Принцип работы электровоза: как выглядит и устроен локомотив и ТЭД

Что такое локомотив

Локомотив является движущей силой подвижного состава на железных дорогах. Именно благодаря тяге локомотивов движется любой поезд (кроме электро- и дизель-поездов).

Локомотивы делятся на разные виды, это паровозы, тепловозы и электровозы, а также по виду обслуживания: пассажирские, грузовые и маневровые.

Паровозы это отдельная тема и мы обязательно поговорим с вами об этих несомненно легендарных ретро локомотивах которые внесли большой вклад в развитие железных дорог, но в принципе это локомотив который движется благодаря силе пара который двигает поршни в цилиндрах и через кривошипно-шатунный механизм хорошо крутить колеса, тогда все понятно.

Магистральные тепловозы

Тепловоз — самоходное железнодорожное транспортное средство, силовая установка которого включает поршневой двигатель внутреннего сгорания, называемый дизелем.

Силовое оборудование локомотива состоит из непосредственно дизеля и приводимого им в движение тягового генератора, с помощью которого механическая энергия, вырабатываемая двигателем, преобразуется в электрическую энергию, необходимую для работы тяговых двигателей. В свою очередь, тяговые двигатели преобразуют электрическую энергию, полученную от генератора, в механическую энергию, за счет которой приводятся в движение колесные пары тележек локомотивов.

Помимо тягового двигателя, электрооборудование локомотива содержит вспомогательные электроустановки, предназначенные для автоматического управления системой защиты от критических режимов работы, а также для регулировки рулевых органов. Все тепловозы оборудованы системами световой сигнализации и внутреннего освещения, наружными отражателями.

Главный локомотив

Дизельный двигатель тепловоза запускается с помощью аккумуляторной системы, которая также выполняет функцию питания систем освещения при неработающем дизеле.

Электрооборудование тепловоза представляет собой единую электрическую систему, элементы которой связаны между собой посредством кабелей и проводов.

Для охлаждения электрооборудования в локомотиве установлены вентиляторы, являющиеся составной частью электрических машин, а также автономные вентиляционные устройства.

Магистральные электровозы

Электровоз — самоходное железнодорожное транспортное средство, в силовую установку которого входят тяговые электродвигатели большой мощности, электроснабжение которых осуществляется от главной контактной сети через токоприемник, расположенный на крыше кузова.

Основная сеть контактов передает электрическую энергию, вырабатываемую тяговой подстанцией. В зависимости от типа установленного электрооборудования электровоз питается постоянным, переменным или двухсторонним током. Изредка на железной дороге можно встретить локомотив, называемый контактным аккумуляторным электровозом, который питается от собственных аккумуляторов.

Помимо системы электрооборудования, в конструкцию электровозов входят системы сложных механических и пневматических частей управления.

Главный электровоз

В электрическую систему электровоза входят тяговые двигатели постоянного или переменного тока, вспомогательные устройства, влияющие на процесс пуска тяговых двигателей, аппаратура, регулирующая режимы движения, а также многочисленные автоматические выключатели, реализующие функцию электрической защиты от перегрузок, токи короткого замыкания и другие аварийные ситуации.

Управление и регулировка движения электровоза осуществляется дистанционно, через систему косвенного управления, расположенную в кабине машиниста.

Механическая система тепловоза включает кузов и тележку с подвижной частью. Конструкция тележки представляет собой раму с закрепленными на ней колесными парами, буксами, подвесками электродвигателей, тяговой передачей, рычажно-тормозной передачей и рессорами.

Вращение колесных пар осуществляется посредством валов тяговых двигателей, соединенных с их валами посредством зубчатой ​​передачи редукторов. Колесные пары относятся к движущейся механической части локомотива.

Железнодорожный транспорт является государственным стратегическим объектом особого значения. С использованием железнодорожного транспорта осуществляются отраслевые и межгосударственные сообщения, определяющие экономический уровень страны. Постоянно растущий спрос на грузовые и пассажирские перевозки способствует развитию железнодорожной инфраструктуры и модернизации подвижного состава.

Что такое тепловоз?

Тепловоз — это тепловоз с установленным двигателем внутреннего сгорания (дизелем), он подвижен и не требует для своей работы посторонних устройств и сооружений, таких как контактная сеть, как у электровоза. Силовой установкой во всех тепловозах являются дизели, мощность которых зависит от назначения тепловоза.

В зависимости от вида обслуживания они делятся на грузовые, пассажирские и маневренные. Но для движения дизеля, естественно, мало, для передачи его мощности на колесные пары используются следующие принципиальные схемы: электрическая и гидравлическая. В электротрансмиссии используется генератор электрического тока, вращаемый дизелем, а вырабатываемый ток питает тяговые двигатели; В гидротрансмиссии рабочим телом, передающим вращение на колесные пары, является жидкость (масло). В гидромуфтах и ​​гидротрансформаторах давление масла, создаваемое насосным колесом, вращающим дизельный двигатель, воздействует на турбинное колесо через которые крутящий момент передается посредством карданных валов на коробки передач, в которых установлены паровозные валы, но все это, конечно, очень упрощенно, в общем плане. О работе гидротрансмиссии поговорим чуть позже .

Общая характеристика

Дизель локомотива преобразует энергию сгорания жидкого топлива в механическую работу вращения коленчатого вала, от которого через тяговую передачу получают вращение ведущие колеса. К основным узлам тепловоза относятся: шасси, кузов тепловоза. Вспомогательные агрегаты: система охлаждения, система подачи воздуха, воздушная (тормозная) система, песочная система, система пожаротушения и др

Общий принцип работы и конструкция

Компоновочная схема советского экспортного тепловоза ТЭ109 с электротрансмиссией переменного тока
на схеме отмечены:

1 — дизель	2 — холодильник	3 — камера высокого напряжения	4 — установка выпрямителя
5 — приводной двигатель	6 — тяговый генератор	7 — стартер-генератор	8 — глушитель
9 — бак для воды	10 — передняя кабина водителя	11 — задняя кабина водителя	12 — батарея
13 — топливный бак	14 — воздушный бак	15 — автомобиль	16 — топливный насос
17 — бункер песочницы	18 — колесная пара	19 — подметальная машина	20 — тампоны

Зависимость тягового усилия от скорости движения является основной характеристикой тепловоза и называется тяговой характеристикой. Для случая максимального использования мощности локомотива график такой характеристики представляет собой гиперболу, в каждой точке которой произведение силы тяги на скорость локомотива равно его максимальной мощности.

При движении механическая энергия в дизельной оси, как правило, сначала преобразуется в электрическую (тепловоз с силовой передачей) или другую энергию, а затем в механическую энергию, которая и вращает колеса. Назначение такой трансмиссии — обеспечить близкий к оптимальному режим работы дизеля в различных точках графика тяговой характеристики тепловоза.

Устройство тепловоза

Все тепловозы имеют раму, на которую устанавливается дизель, независимо от типа трансмиссии, на раму устанавливается кузов тепловоза и все необходимые агрегаты. Кузов локомотива опирается на шкворни на рамах тележек, которые могут поворачиваться в любую сторону в зависимости от профиля пути. Тележки также имеют салазки с обеих сторон, которые также поддерживаются рамой локомотива.

На рамах тележек установлены тяговые двигатели с электропередачей или тяговые редукторы с гидропередачей, концы осей колесных пар размещены в буксах, корпуса которых, в свою очередь, расположены на жестких направляющих, т.е называемые «челюстями» (тележки челюстного типа) или специальными ремнями, соединенными с рамой (бесчелюстной тип).

Таким образом, через рамы тележек тяговые усилия передаются на раму локомотива, на которой установлены автосцепки, соединенные с автосцепками вагонов, и вуаля, поехали. Принципиально такое же устройство имеют тележки электровозов.

Электрическая передача

Этот тип передачи является наиболее часто используемым. Тепловоз с такой трансмиссией соединяется с валом электрогенератора при помощи пластинчатой ​​муфты; эта система называется дизель-генераторной установкой (ДГУ). Электрические передачи могут работать как на постоянном, так и на переменном токе и даже на переменно-постоянном токе.

При постоянном токе и тяговый генератор, и тяговые двигатели соответственно работают с постоянным током. Такая трансмиссия наиболее проста, параметры тяговых двигателей хорошо регламентированы, однако и двигатели, и генератор постоянного тока имеют щеточно-коллекторный аппарат, содержащий элементы, трущиеся друг о друга, что значительно снижает их надежность, увеличивает трудоемкость при изготовлении и обслуживании, для этого типа электрических машин больших габаритов и веса. Однако большинство тепловозов работают на электроприводе.

Передача переменно-постоянного тока

В тепловозах с этим типом трансмиссии тяговый генератор вырабатывает переменный ток, а тяговые двигатели работают уже на постоянном токе. Понятно, что переменный ток не подходит для питания ТЭД постоянного тока, и между двигателем и генератором должен быть какой-то преобразователь; в нашем случае это выпрямительный блок (ВУ). Генератор меньше по размерам и вес меньше, а трущихся частей как у щелочного коллектора нет. Следовательно, узел более надежен и требует меньше рабочей силы при производстве и обслуживании. Однако введение третьего узла — ВУ — несколько снижает положительные качества такой системы, и КПД тепловозов с такой трансмиссией меньше, чем у постоянных.

Передача переменного тока

В настоящее время он получает все большее развитие. В этой трансмиссии и тяговый генератор, и тяговые двигатели питаются от переменного тока. Следовательно, здесь нет щелочных коллекторных аппаратов, такие электроустановки очень надежны. Почему раньше не использовалась такая выгодная схема? — Дело в том, что частота вращения и крутящий момент ТЭД переменного тока регулируются изменением частоты тока и напряжения, что является достаточно сложной задачей. Эта проблема решается с помощью преобразователя частоты, который подключается между двигателями и генератором. Тепловозы с такой трансмиссией уже поступают на железные дороги нашей страны, особенно эффективны в локомотивах большой вместимости.

Принцип работы генератора

Двигаться дальше. Здесь наш условный дизель начинает вращать главный генератор (ГГ) постоянного тока, так что вырабатываемый им ток поступает на питание тяговых электродвигателей. Совершим небольшую прогулку по славному миру электротехники, где нам давно известно, что при движении проводника в магнитном поле в этом проводнике возникает электрический ток. Это генератор. Если мы возьмем и пропустим по этому проводнику ток, мы уже получим электродвигатель. Потому что вокруг любого проводника с током образуется магнитное поле. Здесь мы ненадолго останавливаемся. Принципы понятны. Магнитное поле в генераторе создает ток, протекающий по обмотке возбуждения, расположенной вокруг корпуса генератора (статора.

ЭДС и противоЭДС

Теперь главное, что в электродвигателях ток течет и по обмотке якоря, поэтому возбуждающие магнитные поля и обмотки якоря взаимодействуют друг с другом, что приводит к вращению якоря. В генераторах ток не проходит через якорь, который вращается от коленчатого вала дизеля, но в его обмотках под действием магнитных полей возбуждения возникает электрический ток, питающий тяговые двигатели. И чем быстрее вращается якорь, тем большее напряжение мы получаем на выходе. Но есть серьезная и очень серьезная сила: электродвижущая сила (ЭДС), возникающая при подключении нагрузки (подключение цепей ТЭД) при вращении якоря, и физически направленная против направления вращения якоря, в электротехнике это называется «обратная ЭДС». То есть эта сила, можно сказать, всячески сопротивляется вращению, она увеличивается с увеличением электрического заряда. Это главное, что дизель преодолевает на полной мощности, поэтому дизельные дизеля не все слабые, иначе он не будет крутить вал генератора под нагрузкой. Именно противоЭДС используется в тяговых двигателях тепловоза и электровоза, когда они переводятся в генераторный режим (ток по обмоткам якоря не течет), это называется динамическим (регенеративным) торможением, когда скорость поезда снижается только за счет электродвигатели, без применения автоматических тормозов, и надо сказать, очень хорошо тормозит и поддерживает нужную скорость, особенно на затяжных спусках, я всегда использовал этот тип торможения, когда у меня была возможность, иначе он не будет вращать вал генератора под нагрузкой. Именно противо-ЭДС используется в тяговых двигателях тепловоза и электровоза, когда они переводятся в генераторный режим (ток по обмоткам якоря не течет), это называется динамическим (рекуперативным) торможением, когда скорость поезда снижается за счет электрического только моторы, без использования автоматических тормозов, и надо сказать, очень хорошо тормозит и поддерживает нужную скорость, особенно на длинных спусках, я всегда использовал этот тип торможения, когда у меня была возможность иначе, не будет вращать вал генератора под нагрузкой. Это противо-ЭДС, используемая в тяговых двигателях тепловозов и электровозов.

Управление дизелем

Все управление дизелем, приборами, машинами и агрегатами осуществляется с пульта управления из кабины машиниста. Управление осуществляется электрически с помощью электромагнитных контакторов и электрических реле в цепях управления и электропневматических контакторов в силовых цепях. Контроллер машиниста имеет 15 (в некоторых тепловозах 8) положений и представляет собой электрическое устройство с контактами, замыкание и размыкание которых приводят к различным действиям в цепях управления, так что коммутация (монтаж-демонтаж) различных комбинаций цепей выпускаются, каждая из которых соответствует определенному режиму работы силовых агрегатов тепловоза. Контроллер можно поворачивать ручкой или маховиком, в современных тепловозах с маленькой ручкой или джойстиком все зависит от конструкции, все положения регулятора фиксированы. В тепловозах нет дроссельной заслонки, как в автомобилях, а обороты дизеля регулируются специальным устройством — регулятором скорости (РФО), также регулятором скорости (РПЧ), но смысл тот же. Это устройство закреплено на корпусе дизеля и соединено с коленчатым валом дизеля. Управляется контроллером драйвера РФО с помощью специальных электромагнитов (МР), их всего пять, через металлическую пластину а обороты дизеля регулируются специальным устройством — регулятором скорости (РФО), тоже регулятором скорости (РПЧ), но смысл тот же. Это устройство закреплено на корпусе дизеля и соединено с коленчатым валом дизеля. Управляется контроллером драйвера РФО с помощью специальных электромагнитов (МР), их всего пять, через металлическую пластину а обороты дизеля регулируются специальным устройством — регулятором скорости (РФО), тоже регулятором скорости (РПЧ), но смысл тот же. Это устройство закреплено на корпусе дизеля и соединено с коленчатым валом дизеля. Управляется контроллером драйвера РФО с помощью специальных электромагнитов (МР), их всего пять, через металлическую пластину.

Регулятор частоты вращения коленчатого вала

В этом регуляторе с помощью специальных гидравлических устройств (золотника, гидроусилителя, специальной буксы) рейки ТНВД (ТНВД) перемещаются к парам плунжеров, само движение осуществляется серводвигателем, в результате чего увеличивается или уменьшается подача топлива.

Постоянство оборотов поддерживается системой, использующей принцип центробежной силы: пара грузов и пружина, перемещающая шпулю. Все современные тепловозы оснащены регуляторами, сочетающими в себе различные устройства и автоматического управления нагрузкой дизеля и автоматической регулировки подачи топлива в соответствии с давлением наддувочного воздуха и устройствами ограничения мощности дизель-генератора.

Зачем ограничивать мощность дизельного генератора?

Выше я писал о вредной противо-ЭДС, возникающей в основном генераторе, которую силовая установка мужественно преодолевает, и это главное: мощность дизеля всегда должна соответствовать нагрузке, создаваемой потребителем электроэнергии, а в нашем случае нагрузкой для него является главный генератор, а для него электродвигатели колесных пар (Вот собственно электрическая схема передачи). Только регулировка мощности производится уменьшением или увеличением подачи топлива в цилиндры в соответствии с изменением нагрузки генератора.

Почему бы не обеспечить постоянную подачу топлива?

Если это произойдет, то при изменении нагрузки на ТЭД (например, поезд пойдет в гору или под гору) изменится и скорость оси дизеля, что может иметь неприятные последствия. Когда в дизель стабильно подается объем топлива, то энергия его сгорания остается постоянной, а вместе с ней и вырабатываемая мощность, однако, если нагрузка на генератор вдруг уменьшится (поезд пошел под гору), то есть , противоЭДС уменьшится, но топливо продолжает поступать в том же объеме… И теперь мы получаем «избыточную» мощность, которая направляется на коленчатый вал, теперь уже не нагруженный противоЭДС, и в В конце концов, дизель может «дичать» — вещь крайне неприятная (разлетаться во все стороны). При увеличении нагрузки и постоянной подаче топлива мощности дизеля просто не хватит для продолжения стабильной работы, частота вращения вала будет снижаться, в итоге дизель не сможет преодолеть нагрузку основного генератора и остановится, на профессиональном языке: генератор «задавит» дизель. Чтобы избежать всех этих проблем, необходимо каждый раз менять подачу топлива и настраивать ее в соответствии с изменившейся нагрузкой, и все это без изменения положения регулятора.

Эту непростую задачу на дороге решают наши автоматические регуляторы скорости вращения дизелей вместе с очень сложной системой автоматического управления электротрансмиссией тепловоза. Он регулирует через множество систем, устройств, агрегатов нагрузку главного генератора и, в конечном счете, подачу топлива. Эту систему я описал отдельно, но она включает в себя: самовозбуждающийся магнитный усилитель: усилитель с несколькими обмотками, синхронный вспомогательный возбудитель, трансформаторы постоянного тока (ТПТ) и трансформаторы постоянного напряжения (ТПН), тахогенератор, регулятор напряжения, блок селективный и т.д.навалом, но не так страшно, если разобраться, вся работа системы основана на принципах электромагнитной индукции. Как результат.

Энергетическая установка

Силовая установка тепловоза дизельная, преобразующая химическую энергию топлива в механическую энергию вращения коленчатого вала.

Дизельный двигатель состоит из неподвижного блока цилиндров, который вместе с картером и картером составляет единую конструкцию, называемую скелетом. Верхняя часть цилиндра закрыта крышкой. Крышка содержит впускной и выпускной клапаны и штуцер для подачи дизельного топлива. Подвижные части дизеля: поршень, шатун, коленчатый вал и вал объединены при помощи подшипников и образуют коленчатый механизм. При работе дизеля поршень совершает возвратно-поступательные движения вдоль оси цилиндра, которые с помощью кривошипно-шатунного механизма преобразуются во вращательное движение коленчатого вала.

Принцип работы дизельного двигателя следующий.

При сгорании топлива в объеме сжатого воздуха между стенками цилиндра и днищем поршня образуются газы — продукты сгорания.

В результате резко возрастает давление в цилиндре, что вызывает движение поршня.

Таким образом, тепловая энергия продуктов сгорания преобразуется в механическую энергию движения поршня.

После расширения выхлопные газы выходят из цилиндра через выпускной клапан.

Виды передач

Основная трудность при попытке подключить дизельную ось непосредственно к колесным парам заключается в разгоне тепловоза и запуске дизеля. Была предпринята попытка использовать для этого сжатый воздух (т.е дизель при запуске работал как пневмодвигатель), но запасов сжатого воздуха в цилиндрах не хватало для нормального разгона локомотива.

Механическая передача

Механическая трансмиссия включает фрикцион и реверс-редуктор; он легкий и очень экономичный, но при переключении передач неизбежно возникают рывки. На практике применяется в маломощных локомотивах (парововозах), дизель-поездах, дрезинах и дрезинах.

Электрическая передача

Электрическая трансмиссия, в которой вал дизеля вращает якорь тягового генератора, питающего тяговые двигатели (ТЭД), стала более эффективной. В свою очередь, вращательное движение якоря ТЭД передается на колесную пару с помощью осевого редуктора. Редуктор представляет собой соединенную звездочку, расположенную на якоре ТЭД и оси колесной пары. В случае электрической трансмиссии сохраняется гиперболическая тяговая характеристика, где увеличение сопротивления движению вызывает увеличение тягового усилия, а уменьшение — ускорение локомотива. Силовая передача позволяет соединять различные секции локомотива и управлять ими в многоблочной системе из одной кабины. Его недостатком является большая масса и относительно высокая стоимость необходимого оборудования. В случае электропередачи возможно применение электродинамического торможения, суть которого заключается в использовании ТЭД в качестве генераторов, за счет сопротивления вращению вала якоря, от которого тормозится локомотив (вырабатываемая электроэнергия гасится в тормозные резисторы). По сравнению с пневматическими тормозами электродинамическое торможение более эффективно, меньше изнашиваются тормозные колодки и снижается риск пробуксовки колес за счет сопротивления вращению вала якоря, от которого тормозится локомотив (вырабатываемое электричество гасится в тормозных резисторах). По сравнению с пневматическими тормозами электродинамическое торможение более эффективно, меньше изнашиваются тормозные колодки и снижается риск пробуксовки колес за счет сопротивления вращению вала якоря, от которого тормозится локомотив (вырабатываемое электричество гасится в тормозных резисторах). По сравнению с пневматическими тормозами электродинамическое торможение более эффективно, меньше изнашиваются тормозные колодки и снижается риск пробуксовки колес.

Первоначально тепловозы использовали трансмиссию постоянного тока, но позже (в СССР это был конец 1960-х годов) трансмиссия постепенно была переведена на переменный ток. Первоначально генератор стал работать на переменном токе, после чего ток еще выпрямлялся с помощью выпрямительного блока, затем подавался на ТЭД от постоянного тока. В СССР первыми серийными тепловозами с трансмиссией переменного тока были экспортные пассажирские и грузовые ТЭ109, пассажирские ТЭП70 и грузовые 2ТЭ116.

Компания Brush Traction построила первый в мире асинхронный тепловоз переменного тока ТЭМ, а первым отечественным опытом использования асинхронного переменного тока ТЭМ стал экспериментальный тепловоз ВМЭ1А. Особенностью использования асинхронных ТЭД является необходимость управления частотой их вращения для получения требуемых характеристик. В 1975 году в СССР на базе тепловоза ТЭ109 был построен опытный тепловоз ТЭ120 с электротрансмиссией переменного тока, где и генератор, и ТЭД использовали переменный ток. Современный отечественный маневровый тепловоз ТЭМ21 оснащен электроприводом переменного тока.

Использование генераторов переменного тока и ТЭД позволяет увеличить их мощность, а также снизить массу, повысить эксплуатационную надежность и упростить техническое обслуживание. Применение асинхронных тяговых двигателей, ставшее возможным после появления полупроводниковых тиристоров, значительно снижает возможность задымления локомотива, позволяя уменьшить массу локомотива при сохранении его тяговых свойств. Даже в случае использования промежуточного выпрямительного блока применение генератора переменного тока и асинхронных ТЭД экономически оправдано. Трансмиссии постоянного тока относительно просты по конструкции и с тех пор продолжают использоваться в тепловозах мощностью до 2000 л.с.

Гидравлическая передача

В гидравлической трансмиссии механическая мощность от дизельного моста передается на колесную пару с помощью гидравлического оборудования (гидромуфты и преобразователи крутящего момента). В общем, гидравлическое оборудование представляет собой комбинацию насосного колеса, соединенного с валом двигателя, и турбинного колеса, соединенного с валом колесной пары. Насосное колесо и турбина расположены на небольшом расстоянии друг от друга, а пространство между ними заполнено жидкостью (маслом), которая передает энергию вращения от насосного колеса на турбинное колесо. Регулировка передаваемого крутящего момента осуществляется изменением количества рабочей жидкости (масла) на лопатках насоса и турбинных колесах. Гидравлическая трансмиссия легче электрической, не требует расхода цветных металлов, но имеет меньший КПД).

Предпринимались также попытки создания тепловоза с воздушно-газовой трансмиссией, но они были признаны неудачными.

Пульт маневрового инженера ЧМЭ3

Модель десятицилиндрового дизеля 2Д100, используемого в тепловозах ТЭ3

Тепловоз 2ТЭ116

тепловоз ТЭМ2У.

Как расшифровать названия моделей?

Но как расшифровать, что написано на табличках тепловозов?

Очень простой:

• Локомотив т,
• Электронная трансмиссия,
• Пассажир P или несколько маневров M.

Например: тепловоз ТЭП с электропассажирской трансмиссией или тепловоз ТЭМ с маневровой электротрансмиссией. И конечно: тепловоз ТГ с гидравлической трансмиссией.

Если впереди числа, например, локомотив 2ТЭ10 с электротрансмиссией 10 модели двухсекционный /2/, а иногда бывает 3 трехсекционный и 4 четырехсекционный. Мне это нравится.

Где производят тепловозы?

В настоящее время тепловозы производятся в
Коломенский тепловозостроительный завод /основной пассажирский и часть грузовых с электроприводом/,
Людиновский тепловозостроительный завод /Магистральные и маневровые тепловозы с гидропередачей, а также маневровые тепловозы с электротрансмиссией/. В советское время основное производство магистральных тепловозов было сосредоточено на Ворошиловградском / Луганском / Тепловозостроительном заводе им. Октябрьская революция /Украина/, и конечно понятно, что ее больше нет. Стрелочные тепловозы с электротрансмиссией выпускал Брянский машиностроительный завод. Братская Чехословакия тоже очень помогла: ЧМЭ3 /чехословацкие маневровые тепловозы с электротрансмиссией/ мощностью 900 л.с. Эти работяги до сих пор усердно трудятся на маневровых работах. Некоторые тепловозы производились и производятся Камбарским машиностроительным заводом, но только узкой колеи /750мм/. Муромский завод выпускал промышленные тепловозы с гидравлической передачей малой мощности. Ну вот и все о тепловозах в двух словах.

Что такое электровоз и как он работает

Электровоз — очень мощная машина, и эту мощность можно значительно увеличить, чего нельзя сказать о тепловозе. Почти все железные дороги в нашей стране уже электрифицированы, поэтому электровоз является основным в семействе локомотивов. Итак, электровоз — это локомотив, который работает на основе электрического тока, получая его от контактной сети, по контактному проводу, поэтому требует для своей работы большой инфраструктуры: контактной сети, тяговых подстанций и т д., но хорошо выигрывает в мощность, скорость и экономичнее в эксплуатации. На наших железных дорогах для привода электровозов используются две системы тока: постоянного и переменного.

Исходя из этого, на железных дорогах эксплуатируются электровозы двух видов тока: постоянного и переменного, также есть представители, сочетающие в своей конструкции обе системы, так называемые двухмощные электровозы, о них я расскажу ниже. Давайте рассмотрим, что общего в конструкциях электровозов.

Тяговые электродвигатели

Освежим в памяти основы электротехники. Если мы поместим проводник (рамку) в магнитное поле и начнем его вращать, то в этой самой рамке появится электрический ток, благодаря которому мы получим генератор. А если через эту рамку пропустить ток, то получится электродвигатель. Из законов физики известно, что вокруг проводника с током создается магнитное поле; теперь эти два магнитных потока складываются и вращают токоведущую рамку. Это принцип работы всех электродвигателей.

Более подробно это выглядит так: все электровозные тяговые электродвигатели (ТЭД) являются сложными электрическими машинами, наша промышленность просто не может поставить все электрические машины с постоянными магнитами, поэтому магнитный поток, необходимый для вращения якоря, создается на проводниках за счет пропуская через них электрический ток, это называется — обмоткой возбуждения и располагается на остове электродвигателя по всей его окружности. Эта обмотка включает основные полюса, дополнительные полюса и компенсационную обмотку. Якорь тягового двигателя состоит из сердечника, коллектора и обмотки, вставленной в пазы сердечника. Величина тока в обмотке возбуждения и в обмотке якоря регулируется соответственно

Различают режим динамического и рекуперативного торможения, то есть ток якоря тягового двигателя (ТЭД) отключается, и якорь вращается в магнитном поле обмотки возбуждения, а это генератор. В генераторах есть сила называемая ЭДС, эта сила всегда направлена ​​против вращения якоря и достаточно велика. Поэтому в режиме реостатного или рекуперативного торможения электровоз тормозит всеми своими ТЭДами, без применения автоматических тормозов, что очень эффективно на длинных спусках и обеспечивает исправное функционирование грузовых и пассажирских поездов. На этих ТЭД работают все системы электровоза.

Почти все электровозы в двухтактных системах используют тяговые двигатели постоянного тока. Это коллекторные двигатели со щеточным аппаратом, через который подается ток на якорь двигателя. Велись активные разработки по применению в электровозах асинхронных тяговых двигателей переменного тока, что позволило бы значительно удешевить локомотив и уменьшить его массу, но возникли трудности с системами управления этими двигателями. Сегодня эта проблема решена и в эксплуатации находится парк электровозов с асинхронными ТЭДами.

Тележки

Так, в электровозах распространены тяговые двигатели постоянного тока, которые устанавливаются в тележках. Каретка представляет собой рамную конструкцию, на раме которой смонтированы ТЭД. Существует два типа подвески ТЭД: осевая и рамно-опорная.

В первом случае ось колесной пары закрепляется в пазах двигателя и закрывается смазочно-содержащими чехлами — оплетками из специального маслосмазываемого материала (полстера). Вся эта конструкция называется моторно-осевой подшипник. В торцы оси колесной пары (с одной или обеих сторон) запрессованы ведущие шестерни, которые сопрягаются с шестернями, расположенными на якоре двигателя. Этот тяговый редуктор закрыт кожухом. Другой конец тягового двигателя закреплен на балке рамы тележки.

Во втором случае ТЭД крепится к раме тележки, а ось колесной пары с запрессованной ведущей шестерней фиксируется с шестерней ТЭД в специальном редукторе, эта схема не требует установки подшипников мотоосевого и постоянный контроль уровня смазки в них.

Как тяга передается от колесных пар к сцепным устройствам?

На концах осей колесных пар расположены буксы. На всех современных электровозах используются бесбуксовые буксы (двигатели). Ведь крутящий момент и тяговое усилие ТЭД, а соответственно и крутящий момент колеса, должны передаваться на раму электровоза, а через нее на весь поезд. Поэтому у автомобилей есть так называемые приливы, именно к этим приливам через резиновые и металлические хомуты крепятся буксы. Сами тележки закреплены на цапфах на раме кузова и могут свободно перемещаться в соответствии с профилем пути. Поэтому все необходимые тяговые усилия передаются на раму кузова, на которой с обеих сторон установлены автосцепки!

Каретки оснащены гидравлическими гасителями колебаний, рессорами и рессорами. Тележки могут быть трех-, двух- и даже четырехосными, но в настоящее время все отечественные электровозы имеют двухосные тележки и в зависимости от конструкции электровоз может иметь две или три двухосные тележки (ВЛ85, ВЛ65, ЭП1).

Оборудование электровоза

Электровозы обеих систем имеют, как правило, унифицированный кузов, в котором размещается все оборудование. Электровозы пассажирские имеют свои особенности по конструкции кузова.

Токоприемник

Пантографы располагаются на крышах электровозов — это трубчатая конструкция, поверх которой закрепляется полоз токоприемника, через каретку на полозья устанавливаются углеродные или углекерамические вставки, которые скользят по контактному проводу, пропуская ток к пантографу, а затем к силовым цепям.

Вместо карбоновых вставок можно использовать другие материалы. В токоприемниках электровозов постоянного тока, как правило, для улучшения токосъема устанавливают два полоза. Пантограф поднимается при подаче воздуха из контуров управления в пневмоцилиндр, преодолевая усилие возвратных пружин. При опускании пантографа воздух в цилиндре выходит в атмосферу и возвратные пружины опускают пантограф на крышу. Неисправный пантограф можно отключить от цепи питания с помощью ручного разъединителя.

Вспомогательные машины

Следует отметить, что воздух для любого электровоза является очень важным элементом в его работе. Без воздуха невозможен подъем токоприемника, невозможно подключение силовых контактов и т д. Все электровозы имеют вспомогательные компрессоры, способные накачать давление в контурах управления до значения, необходимого для подъема токоприемника.

Электровозы двухтоковых систем имеют электровентиляторы для охлаждения ТЭД и других устройств, мотор-компрессоры для подачи воздуха в основные баки локомотива, а оттуда во все электровозные системы и автоматические тормоза поездов.

Все электровозы управляются с помощью контроллеров (различной конструкции) из кабины машиниста и оснащены всем необходимым оборудованием для движения поезда (прожекторы, машинистские краны — зав.№395 и зав.№254, КВ и УКВ радиостанции станции, буферные фонари, туалеты и др.). На крышах электровозов, помимо упомянутых выше токоприемников, располагаются жалюзи вентиляторов, антенны, изоляторы, шунты, токопроводящие шины и другое оборудование. Пассажирские электровозы оборудованы системами обогрева пассажирских вагонов (3000 В).

Варианты исполнения электровозов

Электровозы пассажирские выпускаются в односекционном исполнении и имеют обозначение ЭП-электропассажирский локомотив, также выпускаются и активно эксплуатируются на дорожной сети двухмоторные электровозы и имеют обозначение ЭП20, их можно посмотреть на Московской железной дороге станции

Грузовые электровозы выпускаются в многосекционном (2-секционном и 3-секционном) исполнении, они также могут работать в многозвенной системе, то есть когда два двухсекционных электровоза объединяются и становятся одним полноразмерным локомотивом, четыре секции.

Таким локомотивом управляет локомотивная бригада из кабины. Многосекционные электровозы имеют современное обозначение 2ЭС5К или 3ЭС5К, означающее двух- или трехсекционный электровоз системы переменного тока 5К, электровозы постоянного тока также имеют разные номера.

Где производят электровозы?

Раньше все электровозы имели обозначение ВЛ — Владимир Ленин. Но эпоха социализма закончилась, и система обозначения электровозов изменилась. На данный момент электровозы производит Новочеркасский электровозостроительный завод /НЭВЗ/, с небольшой помощью Коломенского тепловозостроительного завода.

Раньше Тбилисский электровозостроительный завод также выпускал электровозы, но по известным причинам канул в лету. НЭВЗ также выпускает так называемые тяговые агрегаты, сочетание электровоза и тепловоза, эти агрегаты работают в шахтах и ​​угольных шахтах, в системе РЖД не эксплуатируются.

Ну вот и все на сегодня. В дальнейшем мы поговорим о том, как вообще работают железные дороги и люди на них, затронем многие технические темы, например, почему на паровозе нет маховика и как он крутится, и многое другое.