  от  тяговых двигателей к колесным парам и способ передачи тягового усилия  принято выражать осевой характеристикой, в которой цифрами показывается

число колесных пар.

В формуле знак "–" означает, что

обе  тележки  несочленены    не связаны шарнирно, и тяговое усилие от движущих колесных пар  в  автосцепке локомотива передается через раму кузова. Знак "+" указывает, что тележки сочленены, и тяговое усилие передается через раму тележки. Если движущие колесные пары имеют индивидуальный привод,  то  к цифре, показывающей число осей, добавляется индекс "о".clip_image119

 

 

 

 
 

Рисунок 2.58 – Маневровый

тепловоз ТЭМ7

 

  


Электровоз ВЛ23 с характеристикой 3о + 3о представляет собой  локомотив с двумя  сочлененными  трехосными тележками  и  с   индивидуальным  приводом движущих колесных пар.

Тепловоз с осевой характеристикой  2(3о - 3о)    двухсекционный  локо-

мотив, каждая секция которого имеет две  трехосные  несочлененные тележки с индивидуальным приводом движущих колесных пар и может работать самостоятельно. Если же секции не могут  работать  самостоятельно, то осевая характеристика имеет вид 3о - 3о - 3о - 3о.

Под серией понимается локомотив одного и того же типа и  одинаковой конструкции.

     Для электровозов переменного (однофазного) тока установлена следующая  нумерация: четырехосные – от ВЛ40 до ВЛ59 (ВЛ – Владимир Ленин); шестиосные – от ВЛ60 до ВЛ79; восьмиосные – от ВЛ80 до ВЛ99.

     Электровозы постоянного тока  нумеруются: шестиосные – от ВЛ19 до ВЛ39; восьмиосные – от ВЛ8 до ВЛ18;

     Пассажирские электровозы чехословацкого производства на железных дорогах СНГ имеют  серию ЧС. Электровоз ЧС200 обеспечивает скорость 200 км/ч. Новый электровоз ЧС8 может вести поезда из 23 пассажирских вагонов на участке с подъемом 25 о/оо со скоростью 85 км/ч.

     Модернизированные электровозы имеют индекс "м" (ВЛ22м); электровозы с кремниевыми выпрямителями – индекс "к" (ВЛ60к); электровозы с рекуперативным торможением – индекс "р" (ВЛ60р); электровозы с реостатным торможением – индекс "т" (ВЛ80т).

Конструкционная скорость современных электровозов находится в диапазоне 100–220 км/ч. Максимальная скорость для всех электровозов серии ЧС на 20 км/ч меньше конструкционной. Мощность часового режима – от 3150 до 9700 кВт. (Мощность часового режима – это наибольшая развиваемая на валу тягового двигателя мощность, при которой машина может работать в течение часа, начиная от холодного состояния.)

Серии тепловозов с электрической передачей имеют буквенное обозначение ТЭ, а с гидравлической – ТГ. В буквенное обозначение  серий включают знак рода службы локомотива: П – пассажирский (ТЭП60), М – маневровый (ТГМ7). Цифра после букв соответствует нумерации выпуска. Например, тепловозам Коломенского завода присваивается номер от 50 до 99 (ТЭП60), тепловозам Харьковского завода – от 1 до 49 (ТЭ3, ТЭ10),   Луганского (Ворошиловградского) завода – от 100 до 150 (2ТЭ116) (отступление: 2ТЭ10В – Ворошиловград, 2ТЭ10Л – Луганск).

На железных дорогах СНГ эксплуатируются около 20 серий и модификаций электровозов и 25 серий и модификаций тепловозов. Одним из самых мощных является двухсекционный восьмиосный электровоз переменного тока ВЛ80р с плавным (бесступенчатым) регулированием скорости. По аналогичному принципу построен еще более мощный 12-осный электровоз ВЛ85р для работы на линиях, электрифицированных по системе однофазного переменного тока напряжением 25 кВ. Он состоит из двух шестиосных секций. Может водить поезда массой 6000 т и более. Мощность локомотива – 10000 кВт, конструкционная скорость – 110 км/ч.  В числе новых локомотивов грузовой электровоз ВЛ15 для вождения тяжеловесных поездов на линиях с напряжением 3000 В постоянного тока. Его мощность – 9000 кВт, конструкционная скорость – 110 км/ч. Среди тепловозов самый современный – 2ТЭ121 мощностью 5884 кВт с электрической передачей переменно-постоянного тока. Создан тепловоз 4ТЭ10С повышенной мощности для эксплуатации в суровых климатических условиях. Изготовлен тепловоз ТЭ126 для вождения грузовых поездов в условиях умеренного и холодного климата. На  Брянском  машиностроительном заводе (1988) выпущен маневровый  тепловоз  ТЭМ15  с уменьшенным расходом топлива.

Современные электровозы и тепловозы могут совершать пробег между экипировками в зависимости от массы поезда  и  профиля  пути  до 1200 км, а между техническими обслуживаниями – от 1200 до 2000 км.

Силы, действующие на поезд. На движущийся поезд действуют силы, разнообразные по величине, направлению и времени действия. Для удобства расчетов все внешние силы, оказывающие влияние на дви­жение поезда, объединяют в три группы и обозначают: F сила тяги; W силы сопротивления движе­нию; В – тормозные силы.

В тяговых расчетах пользуются либо полным значением этих сил, выраженным в кгс, либо их удель­ным значением, отнесенным к едини­це массы поезда (f, w, b).

Сила тяги создается двигателем локомотива во взаимодействии с рельсами, приложена к движущим колесам и всегда направлена в сторону движения поезда. Ее значе­ние регулируется в широких преде­лах машинистом, ведущим поезд.

Вращающий момент М двигателя (рисунок 2.59) создает пару сил F и f1, действующих на плече R, равном радиусу колеса по кругу катания. Эти силы стремятся вращать колесо вокруг его оси. Для получения пос­тупательного движения нужна внеш­няя сила, приложенная к движущим колёсам. Такой силой является гори­зонтальная реакция рельса f3, выз­ванная действием силы f1. Численно силы f2 и f1 между собой равны и направлены в противоположные стороны.

clip_image121 

 
 

Рисунок 2.59    Схема

образования силы тяги

 

 

 

 

 


Таким образом, сила реакции рельса f2 уравновесила силу f1 и тем самым освободила силу F для осуществления  поступательного движения локомотива. На практике силой  тяги локомотива принято   назы­вать  горизонтальную  реакцию  f2,

приложенную от рельсов к ободу движущих колес и направленную в сторону движения. Поскольку эта сила направлена по касательной к окружности колеса, она получила название касательной силы тяги. Для локомотива в целом касатель­ная сила тяги определяется как сум­ма касательных сил,  при-

ложенных ко всем движущим колесам локомо­тива, и обозначается fк.

С увеличением вращающего мо­мента, приложенного к колесам локо­мотива, возрастает и сила тяги, од­нако лишь до тех пор, пока она не достигнет предельной силы сцепле­ния колес с рельсами. При даль­нейшем увеличении вращающего мо­мента сцепление между колесами и рельсами нарушается и колеса на­чинают буксовать. Сила сцепления зависит от коэффициента сцепления Ψк и сцепной массы локомотива Рсц, т. е. от массы, приходящейся на движущие колесные пары. Наи­большая сила тяги локомотива, ко­торая может быть реализована по условиям сцепления колес с рельса­ми, составляет fк≤1000Ψк Рсц.

Коэффициент сцепления Ψк зависит от многих факторов, из кото­рых наиболее существенными явля­ются: род двигателя локомотива, скорость движения, состояние по­верхностей колес и рельсов, метеоро­логические условия. Применение пес­ка позволяет существенно увеличить коэффициент сцепления, а соответ­ственно и силу тяги локомотива. Расчетные значения коэффициента сцепления устанавливаются ПТР в зависимости от типа локомотива и скорости движения.

Значения силы тяги при различ­ных скоростях движения определяют по тяговым характеристикам локомо­тивов, которые составляют на основе данных, получаемых при тяговых ис­пытаниях. Эти характеристики изо­бражаются в виде диаграмм, опре­деляющих зависимость силы тяги fк от скорости движения v при различных режимах работы двига­телей. На эти диаграммы наносятся указанное ограничение силы тяги по сцеплению, а также другие огра­ничения силы тяги, связанные с осо­бенностями локомотивов.