Информационно-образовательная среда

ПМ.01 МДК 01.02

 «Техническая эксплуатация электропоездов»

для студентов специальности 23.02.06 «Техническая эксплуатация подвижного состава железных дорог»

группы Т-33

Добрый день!

1. Изучите предоставленный Вам материал.

Используемая литература:

 Электропоезд ЭД9М модель 62 - 305. Руководство по эксплуатации 305.00.00.000-01 РЭ

ПМ.01 МДК 01.02

 «Техническая эксплуатация электропоездов»

для студентов специальности 23.02.06 «Техническая эксплуатация подвижного состава железных дорог»

группы Т-33

Добрый день!

1. Изучите предоставленный Вам материал.

Используемая литература:

 Электропоезд ЭД9М модель 62 - 305. Руководство по эксплуатации 305.00.00.000-01 РЭ

Вспомогательное оборудование и электрические машины, аппараты

ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ТЕПЛОВОЗА

Вспомогательным оборудованием тепловоза называется совокупность устройств, обеспечивающих нормальную работу дизеля, передачи в экипажной части. Вспомогательное оборудование дизеля было рассмотрено в гл. 6. Данная глава посвящена вспомогательному оборудованию, связанному с работой передачи и экипажной части, а также устройствам, относящимся к тепловозу в целом.

К вспомогательному оборудованию, обеспечивающему работу передачи, могут быть отнесены система воздушного охлаждения тяговых электрических машин и система охлаждения рабочей жидкости гидропередачи. Вспомогательным оборудованием экипажной части являются песочная система, система вентиляции кузова, противопожарные устройства и система пожарной сигнализации. Общей для основных агрегатов тепловоза является воздушная система управления.

12.1. СИСТЕМА ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Назначение системы охлаждения.

При работе тяговых электрических машин часть подведенной к ним энергии преобразуется в активных частях машины (в обмотках и магнитной системе) в тепловую, что ведет к нагреванию машин и повышению температуры обмоток и их изоляции. Тепловое состояние электрической машины характеризуется температурами t_i ее активных частей, точнее, превышениями t_i, этих температур над температурой охлаждающего воздуха t_o:t_i = t_i — t_o.

Увеличение температур обмоток ускоряет старение электроизоляционных материалов. Для каждого класса изоляции существует определенный уровень температур, превышение которого на 5—10 °С приводит к сокращению долговечности изоляции (срока службы) в два раза. В связи с этим на основе технико-экономических соображений предельные значения превышений температур обмоток t_iмах строго ограничиваются стандартами в соответствии с классами изоляции и имеют следующие значения (при температуре наружного воздуха t_o = 25°С).

Максимальный перегрев Класс изоляции

t_iмах °С В F Н

Для обмотки якорй 120 140 160

» обмоток полюсов 130 155 180

Таким образом, основным назначением системы охлаждения тяговых электрических машин и аппаратов является создание условий теплоотвода, в которых превышение температур обмоток при любых возможных режимах работы не выходило бы за допустимые пределы.

На тепловозах с электрической передачей переменно-постоянного тока не менее важным, чем электрические машины, объектом охлаждения является полупроводниковая выпрямительная установка.

Условия работы системы.

Тяговые электрические машины (тяговые электродвигатели и главные генераторы) имеют на современных тепловозах интенсивное воздушное охлаждение. По условиям нормального температурного режима для охлаждения тяговых машин требуются значительные количества воздуха. В среднем для тяговых электродвигателей требуется примерно 0,25—0,30 м³/мин воздуха на каждый киловатт мощности. В целом по тепловозу общее количество воздуха, вентилирующего электрические машины, 18,0—21,0 м³/ч на каждый киловатт эффективной мощности дизеля.

Воздух для охлаждения тяговых электрических машин забирается снаружи тепловозу через воздухозаборные отверстия в стенках кузова.

Технические требования.Система должна обеспечить возможность работы тяговых электрических машин при температурах наружного воздуха от — 50 до + 40 °С. Система должна гарантировать защиту тяговых электрических машин от попадания с охлаждающим воздухом загрязнений, существенно влияющих на их надежность и долговечность, т. е. должна обеспечивать очистку охлаждающего воздуха. Затраты мощности на работу системы должны быть минимально возможными и не должны превышать 4 — 5 % эффективной мощности дизеля тепловоза.

Основные узлы системы.Системы воздушного охлаждения тяговых электрических машин тепловозов состоят из воздухоприемных устройств (жалюзи или сетки), воздушных фильтров, вентиляторов и воздуховодов. В зависимости от размещения вентилятора тяговые машины делятся на самовентилируемые (вентилятор встроен в машину и находится на ее валу, как у тяговых генераторов тепловозов ТЭМ2, ТЭЗ и т. п.) и машины с независимой вентиляцией — от отдельного самостоятельного вентилятора (тяговые электродвигатели и главные генераторы современных тепловозов). Кроме того, различают системы вентиляции индивидуальные, групповые и централизованные. При индивидуальной системе каждая машина имеет свой вентилятор, при групповой - один вентилятор подает воздух нескольким однотипным машинам. Централизованная система предполагает воздухоснабжение всех электрических машин тепловоза от одной мощной вентиляторной установки.

Современные отечественные тепловозы имеют смешанную систему воздухоснабжения электрических машин: тяговые генераторы снабжены индивидуальными вентиляторами, а тяговые электродвигатели объединены в две групповые системы (по тележкам).

На тепловозах с электрической передачей переменно-постоянного тока (2ТЭ116, ТЭ109) имеется также индивидуальная система охлаждения полупроводниковых выпрямителей. Некоторые новые тепловозы (ТЭП70, ТЭП75, ТЭМ7, 2ТЭ121) имеют централизованные системы охлаждения тяговых электрических машин и аппаратов.

Достоинством централизованных систем является замена трех-четырех вентиляторов одним, что упрощает конструкцию привода, снижает вес привода его от вала дизеля. В централизованных системах можно использовать более эффективные высокопроизводительные вентиляторы. Недостатком централизованной системы является наличие дополнительных воздуховодов большой протяженности и увеличение затрат мощности, связанное с повышением потерь давления.

Вентиляторы в системах охлаждения тяговых электрических машин и аппаратов применяются двух типов: центробежные и осевые. В корпусе 3 центробежного вентилятора тяговых электродвигателей (рис. 12.1) установлено вентиляторное колесо 2, состоящее из ступицы 5, консольно посаженной на вал 6, диска 7 и кольца 1, которым приклепаны штампованные лопатки 4.

Вентиляторы такого типа на большинстве отечественных тепловозов питают воздухом тяговые электродвигатели каждой тележки. Вентиляторы тепловоза ТЭЗ имеют односторонний подшипниковый узел, как показано на рис. 12.1. Вентиляторы тепловоза 2ТЭ10В задней стенкой кожуха прифланцовываются непосредственно к распределительным редукторам, вентиляторное колесо насаживается на выходной вал редуктора. В связи с этим в задней стенке вместо подшипника устанавливается сальниковое уплотнение, предотвращающее попадание смазки из редуктора в кожух вентилятора.

Вентиляторы на тепловозах работают в тяжелых условиях. Стремление ограничить их габариты требует применения высоких скоростей вращения вентиляторных колес (более 2000 об/мин). В то же время ввиду консольного закрепления лопаток на колесе на них сильно отражаются как неравномерность вращения вала дизеля, так и вибрации рамы тепловоза при движении. Поэтому привод вентиляторов тяговых электродвигателей на тепловозах 2ТЭ10Л (В) осуществляется не жестко, а через гидромуфты (постоянного наполнения), которые не пропускают высокочастотные колебания.

Рис. 12.1. Центробежный вентилятор системы охлаждения тяговых электродвигателей

На тепловозах 2ТЭ10 и ТЭП60 центробежные вентиляторы применяются и для охлаждения тяговых генераторов. Некоторые вентиляторы (тягового генератора тепловоза М62) имеют лопатки переменной ширины. Осевые вентиляторы, применяемые для охлаждения генераторов на тепловозах ТЭП10, похожи по конструкции на вентиляторы холодильника. Вентиляторное колесо с 16 лопастями наружным диаметром 500 мм отливается из алюминиевого сплава.

Аналогичной, но более совершенной конструкции осевые вентиляторы применяются в централизованных системах тепловозов ТЭП70, 2ТЭ121. Эти вентиляторы располагаются в вертикальных трубопроводах и имеют неподвижные направляющие аппараты.

Воздушные фильтры тяговых электродвигателей.

Для очистки воздуха, охлаждающего тяговые электродвигатели, на серийных грузовых тепловозах применяются простейшие сетчатые фильтры (рис. 12.2).

Фильтр представляет собой кассету 1 в виде рамки толщиной 22 мм, в которую вложены три слоя проволочной сетки 2, 3, 4. Первый слой (со стороны входа воздуха) представляет собой плоскую сетку № 7-1,2. В номере сетки первая цифра означает шаг переплетения сетки в мм, вторая — диаметр проволоки. В качестве остальных двух слоев используется более мелкая сетка, которая гофрируется в складки высотой 8 мм и шагом 15 мм. Вторым слоем служит сетка № 5-0,7, у которой гребни гофров расположены под углом 30° к вертикали. Третий слой — сетка № 4-0,6 с горизонтальными гофрами. Сетки в двух местах в середине скреплены стяжными болтами 6.

Рис. 12.2. Сетчатый воздушный фильтр системы охлаждения тяговых электродвигателей

Кассета имеет четыре поворотные рукоят­ки 5 для установки и закрепления кассеты в корпусе. Снаружи фильтр закрывается штампованной предохранительной сеткой, укрепляемой на кузове тепловоза также четырьмя запорами.

Аналогичные фильтры используются на тепловозах 2ТЭ10Л(В) и в системе охлаждения тягового генератора. Следует отметить, что сетчатые фильтры такой конструкции обладают очень невысокой эффективностью и не обеспечивают защиты тяговых электродвигателей от загрязнений.

Поэтому для современных тепловозов разрабатываются конструкции более эффективных фильтров. На тепловозах 2ТЭ116 применены сетчатые многослойные фильтры (их конструкция отличается большим числом слоев сеток в кассете). На тепловозах ТЭП70 применены фильтры из пенополиуретана  (поролона), слой которого укрепляется в кассете между двумя металлическими сетками.

Рис. 12.3. Воздушный фильтр главного генератора тепловоза ТЭЗ

Рис. 12.4. Установка воздушного фильтра при смешанном заборе воздуха

Воздушные фильтры тяговых генераторов.

На тепловозах ТЭЗ с внутренним забором охлаждающего воздуха применялись гофрированные воздушные фильтры, разработанные в МИИТе (рис. 12.3). Фильтр представляет собой кассету с двухслойной проволочной сеткой № 1-0,35. Сетка глубоко гофрирована. Кассета укрепляется на фланце всасывающего патрубка генератора болтами. Тепловозы ТЭЗ последних лет выпуска были оборудованы смешанной системой забора воздуха для охлаждения главного генератора, которая допускает использование как наружного, так и внутреннего воздуха (рис. 12.4). В последнем случае воздух проходит через воздушный фильтр 7 конструкции МИИТа, изготовленный в виде вставной кассеты. Фильтр установлен на лицевой стенке кожуха 1 воздуховода. В воздуховоде имеется заслонка 5, позволяющая перекрывать его при заборе воздуха из кузова через фильтр, при работе с наружным забором воздуха фильтр прикрыт откидной крышкой 3. Заслонка поворачивается рукояткой 6. Такая конструкция предусматривает забор воздуха из кузова тепловоза в зимний период и забор воздуха снаружи тепловоза через боковые каналы без специальной очистки в летний период. Зимой открывают крышку 3, освободив винты 2. Крышку закрепляют в верхнем положении этими же винтами, ввертываемыми в бонки 4. Внутреннюю заслонку закрывают, а оба рычага — с рукояткой б и без нее — устанавливают для этого в горизонтальное положение и закрепляют в нем специальными болтами. При переходе на летний режим следует закрыть крышку 3 и закрепить ее болтами. После этого открыть внутреннюю заслонку, ее оба рычага при этом располагаются вертикально и фиксируются в этом положении болтами. Фильтры такой же конструкции применены на тепловозах ТЭП10 и ТЭ109.

Централизованная система воздушного охлаждения электрических машин и аппаратов (тепловоз ТЭП70). Осевой вентилятор 1 (рис. 12.5) засасывает воздух из атмосферы через блок 10 воздушных фильтров и нагнетает его к потребителям: главному генератору по каналу 2, тяговым электродвигателям — по каналам 3, 4, 7, 12, 13 и 16, выпрямительной установке 11. Кроме того, воздух из системы направляется на наддув высоковольтной камеры (канал 15), к калориферам кабины машиниста (по каналам 5) и на обогрев лобовых стекол (по каналу 6).

 Рис. 12.5. Централизованная система охлаждения тяговых электрических машин тепловоза ТЭП70

Основные воздуховоды системы — центральный 14 и боковые 9 — образованы непосредственно в сварной конструкции рамы 8. Осевой вентилятор установлен на раме тепловоза и соединен с валом главного генератора через упругую муфту и угловой редуктор, встроенный в корпус вентилятора.

12.2. ВОЗДУШНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

Назначение системы. Большая часть аппаратов контроля и управления тепловоза работает по электропневматическому принципу. Управляющий сигнал поступает к ним в виде электрического тока, а исполнительное действие осуществляется пневматическим приводом — под действием сжатого воздуха. Источником сжатого воздуха для питания пневматических аппаратов на тепловозе служит тормозной компрессор. Давление воздуха в главном воздушном резервуаре тепловоза автоматически поддерживается на уровне 0,75—0,85 МПа. Воздух к аппаратам поступает от тормозной магистрали по трубопроводам воздушной системы управления.

Схема системы. Системы воздухопроводов управления отечественных тепловозов в принципе одинаковы. Для примера на рис. 12.6 приведена схема основных воздухопроводов управления тепловоза 2ТЭ10В. Воздух в систему поступает от воздушной тормозной магистрали тепловоза через фильтр 1.

Через клапан 7, поддерживающий постоянное давление 0,55—0,60 МПа, которое контролируется по манометру 23, воздух поступает к наиболее ответственным аппаратам управления: к приводу реверсора 9, электропневматическим групповым 8 и поездным 11 контакторам, электропневматическому клапану песочницы 10, электропневматическим вентилям 12 цилиндра включения ряда топливных насосов дизеля и 13 ускорителя пуска дизеля. Ряд потребителей сжатого воздуха, не требующих точной регулировки его давления, подключены непосредственно к магистралям, идущим от главного воздушного резервуара. Это, например, стеклоочистители 3 кабины машиниста и через клапан 2 звуковые сигналы: тифоны 5 и свисток 6. От трубопровода 26 противопожарной системы воздух поступает к электропневматическим вентилям 20, управляющим проходом воздуха к цилиндрам 16, 17, 18 и 19 привода жалюзи холодильника. Непосредственно от магистрали — к пневмоцилиндрам 14 привода воздухоочистителей дизеля. Система имеет патрубки 22 и 24 для отбора воздуха при обдуве холодильника, тягового генератора и высоковольтных камер и краны 4, 15, 21 и 25.

Рис. 12.6. Схема воздушной системы управления тепловоза 2ТЭ10В

12.3. ПЕСОЧНАЯ СИСТЕМА

Назначение и основные узлы системы. Для увеличения сцепления колес локомотивов с рельсами на трудных участках профиля, а также при трогании поезда с места применяют подачу сухого песка к точкам контакта колес с рельсами. Для этой цели и служит на тепловозах песочная система. Она состоит из бункеров для хранения сухого песка и форсунок для подачи песка под колеса, соединенных между собой трубопроводами, а также устройств управления.

Схема системы. Подача песка в системе и управление ее действием осуществляются при помощи сжатого воздуха. В связи с этим система (рис. 12.7) подключена кранами 5 к тормозной магистрали, а через клапан 7 — к воздушной системе управления. Система подачи песка состоит из бункеров для песка, воздухораспределителей, форсунок и трубопроводов.

Песок хранится в четырех бункерах 1, загрузочные горловины которых размещены с обеих сторон на передней и задней стенках кузова тепловоза. Общая емкость бункеров одной секции тепловоза 2ТЭ10В — 910 кг песка. Из бункеров песок самотеком стекает в форсунки 2, из которых воздухом направляется под колеса по резиновым рукавам 3.

Сжатый воздух поступает в форсунки через воздухораспределители 4.

Воздухораспределитель (рис. 12.8, а) имеет корпус 4 и штуцеры 1, 2 и 6. Внутри корпуса 4 расположены поршень 3 и клапан 5, опирающийся на пружину, установленную на дне корпуса. Управляется воздухораспределитель воздухом, поступающим в надпоршневую полость прибора через штуцер 2 из системы управления через электропневматические клапаны 7 и 8 (см. рис. 12.7). Электропневматический клапан (7 и 8) состоит из двух электропневматических вентилей, обмотки которых питаются током от электрической системы управления тепловоза. При замыкании ножной педали 6 песочницы в кабине машиниста ток проходит по обмотке катушки вентиля, его сердечник втягивается, воздух, попадая в воздухораспределитель, перемещает его поршень вниз и открывает клапан 5, удерживаемый нормально пружиной. При открытии клапана 5 воздух из тормозной системы поступает через воздухораспределитель в полость б (рис. 12.8, б) форсунки и далее через канал в в полость 2, откуда небольшая часть потока воздуха по каналу а попадает в полость А и взрыхляет песок. Смесь песка с воздухом эжектируется основной струей воздуха, проходящей из полости 2 через сопло 2, и увлекается из корпуса 1 форсунки в трубопроводы и далее подается под колеса. Часть потока воздуха из полости б для более эффективной работы форсунки поступает обходным путем через канал сопла 3 и кольцевой зазор вокруг сопла 2. Подача песка регулируется винтом 4, который стопорится гайкой 5. Пробка 6, ввернутая в корпус форсунки, служит для прочистки (или замены) сопла 2 в случае ее засорения, крышка 7 — для очистки канала а и полости А. Для подачи песка под первую колесную пару используется кнопка КПП.

  Рис. 12.7. Схема песочной системы

Рис. 12.8. Элементы песочной системы: а — воздухораспределитель; б — форсунка

Трубы, подводящие песок к внутренним колесным парам тележек (к третьей и четвертой в секции), имеют большую длину. Во избежание их забивания осаждающимся песком к этим трубам сделаны по три дополнительных подключения воздухопроводов, способствующих разрыхлению и сдуванию остатков песка.

При размыкании ножной педали 6 (см. рис. 12.7) сердечник под действием пружины поднимается, открывая выход воздуху из надпоршневой камеры воздухораспределителя через отверстие корпуса электропневматического клапана в атмосферу, и форсунки прекращают подавать песок под колеса. Катушки электропневматических клапанов 7 и 8 сблокированы с реверсором так, что при переднем ходе тепловоза работает один вентиль, а при заднем — другой. Соответственно работают и форсунки переднего и заднего хода.

12.4. ПРОТИВОПОЖАРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Причины возникновения пожаров на тепловозах связаны с возможными повреждениями дизеля или электрического оборудования, а также с неправильным их обслуживанием. Дизель сам по себе представляет объект повышенной опасности ввиду высоких температур его основных узлов и наличия в его системах горючих материалов (топливо, масло) и возможности их утечек. Однако причиной загорания может служить только какое-либо нарушение его нормального технического состояния. Так, пробой газов в картер (из-за прогорания днища поршня) может привести к взрыву паров масла и выбросу его из картера в дизельное помещение. Опасным в пожарном отношении является попадание масла при неисправностях в системе смазки на неизолированные части выпускных коллекторов и глушителей дизеля, имеющих высокую температуру.

Попадание масла на детали электрического оборудования тепловоза также может привести к загоранию. Кроме того, и сами электрические приборы могут быть причиной пожара при их неправильном содержании (искрение машин и аппаратов, замыкание на корпус, переброс дуги, замасливание проводов и контактов, использование нетиповых предохранителей или несоответствующих сопротивлений и т. д.).

Особенностями развития пожаров на тепловозах являются возможности их скрытого и быстрого распространения под полом дизельного помещения при наличии там загрязнений и остатков обтирочных материалов. Повышенная опасность загорания тепловоза на линии при движении с поездом требует обязательного его оснащения противопожарными средствами.

Противопожарное оборудование тепловозов обычно состоит из стационарной установки для тушения пожара, переносных огнетушителей и системы автоматической пожарной сигнализации для быстрого обнаружения пожара.

Наличие противопожарного оборудования на современных тепловозах указано в табл. 12.1.

Установка для тушения пожара, применяемая на магистральных тепловозах, по принципу действия является воздухопенной. Она состоит (рис. 12.9) из резервуара 4 объемом 290 л, двух смесителей 3 со шлангами и трубопроводов. В резервуар, расположенный в задней части дизельного помещения под крышей (тепловоз 2ТЭ10В) или на полу (ТЭЗ), заправляется 270 л воды и 11,6 л пенообразователя ПО1 (4 % общего объема раствора). Получаемый огнегасительный раствор обладает кратностью выхода пены 25—35, т. е. выход пены при полном использовании раствора составляет от 7000 до 10 000 л. Установка подключена через краны 1 к воздушной системе тепловоза. Открытие любого из кранов приводит к включению в действие смесителей.

Рис. 12.9. Схема противопожарной установки

Воздух, проходя через кран 1 и клапан максимального давления 5, отрегулированный на давление 0,25—0,28 МПа, попадает в резервуар 4 и выжимает раствор к смесителям 3 через шланги 2.

Одновременно по другим трубопроводам через клапан максимального давления 6, отрегулированный на давление 0,15—0,16 МПа, сжатый воздух поступает непосредственно к смесителям, где при открытом кране смесителя поток жидкости распыливается воздухом в диффузоре с интенсивным образованием пены. На раструбе диффузора смесителя установлено кольцо с мелкой сеткой, усиливающей распыление и пенообразование раствора. Цилиндрический наконечник смесителя облегчает направление струи на объект пожара.

Длина струи пены из смесителя достигает 4—5 м. Время работы установки через один смеситель 10—12 мин, через два—вдвое меньше.

Установка может быть использована для тушения пожаров не только на тепловозе, но и вблизи железнодорожного пути (насколько позволяет длина шлангов и дальнобойность струи).

Система автоматической пожарной сигнализации на тепловозах состоит из термодатчиков — тепловых извещателей и средств сигнализации. Датчиками служат терморезисторы, обладающие свойством релейного эффекта. Схема построена на срабатывание датчиков при температуре + 90±10°С. Датчики размещены в наиболее пожароопасных местах тепловоза (18 шт. в дизельном помещении, 2 шт. в правой и 1 шт. в левой высоковольтных камерах). Средством сигнализации служит сигнальная коробка в кабине над столиком помощника машиниста. Она имеет четыре сигнальные лампы, указывающие на место пожара (дизельное помещение и высоковольтные камеры первой и второй секций), и две кнопки для проверки исправности системы. Одновременно с загоранием сигнальной лампы включается звуковой сигнал, в качестве которого используется зуммер боксования.

12.5. ПРИВОД ОСНОВНОГО И ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Соединение вала дизеля с валом тягового генератора на тепловозах выполнено по-разному. Нижний коленчатый вал дизелей типа Д100 (на тепловозах ТЭЗ, 2ТЭ10В) соединен с валом якоря главного генератора полужесткой пластинчатой муфтой 24 (рис. 12.10), допускающей некоторую несоосность валов. На наружной цилиндрической поверхности ведущего диска муфты нарезаны зубья, с которыми может входить в зацепление червяк валоповоротного механизма, при помощи которого осуществляют пробуксовку вала при регулировке и ремонте дизеля. Такое же соединение применено на тепловозах ТЭП60 (дизель 11Д45А) и М62 (дизель 14Д40). Вал дизелей типа Д50 (ПД1) соединен своим фланцем с якорем генератора жестко, на болтах.

Затраты мощности на вспомогательное оборудование. Поскольку единственным источником энергии на тепловозе является дизель, то все циркуляционные агрегаты вспомогательного оборудования (насосы, вентиляторы и т. п.) получают энергию от вала дизеля. Часть мощности дизеля, затрачиваемую на привод вспомогательного оборудования (т. е. на собственные нужды), иногда называют вспомогательной мощностью.

Основные потребители вспомогательной мощности на тепловозах с электрической передачей: вентиляторы холодильника, тормозной компрессор, вентиляторы охлаждения тяговых электрических машин и двухмашинный агрегат. Доля вспомогательной мощности на современных тепловозах составляет 11 — 12 % номинальной мощности дизеля.

Типы приводов вспомогательного оборудования.

Вспомогательная мощность может передаваться от вала дизеля к агрегатам-потребителям следующими способами: механическим (непосредственное соединение, клиноременная или зубчатая передача); гидравлическим (гидростатический привод или гидродинамическая муфта), электрическим (электродвигатели переменного или постоянного тока с питанием либо от тягового генератора, либо от специального вспомогательного генератора, например стартер - генератора). Привод любого типа может быть групповым или индивидуальным. Разные агрегаты вспомогательного оборудования предъявляют различные требования к приводу в зависимости от особенностей режимов своей работы.

Привод вентилятора холодильника должен быть регулируемым в зависимости от температур охлаждающих жидкостей: привод компрессора — если нерегулируемым, то, по крайней мере, отключаемым, так как его работа нужна, лишь когда давление в главных резервуарах ниже установленного (к сожалению, это условие реализовано лишь на некоторых маневровых тепловозах. На магистральных же — компрессор не отключается, а лишь переводится в режим холостого хода открытием клапанов, что отражается на его износе). Привод двухмашинного агрегата и вентиляторов тяговых электрических машин на всех отечественных тепловозах неотключаемый и нерегулируемый.

Рис. 12.10. Схема привода вспомогательного оборудования на тепловозе 2ТЭ10В

Кроме этих условий, к приводу предъявляются требования нераспространения ударных нагрузок и крутильных колебаний и т. д. Основное распространение на отечественных тепловозах получил групповой механический привод всех агрегатов вспомогательного оборудования. Имеется опыт применения гидростатического привода для вентиляторов холодильника на тепловозах ТЭП60, ТЭП70 и ТГ16; гидродинамический нерегулируемый привод применен на тепловозе 2ТЭ10В; на тепловозе ТГМЗА использован индивидуальный электрический привод постоянного тока для вентилятора холодильника (типы приводов вентилятора холодильника рассмотрены отдельно в гл. 6). На тепловозе 2ТЭ116 применен индивидуальный электрический привод переменного тока для всех агрегатов вспомогательного оборудования.

Механический привод осуществляется, как правило, при помощи системы валов и одного-двух распределительных редукторов, причем в конструкции последних все чаще, помимо жестких зубчатых передач, применяются и гидродинамические аппараты.

Примером механического привода с двумя распределительными редукторами может служить привод механизмов тепловоза 2ТЭ10В (см. рис. 12.10). Передний редуктор 6 связан с валом тягового генератора 8 двойной пластинчатой муфтой 7 и служит для распределения мощности на двухмашинный агрегат 1 (через карданные валы 4 и 2 с промежуточной опорой 3), вентилятор 5 тяговых электродвигателей передней тележки (непосредственно) и вал компрессора 26 (через двойную пластинчатую муфту 25). Общая мощность, передаваемая на передний редуктор от вала дизеля, составляет 96 кВт. Задний редуктор 19 связан с нижним коленчатым валом дизеля 9 через пластинчатую муфту 20 и промежуточный вал 10. Редуктор распределяет мощность на вентилятор 11 тяговых электродвигателей задней тележки (непосредственно), тахометрический агрегат 12 (через карданный вал 18, промежуточный редуктор 17 и вал с пружиной 13) и гидропривод 15 вертикального вала 14 вентилятора холодильника (через карданный вал 16 от промежуточного редуктора 17). Через задний редуктор также приводится насос центробежного очистителя масла. Общая мощность, передаваемая на задний редуктор, составляет 155 кВт.

Вентилятор 23 охлаждения тягового генератора имеет отдельный привод от верхнего коленчатого вала дизеля — через карданный вал 21 и специальный редуктор 22.

Редукторы.

Распределительные редукторы тепловоза 2ТЭ10В — передний и задний — похожи по устройству и имеют ряд однотипных деталей (рис. 12.11). На ведущем валу I переднего редуктора (рис. 12.11, а) насажена большая цилиндрическая шестерня 1 отбора мощности, которая через шестерню 2 вращает нижний вал II привода двухмашинного агрегата, а через шестерню 3 — полый вал III насосного колеса гидромуфты. Вал IV турбинного колеса гидромуфты через коническую пару 4—5 вращает вал V колеса вентилятора тяговых электродвигателей. Для привода компрессора служит непосредственно второй фланец ведущего вала I. Редуктор имеет лопастный насос 4, обеспечивающий подачу смазки в узлы редуктора.

Рис. 12.11. Схемы редукторов привода вспомогательного оборудования тепло­воза 2ТЭ10В

Задний редуктор (рис. 12.11, в) отличается лишь назначением валов и их взаимным расположением. Вал IV используется для привода насоса центрифуги. Вал II служит для отбора мощности на промежуточный редуктор (рис. 12.11, г), ведущий вал I которого связан с гидроприводом вентилятора холодильника, а через шестерни 8—9 передает мощность на вал VII привода тахометрического агрегата. Редуктор привода вентилятора тягового генератора (рис. 12.11,6) представляет собой пару конических шестерен 6—7. Вентиляторное колесо непосредственно насаживается на цапфу вала VI.

На тепловозе ТЭЗ применены несколько более простые по конструкции редукторы. Устройство его заднего распределительного редуктора было рассмотрено выше (см. рис. 6.26, а). Передний редуктор представляет собой одноступенчатую передачу с цилиндрическими шестернями. В редукторе мощность распределяется на два ведомых вала. Один из них соединен с двухмашинным агрегатом, второй — с валом вентилятора охлаждения тяговых электродвигателей передней тележки. Тахометрический агрегат связан с ведомым валом клиноременной передачей.

Как видно из рис. 12.10 и 12.11, механический привод, представляющий собой длинную систему связанных валов, довольно громоздок и сложен. При механическом приводе трудно осуществить регулирование режимов работы вспомогательных механизмов (даже ступенчатое, например сезонное, не говоря уже о плавном).

Рис. 12.12. Схема привода вспомогательного 'оборудования на тепловозе 2ТЭ116

Электрический привод переменного тока применен на тепловозе 2ТЭ116. Основные потребители вспо­могательной мощности — мотор-вентиляторы холодильника 1—4 (рис. 12.12), мотор-вентиляторы тяговых электродвигателей 5, 6 и мотор-вентилятор 7 выпрямительной установки — получают питание непосредственно от синхронного тягового генератора ТГ; мотор-компрессор 9 питается от стартер - генератора 8. Последний, а также вентилятор 11 тягового генератора и возбудитель 10 имеют механический привод. Привод всех агрегатов в этой системе нерегулируемый, что является одним из принципиальных недостатков электропривода на переменном токе. Регулирование температур охлаждающих жидкостей здесь может осуществляться лишь дискретно — включением и выключением отдельных вентиляторов. Другим недостатком данной системы является то, что включения и отключения этих мотор-вентиляторов, работающих параллельно тяговым электродвигателям силовой цепи, отражаются на режимах их работы. Завод-изготовитель поэтому разработал вариант тепловоза 2ТЭ116 с гидродинамическим приводом вентиляторов холодильника. Однако это не исключает возможности дальнейшего конструктивного совершенствования электропривода, обладающего рядом неоспоримых преимуществ.

Вспомогательное оборудование и электрические машины, аппараты электровоза

Электрическое оборудование контактного электровоза включает в себя тяговые электродвигатели, электродвигатели компрессора и вентилятора, электромагниты пневмоклапанов, аппаратуру управления электродвигателями (пусковые реостаты и контроллер или устройство комплектное тиристорное), токоприемники, фары и сигнальные фонари, выключатель блокировки сиденья машиниста и др.

При реостатной схеме управления пуск электровоза, регулирование скорости его движения и тормозного усилия при динамическом торможении производится контроллером путем изменения сопротивления на различных позициях пускового реостата, включенного в цепь тяговых двигателей. Пусковые сопротивления состоят из отдельных элементов с большим удельным сопротивлением, выполненных, например, из фехраля.

Устаревшая реостатная схема управления тяговыми электродвигателями наиболее простая, но имеет такие существенные недостатки, как большие (до 20—30 %) потери энергии в сопротивлениях ввиду необходимости работы с пониженными скоростями на реостатных характеристиках, резкое изменение тока и силы тяги при переходе с одной пусковой позиции на другую, вследствие чего недоиспользуется сила сцепления колес электровоза с рельсами в период пуска. Неэкономичность реостатной схемы управления особенно ощутима в аккумуляторных электровозах ввиду ограниченной энергоемкости аккумуляторных батарей.

Электрическая схема электровоза обеспечивает управление тяговым электроприводом, вспомогательным электрооборудованием и выполняет следующие функции: плавный разгон и изменение скорости электровоза и ее стабилизации в пределах от минимальной до допустимой; реверсирование тяговых двигателей и электродинамическое торможение; автоматическое ограничение тока тяговых двигателей при их пуске, регулировании скорости; управление двигателем компрессора в функции давления воздуха в пневмосистеме; контроль температуры тяговых двигателей; защита электрооборудования от токов короткого замыкания; питание стабилизированным напряжением 24 В вспомогательного электрооборудования от аккумуляторной батареи при кратковременном отключении токоприемника от троллейного провода; управление токоприемником, песочницами, автосцепками и стрелочными переводами из кабины машиниста; блокировка рабочего места машиниста с отключением тяговых двигателей и др.

На электровозах применяют тяговые двигатели постоянного тока последовательного возбуждения, которые по сравнению с двигателями параллельного возбуждения обладают рядом преимуществ: большие перегрузочная способность и пусковой момент, меньшая чувствительность к колебаниям напряжения и др.

Основные параметры тягового двигателя можно определить по его электромеханической характеристике (рис. 10.7), представляющей собой зависимость силы тяги F на ободе ведущих колес (взамен вращающего момента на валу двигателя), скорости движения электровоза v (взамен частоты вращения вала двигателя) и КПД η от тока двигателя 1.

Рис. 10.7. Электромеханическая характеристика тягового двигателя электровоза К14М

За номинальный режим работы тяговых двигателей принимают часовой режим, при котором допустимая температура нагрева обмоток двигателя достигается через 1 ч его работы. В характеристике двигателя указывают часовую силу тяги F_час, часовую скорость ν_час и часовой ток I_час Длительному режиму соответствует такой ток I_дл, при котором допустимая температура обмоток двигателя достигается за неограниченно длительное время. Отношение I_дл/I_час = 0,4÷0,45 называется коэффициентом вентиляции.

Применяются три системы управления тяговыми двигателями электровоза — реостатная, безреостатная и тиристорно-импульсная.

В аккумуляторных электровозах используется безреостатная схема управления, основанная на принципе параллельного или последовательного включения равного числа элементов аккумуляторной батареи. Соответствующей комбинацией включения секций аккумуляторной батареи и тяговых электродвигателей обеспечивают напряжение на электродвигателях, составляющее 25, 50 или 100% от номинального. Например, при использовании аккумуляторной батареи из двух секций можно получить 5 безреостатных позиций (при реостатной системе — 2). При безреостатной системе управления (по сравнению с реостатной) снижаются потери энергии, однако сила сцепления колес электровоза с рельсами в период пуска реализуется неполностью.

В контактных электровозах КТ14 и КТ28 применена тиристорная система управления тяговыми двигателями, основанная на широтно-импульсной модуляции подводимого к электродвигателям напряжения. Эта система управления обладает рядом преимуществ: плавный пуск и регулирование скорости без потерь; повышение пускового тягового усилия, которое ограничивается только предельным значением коэффициента сцепления колес электровоза с рельсами; повышение надежности электрооборудования за счет устранения контактной коммутационной и пускорегулирующей аппаратуры. Разгон, замедление и стабилизация скорости движения электровоза осуществляются автоматически.

В контактных электровозах КТ14 и КТ28 тяговые двигатели имеют повышенную длительную мощность и принудительную вентиляцию. Для этих электровозов разработана аппаратура автоматического управления с тиристорным регулятором, обеспечивающая: бесступенчатое задание скорости электровоза и ее стабилизацию в пределах от минимальной (0,6 м/с) до допустимой по технической характеристике (8 м/с); автоматическое ограничение тока тяговых двигателей при их пуске, регулировании скорости, перегрузках и торможении; блокировку движения электровоза при одновременном управлении из двух кабин; выдачу сигналов на управление электромагнитными рельсовыми тормозами и стрелочными переводами.

Система управления двумя спаренными электровозами (КТ28) на базе тиристорных преобразователей обеспечивает: управление электровозом одним машинистом из кабины ведущего электровоза; независимую работу двигателей в двигательном и тормозном режимах; независимое регулирование двигателей для перераспределения тяговых усилий с целью предотвращения буксования и улучшения тяговых и тормозных характеристик.

Съем тока с контактного провода осуществляется дуговыми токоприемниками (реже — штанговыми) с алюминиевыми контактными вставками, позволяющими уменьшить износ контактного провода. При наличии на электровозе одного токоприемника возникает искрение вследствие отрыва пути от провода при ударах на стыках рельсов. На современных конструкциях контактных электровозов устанавливают два токоприемника, независимо поджимаемые к проводу пружинами и позволяющие уменьшить искрообразование, так как в случае нарушения взаимодействия одной из дуг с контактным проводом ток поступает по другой дуге, что исключает полный разрыв электрической цепи.

Источниками энергии для аккумуляторных электровозов являются тяговые щелочные никель-железные (ТНЖ и ТНЖШ) и никель-кадмиевые (ТНК) шахтные аккумуляторные батареи. Щелочные аккумуляторы по сравнению с кислотными свинцовыми аккумуляторами имеют больший срок службы, большие механическую прочность и выносливость в работе, просты в обслуживании и способны находиться длительное время в разряженном состоянии. Изготавливают батареи различной емкости типа 66ТНЖШ-350-У5, 112ТНЖШ-500-У5 и т. д. Условное обозначение аккумуляторной батареи расшифровывается следующим образом: цифры перед буквами — число последовательно соединенных элементов в батарее, после букв — номинальная емкость в ампер-часах; ТНЖШ — тип батареи (тяговая никель-железная шахтная); У — климатическое исполнение (для работы при температуре окружающей среды от —20 до +45 °С); 5 — категория климатического исполнения. Стандартные емкости аккумуляторных батарей — 300, 350, 500 и 550 А·ч.

Аккумуляторы монтируют в батарейных ящиках и соединяют между собой последовательно. Батарейный ящик сверху закрывают плотной крышкой, имеющей блокировку, которая позволяет открывать крышку только при снятой с электровоза батареи.

В батарейных ящиках во взрывобезопасном исполнении (РВ) для окисления выделяющегося из аккумуляторов водорода устанавливают катализаторы, состоящие из набора палладиевых элементов, а также щелевые пакеты, предназначенные для разгрузки ящика от внутреннего давления в случае возникновения взрыва внутри ящика и обеспечения вентиляции надэлементного пространства батареи. Изменение концентрации водорода регистрируется автоматическим газоанализатором в диапазоне от 0 до 6% и фиксируется на световом табло в кабине машиниста.

Практическая работа № 1.

Тема: Определение и устранение неисправностей электрической цепи электровоза

Цель работы: Научится определять и устранять неисправности электрической цепи электровоза

Ход работы:

1.     Описать назначение и устройство электрических цепей электровоза

2.     Порядок действия при возникновении повреждений в электрических цепях и проверка цепей контрольной лампой

3.     Ответьте на контрольные вопросы

4.     Сделайте вывод.

Контрольные вопросы:

1. Поясните применительно к силовым контакторам ЭПС термины «раствор», «провал», «перекат» и «воздушный зазор».

2. Как называется материал, из которого делают стенки и перегородки дуго- гасительной камеры? Какие дефекты имеют место в нем при эксплуатации силовых электрических аппаратов и как эти дефекты устраняют при ремонте?

3. Чем опасен выброс электрической дуги за пределы дугогасительной камеры?

4. Что является причиной подгорания контактов в силовых электрических аппаратах?

5. Как проверяют правильность выдувания электрической дуги в электромагнитном контакторе?

6. Поясните сферы применения на ЭПС электропневматических и электромагнитных контакторов.

7. Что такое статическая характеристика токоприемника и как ее снимают?

8. Допускается ли ремонт токоприемника на крыше ЭПС и как при этом обеспечивается безопасность персонала?

9. Как измеряют ток срабатывания быстродействующего выключателя и каким элементом регулируют соответствующую установку?

Характерные неисправности в электрических цепях.

Методика их обнаружения и устранения

Неисправности электрооборудования общего характера.

В процессе длительной эксплуатации электровозов состояние их электрического оборудования постепенно ухудшается, что может приводить к отказам в работе как всего локомотива, так и компонентов этого оборудования. Даже в случае, если для выявления и устранения причины отказа требуется немного времени, трудовые затраты и расход материалов могут быть значительными. Отдельные повреждения могут быть выявлены локомотивными бригадами непосредственно в процессе эксплуатации электровозов, а другие — только в стационарных условиях при техническом обслуживании или ремонте в депо. В первом случае повреждения выявляются локомотивными бригадами при потере силы тяги или торможения, а также в более простых случаях визуально, с помощью контрольных ламп или других простейших приспособлений, а во втором — с помощью различных приспособлений, имеющихся в депо и регламентированных процедурой ремонта контрольно-измерительных и диагностических устройств.

Из неисправностей электрического оборудования наиболее распространены короткие замыкания токоведущих частей, обрывы витков катушек электрических машин и аппаратов, жил кабелей и клеммных наконечников электропроводки, нарушение коммутации электрических машин постоянного и пульсирующего тока, межвит- ковые замыкания в катушках машин и аппаратов. Обычно машинистом также четко фиксируется плохая работа вспомогательных электрических приводов вследствие пониженного напряжения в цепи управления или недостаточного давления воздуха в пневматических системах ЭПС.

Короткое замыкание (КЗ) — это соединение двух электрических проводников постоянного тока разной полярности или двух-трех проводников различных фаз переменного тока. В результате этого резко снижается активное сопротивление цепи и возникают большие, обычно недопустимые по значениям, токи, приводящие к выходу из строя включенных в данную цепь аппаратов и электрической проводки в кузове ЭПС. Причинами КЗ могут быть загрязнение, перетирание, увлажнение или старение изоляции, атмосферные (в результате разряда молнии) или коммутационные перенапряжения, попадание на токоведущие части металлических предметов, соединение соседних элементов аккумуляторных батарей или замыкание внутри одного элемента, падение оголенных частей провода или гибких шунтов, находящихся под напряжением, на заземленные детали, а также потеря полупроводниковыми приборами запирающих свойств. Значительное увеличение тока при КЗ приводит к выгоранию в месте замыкания как изоляции, так и металла токоведущих частей. При запаздывании срабатывания аппаратов электрической защиты большой ток КЗ из-за сильного нагрева может вызвать тепловое повреждение всей токоведущей цепи и привести к пожару. В аккумуляторных батареях КЗ приводит, как правило, к быстрому выкипанию электролита, выпучиванию элементов и разрушению активной массы, а также к выделению пожаро- и взрывоопасного гремучего газа.

Недопустимое возрастание тока в силовых цепях ЭПС может возникать при порче якорных подшипников, разрыве бандажей якорей электрических машин, заклинивании зубчатой передачи или буксовых подшипников колесных пар, резком снижении частоты вращения роторов вспомогательных электрических машин.

Обрывы электрической цепи могут возникать в результате сильного натяжения или крутого перегиба провода или кабеля, частых их колебаний, например при плохом закреплении, отгорания или выпаивания провода из клеммного наконечника, сильного окисления (обго- рания) контактов, попадания между ними постороннего предмета.

В аккумуляторной батарее обрыв цепи может произойти при изломе перемычек из-за вибраций или окисления выводов, а также при вытекании из элементов электролита через трещины в корпусе.

Обрыв цепи приводит к менее опасным по сравнению с КЗ, но достаточно серьезным последствиям, сказывающимся на работе ЭПС. Из-за обрыва цепи токоприемники не поднимаются, не функционируют аппараты защиты электрических цепей, цепи тяговых двигателей и вспомогательных машин. Во всех этих случаях локомотив не может тронуться с места, что приводит к сбою движения.

Обрыв провода в силовых цепях можно устранить только в условиях депо. В эксплуатации локомотивные бригады могут поставить перемычку в обход оборванного участка гибким проводом сечением 2

не менее 16 мм . В цепях управления с малыми токами можно ставить перемычку из более тонкого провода с зажимами типа «крокодил» по концам. Иногда для длинных цепей удается использовать предусмотренные монтажными схемами ЭПС резервные провода, но это требует высокой квалификации машиниста.

Методы выявления мест КЗ и обрывов различны. Места КЗ в депо первоначально пытаются установить по записи, сделанной машинистами в Журнале технического состояния локомотива. Место возможного КЗ внимательно осматривают, пытаясь уточнить его визуально по следам копоти, брызгам металла и характерному запаху горелой изоляции. При недостаточности этих признаков выполняют проверку мегаомметром, для чего проверяемую цепь отсоединяют от «земли» и подключают к зажиму «Линия» мегаомметра. Другой его зажим соединяют с заземленной частью кузова.

Провод от зажима «Линия» присоединяют к неизолированным точкам проверяемой цепи — ножам отключателей двигателей, выводам реле перегрузки, контактам реверсора или тормозного переключателя и т.п. Если при вращении ручки мегаомметра прибор покажет ноль, то в цепи имеется КЗ. В период этой проверки все другие работы на ЭПС должны быть прекращены.

Для уточнения места повреждения постепенно сужают зону поиска, деля проверяемую цепь на отдельные участки, отключая отдельные последовательно включенные в эту цепь аппараты или устанавливая между контактами изоляцию. В ряде случаев цепь приходится делить на участки разъединением кабелей, проводов или шин.

Рассмотрим последовательность поиска места КЗ в цепи, показанной на рис. 6.19. Сначала разъединяют ножи силовой цепи отключа- теля двигателей ОД, а мегаомметр М подключают к точке 1. Если он показывает наличие КЗ в правой от точки 1 части схемы, то эту часть делят пополам по методу дихотомии, устанавливая изоляционную

Рис. 6.19. Схема уточнения места КЗ разделением электрической цени

пластиковую вставку И между контактами реверсора Р. Если после ее установки мегаомметр, подключенный к точке У, указывает на отсутствие КЗ, значит, оно имеет место в правой после реверсора части цепи. Тогда мегаомметр подключают к точке 2 и, устанавливая пластиковую вставку поочередно между контактами тормозного переключателя ГУ, Т2 и ТЗ, уточняют, в какой из катушек полюсов (777/ или ГП2) имеется КЗ.

Выявить участок с КЗ в цепи низкого напряжения можно с помощью прозвопочной лампы на напряжение 50 или 100 В, подключаемой последовательно к разъединенным на рейке зажимам проводов отдельных участков цепи. Этим способом можно выявить место КЗ, находясь в высоковольтной камере локомотива или при открытых дверцах подкузовных ящиков у вагонов электропоездов и пе снимая аппаратов или двигателей с ЭГ1С.

На электропоездах замыкание на землю (корпус) основных проводов управления 15 (плюсового) и 30 (минусового) можно выявить с помощью выключателя КИ «Контроль изоляции» (рис. 6.20). Если замыкания в цепи нет, то лампы Л1 и Л2, включенные последовательно, будут гореть вполнакала, а при наличии замыкания на землю провода ?5 лампа Л1 гореть не будет, так как она оказывается аварийной и зашунтирована цепыо 1—У, а лампа Л2 будет гореть с полным

Рис. 6.20. Принципиальная схема контроля состояния изоляции проводов /5 и 30 цепи управления электропоездов накалом. Горение лампы Л1 указывает на заземление провода 30. Постепенно, по очереди разъединяя межвагонные соединения электропоезда, выявляют вагон с замыканием проводов на корпус.

В эксплуатации имеют место случаи срабатывания аппаратов из-за поступления постороннего питания на их катушки вследствие непредусмотренного электрического соединения проводов, например, в результате перетирания изоляции или смещения и взаимного перемыкания наконечников. Данную неисправность в цепи низкого напряжения легко выявляют по внешним признакам. Обнаружить место такого неправильного соединения в цепях низкого напряжения значительно сложнее.

Если катушка К аппарата при разомкнутом контакте 1 (рис. 6.21) получает неправильное питание (например, по перемычкам а|—а-, или б]—б₂), то аппарат будет включаться или выключаться несвоевременно. В этом случае все цепи следует обесточить и подать на эту катушку напряжение от аккумуляторной батареи при включенном ее рубильнике. Аппарат с катушкой К включится. Теперь следует проверить, не включился ли при этом еще какой-либо аппарат, например с катушкой М. Это может произойти при замыкании между проводами катушек К и М (условно показано обозначенной штриховой линией перемычкой а|—а₂). Если включения аппарата с катушкой М не произошло, то надо, последовательно замыкая блок-контакты 1—4 других аппаратов, включенных в цепь катушки К, продолжать этот поиск до момента включения какого-либо аппарата, что позволит выявить участок с замыканием. Возможные места замыканий условно показаны перемычками б,—б₂ и б|—д₂.

Так как аппараты могут быть удалены один от другого, то поиск неисправности целесообразно проводить, используя зажимы соот-

Рис. 6.21. Схема выявления постороннего (неправильного) питания в цепи управления ветствующих проводов на рейке зажимов РЗ при замкнутом контакте 1. Если при присоединении контрольной лампы к какому-либо проводу лампа Л будет гореть с полным накалом, значит, имеет место не предусмотренное схемой замыкание между проводами. Наиболее вероятными местами такого взаимного соединения являются контроллеры машинистов, кнопочные выключатели, рейки зажимов, розетки межкузовных соединений, панели с аппаратами. Горение лампы с неполным накалом указывает на то, что лампа включена последовательно с каким-либо потребителем электроэнергии.

Цепи высокого напряжения проверяют, измеряя сопротивление изоляции с помощью мегаомметра на 2,5 кВ, а цепи низкого напряжения (от 50 до 380 В) — мегаомметром на 500 В.

Для выявления места обрыва проверяемую цепь условно разбивают на два участка, примерно равных по числу входящих в них различных элементов. Убедившись, что на первом проверяемом участке обрыва нет, проверяют второй, предварительно также разбив его на два участка. Точкой деления следует выбирать зажимы на рейке, выводы у блок-контактов, катушки приводов аппаратов. Если на этом половинном участке обрыв вновь не будет найден, то вторую половину участка в свою очередь делят пополам, и так до тех пор, пока не будет обнаружено место обрыва. При выявлении места обрыва можно подводить напряжение к началу проверяемой цепи (шине контроллера машиниста) (рис. 6.22, а) или к одному из проводов контрольной лампы (рис. 6.22, б).

Для выявления места обрыва цепи катушки К первым способом короткий провод контрольной лампы присоединяют к «земле», а длинным касаются точек, отмеченных па схеме буквами ж и з. Вначале при замкнутых контактах а—б контроллера длинный провод от лампы присоединяют к выводу д катушки. Если лампа загорится, то цепь а—б—д исправна, если не загорится, то неисправна. Если при касании вывода е катушки лампа горит тускло, значит, сама катушка и линия до нее исправны и обрыв надо искать на участке от точки е до «земли». Если при касании точки д лампа не загорается,

Рис. 6.22. Схема выявления места обрыва цепи низкого напряжения то присоединяют вывод лампы к точке в, а затем к точке г Если в первом случае лампа будет гореть, а во втором нет, то цепь нарушена в блок-контакте в—г и т.д.

Если при проверке вторым способом (см. рис. 6.22, б) касание выводом лампы точки д вызовет горение лампы тусклым светом, то цепь от точки д до «земли» исправна. Если при прикосновении к точке в лампа вновь будет гореть тусклым светом, то нарушена цепь на участке а—в. Это может быть или обрыв в проводе б—в или нарушение контакта а—б, что уточняют последующей аналогичной проверкой.

Для проверки цепей описанным выше методом следует использовать лампы мощностью не более 25 Вт с сопротивлением, близким к сопротивлению проверяемых цепей.

Приведенные методы можно применять для проверки цепей катушек приводов всех низковольтных аппаратов, за исключением удерживающих катушек электромагнитов главных выключателей локомотивов переменного тока из-за их высокого сопротивления. Эти катушки следует проверять мегаомметром, помня, что при исправной катушке и замкнутом блок-контакте реле давления показания мегаомметра будут отличаться от нуля. Участок цепи до катушки главного выключателя можно проверить также контрольной лампой первым способом (см. рис. 6.22, а).

Проверку на обрыв межкузовных, межсекционных или поездных проводов ведут включением необходимых кнопок или контроллера машиниста в одной из кабин управления. Место обрыва предварительно определяют по отсутствию включения на одной из секций соответствующего аппарата, а дальнейший поиск ведут описанным выше способом, начиная с соответствующего вывода на рейке зажимов.

Проверять на обрыв цепи миогосекционного электровоза можно по схеме, представленной на рис. 6.23, а. Для этого на удаленной секции электровоза или электросекции мотор-вагонпого поезда провод Л7, па котором возможен обрыв, заземляют. Один вывод мегаомметра М

Рис. 6.23. Схема выявления места обрыва в межсекционных проводах заземляют, другой соединяют с началом проверяемой цепи Г. При вращении рукоятки мегаомметра и исправной цепи прибор покажет нулевое значение. Можно проверить целость сразу двух проводов. Для этого провода N1 и N2 (рис. 6.23, б) присоединяют к выводам мегаомметра и эти же провода на конце последней секции соединяют перемычкой. Если прибор покажет неисправность линии, то его подключают к началу проводов секции В, затем переходят на секции Б и А. Если прибор, подключенный к началу проводов секции А, укажет на исправность проводов секции А, значит, обрыв в проводах секции Б.

Обрывы в цепях высокого напряжения, сопровождающиеся электрической дугой, легко выявить по внешним признакам — копоти и запаху горелой изоляции. Уточняют место обрыва с помощью мегаомметра на 2,5 кВ. Электрические повреждения тяговых двигателей, наиболее часто возникающие на электровозах, это — пробои изоляции, обрывы проводов, межвитковые замыкания обмоток и нарушения нормальной коммутации в щеточно-коллекторном узле.

Пробой изоляции происходит в результате ее ускоренного старения из-за частых и порой значительных перегревов и воздействия на нее механических и электрических факторов. У якорей двигателей пробой изоляции чаще всего возникает в местах перегиба секций обмотки при выходе ее из пазов сердечника. Пробои могут возникать и в местах продавливания или истирания изоляции при неправильной укладке клиньев.

У полюсных катушек пробои происходят в месте скрепления выводных концов с последним витком катушки и во внутренних углах, где напряженность электрического поля наивысшая. Велика в этих местах и возможность механических повреждений при монтаже катушки на сердечник. У компенсационной обмотки пробой чаще всего наблюдается в месте выхода стержней из пазов сердечника полюса.

Пробои изоляции машины в эксплуатации устранить нельзя. В редких случаях в депо непосредственно на локомотиве удается изолировать пробитую изоляцию выводных кабелей тяговых двигателей или кабелей, соединяющих катушки добавочных полюсов. Эти места изолируют несколькими слоями лакоткани, натуральной резины и электрокартона и обвязывают их шпагатом.

Поверхности кронштейнов щеткодержателей могут перекрываться при больших бросках напряжения контактной сети, при возникновении кругового огня на коллекторе и повышенной влажности надколлекторного пространства. Влага, попавшая между фарфоровым изолятором кронштейна и изоляцией пальца щеткодержателя, приводит к перекрытию пальца электрической дугой по всей его длине и прожиганию слюды до металла. Пробои и перекрытия пальцев кронштейнов могут возникать при ненормальных режимах электрического торможения или длительном боксовании колесной пары.

Короткое замыкание может возникнуть в любой машине, аппарате и на любом участке цепи как высокого, так и низкого напряжения. В большинстве случаев установить точное место КЗ во время эксплуатации обычно не удается. Его выявляют в депо вначале визуально, а затем проверкой цепи мегаомметром на 2,5 кВ.

Для этого участок цепи с местом предполагаемого КЗ отключают от остальной силовой цепи ножами ОД (рис. 6.24) или подкладывая изоляционные пластины И, И₂ и #₃ под контакты какого-либо аппарата, например реверсора (точки 1 и 2), тормозного переключателя (точка 2) или переключателя 49, и разъединяя кабели и шипы. Вывод «земля» мегаомметра присоединяют к любой заземленной части локомотива, а рабочим выводом поочередно касаются точек 1, 2 и 3. Если установлено, что КЗ имеется в цепи якорей, то до снятия двигателя с электровоза из пего вынимают все щетки (или подкладывают под них изоляционные пластины), изолируют от обмоток якоря цепь добавочных полюсов, компенсационную обмотку и пальцы кронштейнов щеткодержателей. Если окажется, что у двигателя поврежден кронштейн щеткодержателя или кабельная перемычка добавочных полюсов, то кронштейн или перемычку заменяют, не снимая двигатель с электровоза.

Обрыв цепи у двигателя может возникнуть в результате обрыва обмоток полюсов или перегорания кабеля, соединяющего катушки. У катушек полюсов подобные повреждения бывают лишь в местах

Рис. 6.24. Схема выявления мест КЗ в тяговом двигателе без его снятия с электровоза постоянного тока (в), с моторного вагона (б) и электровоза переменного тока (в):

РП — реле перегрузки; ЛК — линейный контактор выхода выводных концов или в соединениях их с концом другой катушки. Обрыв межкатушечиых соединений приводит к отключению защиты с последующим нарушением цепи одного двигателя на ЭПС переменного тока, где все двигатели соединены параллельно, и всей силовой цепи на ЭПС постоянного тока. Однако обрывы обмотки возникают редко. Отмечены такие случаи у входа проводника в шлицевую прорезь петушка коллекторной пластины. Обнаружить такой обрыв можно по подгарам и мелким брызгам меди у петушков в местах обрыва. Кроме того, в этих случаях срабатывает защита.

Межвитковые замыкания возникают, как правило, по тем же причинам, что и пробои, но последствия их иные. При замыкании двухтрех витков катушки главных полюсов двигатель работает без заметных признаков повреждения, хотя несколько повышается искрение па коллекторе и чаще боксует связанная с этим двигателем колесная пара. Реже наблюдаются случаи межвитковых замыканий в катушках добавочных полюсов. Признаками таких замыканий являются повышенное искрение под одной парой щеток и частое срабатывание защиты.

Межвитковое замыкание в катушках якорной обмотки вызывает вспышки на коллекторе и срабатывание защиты из-за большого тока в контуре короткозамкнутого витка, образованного соединившимися один с другим проводниками обмотки, имеющими крайне малое сопротивление. Межвитковое замыкание сопровождается выделением тепла, часто приводящего к пробою на сердечник якоря.

Нарушение коммутации тяговых двигателей внешне проявляется в повышенном искрении под щетками. Продолжительное повышенное искрение может привести к повреждению коллектора, щеток, а в отдельных случаях и к образованию кругового огня на коллекторе. Степень искрения в значительной мере зависит от качества сборки двигателя, в первую очередь от правильности установки полюсов, состояния рабочей поверхности коллектора, правильности подбора и состояния щеток и качества настройки коммутации в целом.

Искрение под щетками усиливается при рекуперативном торможении, особенно при движении с высокими скоростями и при повышенном напряжении, подводимом к двигателю, а также при резких бросках напряжения в контактном проводе, при которых быстрое изменение поля реакции якоря не компенсируется изменением магнитных полей, создаваемых добавочными полюсами и компенсационными обмотками.

В ряде случаев нарушение коммутации может быть вызвано механическими причинами, например низким качеством щеток, плохим состоянием рабочей поверхности коллектора, неправильным положением щеток и ненормальным их нажатием, установкой в один двигатель щеток различных марок и омеднением при трении о коллектор их рабочих поверхностей. Если какие-либо неисправности из перечисленных выше устранить без разборки двигателя нельзя, то двигатель передают в электромашинный цех для обследования и ремонта.

Вспомогательные машины постоянного тока могут получать те же повреждения, что и тяговые двигатели, поэтому их признаки, методы выявления и устранения аналогичны таковым для тяговых двигателей.

В асинхронных электрических вспомогательных машинах неисправности появляются в значительно меньшей степени благодаря отсутствию коллектора и низкому напряжению роторных обмоток. В таких машинах возникают межвитковые замыкания в обмотках статора, обрывы проводов одной из фаз и повреждения подшипников.

Признаками межвиткового замыкания являются срабатывание теплового реле, неравномерный нагрев корпуса машины и ее повышенное гудение. При обрыве одной из фаз цепи ротор перестает вращаться, двигатель греется, гудит, реле тепловой защиты срабатывает и вызывает отключение напряжения двигателя. Небольшие повреждения подшипников приводят к одностороннему притяжению ротора к статору и замедленному его разгону.

В электрических аппаратах цепей высокого напряжения и аппаратов защиты, имеющих подвижные детали, наиболее часто наблюдаются подгары контактов и дугогасительных камер, пробой и перекрытие изоляции, замедленное включение и отключение, поломка деталей привода, нарушение регулировки уставки, обрыв гибких шунтов.

Подгар контактов происходит из-за их слабого взаимного нажатия, замедленного расхождения при отключении, ненормального действия дугогасительных устройств и цепей, когда аппараты разрывают цепи с большой индуктивностью при больших значениях тока.

Подгары выявляют визуально. Они могут быть в виде оплавлений на поверхностях контактов, в виде копоти на асбоцементных перегородках дугогасительных камер. Следует иметь в виду, что периодическая зачистка поверхности контактов или дугогасительных камер не устраняет причину их подгара. Подгар контактов реверсоров и тормозных переключателей возникает редко, в основном из-за ослабления нажатия или неправильного действия блокировок в цепи низкого напряжения. У групповых переключателей кулачкового типа подгар может произойти из-за нарушения профиля кулачковых шайб или их положения на валу, а также из-за повреждения пружин контакторных элементов. На ножах главного выключателя электровоза переменного тока подгары могут возникать при ухудшении условий гашения дуги основными контактами и при преждевременном повороте изолятора в приводе разъединителя.

У главного выключателя электровоза переменного тока и контакторных элементов группового переключателя ненормальное гашение дуги может произойти из-за снижения давления воздуха в воздушной магистрали.

Пробой и перекрытие изоляции аппаратов электрической дугой происходят в результате старения изоляции, ее механического повреждения и загрязнения, при сильной ионизации окружающего воздуха, возникающей в результате неоднократного срабатывания аппаратов с дугогашением, а также при перенапряжениях между отдельными участками цепи. У индивидуальных контакторов, реверсоров и тормозных переключателей возможны пробои изоляции стоек и изоляционных тяг, а у пусковых резисторов при повышенной влажности атмосферного воздуха — пробой изоляционных шпилек и втулок подвесных изоляторов.

Замедленное включение и выключение аппаратов с электропнев- матическим приводом может происходить в результате механических заеданий в их подвижном механизме или неисправности вентилей, к которым можно отнести износ вертикального штока, плохую притирку клапанов к седлам, попадание под клапаны посторонних частиц. Если вентиль пропускает воздух, то причина неисправности заключается в попадании пыли, окалины или нарушении притирки нижнего клапана. Вентиль пропускает воздух при нарушении притирки верхнего клапана. Эту неисправность часто удается устранить повторным нажатием на кнопку вентиля. Замедленное включение может быть также результатом повреждения уплотняющих манжет поршней цилиндров его привода. Устранить такой дефект можно только с разборкой привода. Замедленное отключение силового аппарата может быть также следствием ослабления или излома отключающих пружин или взаимного приваривания силовых контактов аппаратов, а у групповых переключателей с пневматическим приводом — следствием порчи вентилей и манжет привода, подшипников и искривления кулачкового вала. При замедленном повороте вала главного контроллера на электровозе переменного тока срабатывает реле времени, защищая контакторные элементы от подгорания медленно разрывающейся дугой, а секции вторичной обмотки тягового трансформатора и переходные реакторы от перегрузки по току. Другой причиной замедленной работы привода группового переключателя может быть замерзание смазки в картере редуктора привода в зимнее время или приваривание его силовых контактов. Длительная работа переключателя без ремонта приводит к повышенному износу его подвижных частей.

Замедленное включение электромагнитных контакторов происходит в результате перекоса якоря или при механических заеданиях в подвижной системе. Механические повреждения, такие как ослабление пружин, износ шарниров подвижных частей, изгиб деталей и их заедание, приводят также к нарушению регулировки уставок аппаратов защиты.

В тяговых трансформаторах может возникать повышенный нагрев токоведущих элементов, способный привести к снижению диэлектрических свойств трансформаторного масла и органической изоляции. Резкое увеличение выпрямленного тока в цепи двигателей приводит к недопустимому нагреву обмоток индуктивных шунтов, что ухудшает диэлектрические свойства их изоляции и может вызвать пробой. Возможно появление течи масла в трубопроводах и в сварных швах бака. К течи масла приводят неплотности в креплении фланцев и пробок, неудовлетворительное крепление нажимной гайки у изоляторов вторичной обмотки и болтов крышки трансформатора, повреждения резиновой прокладки между крышкой и баком и др. Наблюдаются случаи появления трещин в опорных узлах, отслоения краски па внутренних поверхностях бака, скола и повреждения глазури у фарфоровых изоляторов.

У сглаживающих и переходных реакторов, индуктивных шунтов и трансформаторов чаще всего возникают перекрытия между витками катушек, повреждения изоляции, трещины в шинах.

Для бесконтактной силовой аппаратуры наиболее характерен сквозной пробой плеча выпрямительной установки, одиночный пробой вентиля, повышенный обратный ток вентиля, нестабильность вольт-амперной характеристики диода или тиристора, обрыв внутренней цепи вентиля, механические и другие повреждения. Одиночный пробой вентиля может быть вызван большим обратным током. Потеря вентильных свойств возможна и при перекрытии кремниевой пластины по ее боковой поверхности внутри корпуса. Кроме того, у вентилей могут оказаться повышенные значения обратного тока, что ведет к его перегреву и тепловому пробою.

У аккумуляторных батарей основной неисправностью является понижение их емкости из-за накопления в электролите углекислых солей — карбонатов, снижающих качество щелочи. Этот процесс наиболее активно проходит при повышенной температуре, плохом креплении пробок, недостатке в электролите едкого лития, загрязнении его вредными примесями. При температуре выше 45 °С активная масса пластин размягчается, ослабляется ее связь с решеткой, что может вызвать ее сползание. В аккумуляторных батареях могут возникать также саморазряд, газовыделения, механические повреждения, снижение напряжения ниже допустимого, короткие замыкания в результате отложения шлама или повреждения сепаратора.

В электрической проводке наиболее характерными неисправностями являются замыкания на корпус, замыкания между проводами, обрыв или перегорание проводов, их чрезмерный нагрев. Обрывы и замыкания одновременно в нескольких проводах происходят редко, но могут иметь место в кондуитах при плотной укладке силовых проводов.

Вспомогательное оборудование и электрические машины, аппараты электровоза

Электрическое оборудование контактного электровоза включает в себя тяговые электродвигатели, электродвигатели компрессора и вентилятора, электромагниты пневмоклапанов, аппаратуру управления электродвигателями (пусковые реостаты и контроллер или устройство комплектное тиристорное), токоприемники, фары и сигнальные фонари, выключатель блокировки сиденья машиниста и др.

При реостатной схеме управления пуск электровоза, регулирование скорости его движения и тормозного усилия при динамическом торможении производится контроллером путем изменения сопротивления на различных позициях пускового реостата, включенного в цепь тяговых двигателей. Пусковые сопротивления состоят из отдельных элементов с большим удельным сопротивлением, выполненных, например, из фехраля.

Устаревшая реостатная схема управления тяговыми электродвигателями наиболее простая, но имеет такие существенные недостатки, как большие (до 20—30 %) потери энергии в сопротивлениях ввиду необходимости работы с пониженными скоростями на реостатных характеристиках, резкое изменение тока и силы тяги при переходе с одной пусковой позиции на другую, вследствие чего недоиспользуется сила сцепления колес электровоза с рельсами в период пуска. Неэкономичность реостатной схемы управления особенно ощутима в аккумуляторных электровозах ввиду ограниченной энергоемкости аккумуляторных батарей.

Электрическая схема электровоза обеспечивает управление тяговым электроприводом, вспомогательным электрооборудованием и выполняет следующие функции: плавный разгон и изменение скорости электровоза и ее стабилизации в пределах от минимальной до допустимой; реверсирование тяговых двигателей и электродинамическое торможение; автоматическое ограничение тока тяговых двигателей при их пуске, регулировании скорости; управление двигателем компрессора в функции давления воздуха в пневмосистеме; контроль температуры тяговых двигателей; защита электрооборудования от токов короткого замыкания; питание стабилизированным напряжением 24 В вспомогательного электрооборудования от аккумуляторной батареи при кратковременном отключении токоприемника от троллейного провода; управление токоприемником, песочницами, автосцепками и стрелочными переводами из кабины машиниста; блокировка рабочего места машиниста с отключением тяговых двигателей и др.

На электровозах применяют тяговые двигатели постоянного тока последовательного возбуждения, которые по сравнению с двигателями параллельного возбуждения обладают рядом преимуществ: большие перегрузочная способность и пусковой момент, меньшая чувствительность к колебаниям напряжения и др.

Основные параметры тягового двигателя можно определить по его электромеханической характеристике (рис. 10.7), представляющей собой зависимость силы тяги F на ободе ведущих колес (взамен вращающего момента на валу двигателя), скорости движения электровоза v (взамен частоты вращения вала двигателя) и КПД η от тока двигателя 1.

Рис. 10.7. Электромеханическая характеристика тягового двигателя электровоза К14М

За номинальный режим работы тяговых двигателей принимают часовой режим, при котором допустимая температура нагрева обмоток двигателя достигается через 1 ч его работы. В характеристике двигателя указывают часовую силу тяги F_час, часовую скорость ν_час и часовой ток I_час Длительному режиму соответствует такой ток I_дл, при котором допустимая температура обмоток двигателя достигается за неограниченно длительное время. Отношение I_дл/I_час = 0,4÷0,45 называется коэффициентом вентиляции.

Применяются три системы управления тяговыми двигателями электровоза — реостатная, безреостатная и тиристорно-импульсная.

В аккумуляторных электровозах используется безреостатная схема управления, основанная на принципе параллельного или последовательного включения равного числа элементов аккумуляторной батареи. Соответствующей комбинацией включения секций аккумуляторной батареи и тяговых электродвигателей обеспечивают напряжение на электродвигателях, составляющее 25, 50 или 100% от номинального. Например, при использовании аккумуляторной батареи из двух секций можно получить 5 безреостатных позиций (при реостатной системе — 2). При безреостатной системе управления (по сравнению с реостатной) снижаются потери энергии, однако сила сцепления колес электровоза с рельсами в период пуска реализуется неполностью.

В контактных электровозах КТ14 и КТ28 применена тиристорная система управления тяговыми двигателями, основанная на широтно-импульсной модуляции подводимого к электродвигателям напряжения. Эта система управления обладает рядом преимуществ: плавный пуск и регулирование скорости без потерь; повышение пускового тягового усилия, которое ограничивается только предельным значением коэффициента сцепления колес электровоза с рельсами; повышение надежности электрооборудования за счет устранения контактной коммутационной и пускорегулирующей аппаратуры. Разгон, замедление и стабилизация скорости движения электровоза осуществляются автоматически.

В контактных электровозах КТ14 и КТ28 тяговые двигатели имеют повышенную длительную мощность и принудительную вентиляцию. Для этих электровозов разработана аппаратура автоматического управления с тиристорным регулятором, обеспечивающая: бесступенчатое задание скорости электровоза и ее стабилизацию в пределах от минимальной (0,6 м/с) до допустимой по технической характеристике (8 м/с); автоматическое ограничение тока тяговых двигателей при их пуске, регулировании скорости, перегрузках и торможении; блокировку движения электровоза при одновременном управлении из двух кабин; выдачу сигналов на управление электромагнитными рельсовыми тормозами и стрелочными переводами.

Система управления двумя спаренными электровозами (КТ28) на базе тиристорных преобразователей обеспечивает: управление электровозом одним машинистом из кабины ведущего электровоза; независимую работу двигателей в двигательном и тормозном режимах; независимое регулирование двигателей для перераспределения тяговых усилий с целью предотвращения буксования и улучшения тяговых и тормозных характеристик.

Съем тока с контактного провода осуществляется дуговыми токоприемниками (реже — штанговыми) с алюминиевыми контактными вставками, позволяющими уменьшить износ контактного провода. При наличии на электровозе одного токоприемника возникает искрение вследствие отрыва пути от провода при ударах на стыках рельсов. На современных конструкциях контактных электровозов устанавливают два токоприемника, независимо поджимаемые к проводу пружинами и позволяющие уменьшить искрообразование, так как в случае нарушения взаимодействия одной из дуг с контактным проводом ток поступает по другой дуге, что исключает полный разрыв электрической цепи.

Источниками энергии для аккумуляторных электровозов являются тяговые щелочные никель-железные (ТНЖ и ТНЖШ) и никель-кадмиевые (ТНК) шахтные аккумуляторные батареи. Щелочные аккумуляторы по сравнению с кислотными свинцовыми аккумуляторами имеют больший срок службы, большие механическую прочность и выносливость в работе, просты в обслуживании и способны находиться длительное время в разряженном состоянии. Изготавливают батареи различной емкости типа 66ТНЖШ-350-У5, 112ТНЖШ-500-У5 и т. д. Условное обозначение аккумуляторной батареи расшифровывается следующим образом: цифры перед буквами — число последовательно соединенных элементов в батарее, после букв — номинальная емкость в ампер-часах; ТНЖШ — тип батареи (тяговая никель-железная шахтная); У — климатическое исполнение (для работы при температуре окружающей среды от —20 до +45 °С); 5 — категория климатического исполнения. Стандартные емкости аккумуляторных батарей — 300, 350, 500 и 550 А·ч.

Аккумуляторы монтируют в батарейных ящиках и соединяют между собой последовательно. Батарейный ящик сверху закрывают плотной крышкой, имеющей блокировку, которая позволяет открывать крышку только при снятой с электровоза батареи.

В батарейных ящиках во взрывобезопасном исполнении (РВ) для окисления выделяющегося из аккумуляторов водорода устанавливают катализаторы, состоящие из набора палладиевых элементов, а также щелевые пакеты, предназначенные для разгрузки ящика от внутреннего давления в случае возникновения взрыва внутри ящика и обеспечения вентиляции надэлементного пространства батареи. Изменение концентрации водорода регистрируется автоматическим газоанализатором в диапазоне от 0 до 6% и фиксируется на световом табло в кабине машиниста.

Общие сведения об электрических цепях и схемах электровоза

Электровоз имеет разнообразное электрическое оборудование — от мощных электрических тяговых двигателей до высокочувствительных электрических аппаратов и приборов. Устройству и действию электрического оборудования электровозов в настоящей книге уделено основное внимание. При этом краткости изложения, его доступности и ясности во многом должны способствовать, как и в любой технической книге, иллюстрации.
Не всегда для понимания принципа устройства и действия того или иного электротехнического изделия или какого-либо механизма необходимо изображать его точно в таком виде, какой оно имеет в действительности. Довольно часто достаточно ограничиться условными схематическими изображениями тех или иных устройств. Поэтому прежде чем перейти к описанию оборудования электровозов, познакомимся с условными графическими изображениями. Для нашей книги наибольший интерес представляют условные обозначения, принятые в электрических схемах.
Условные графические обозначения не выбирают по желанию и вкусу исполнителя или потребителя, они устанавливаются государственными общесоюзными стандартами (ГОСТами). Это позволяет всем, кто сталкивается в процессе работы с такими условными изображениями, легко понимать их.
Составляя стандарты на условные графические обозначения, стремятся к тому, чтобы обозначения по возможности выражали наиболее характерные особенности изделия, были просты для запоминания, требовали минимального времени для вычерчивания, учитывали принятые международные обозначения. Например, генераторы, электродвигатели и другие электрические машины имеют вращающиеся цилиндрические части (якорь, ротор), поэтому в основу их условного обозначения положена окружность. Электрические машины постоянного тока характеризуются наличием щеток, скользящих по коллектору. Чтобы отразить это, в условные обозначения машин введены два незачерненных прямоугольника, касающихся окружности. Как уже было отмечено, графические условные обозначения по возможности стремятся упростить. На рис. 6 показано, как постепенно упрощалось, например, изображение катушки индуктивности.

Рис.6 Постепенное упрощение изображения катушки индуктивности

Чтобы оценить, насколько упрощается выполнение рисунков при использовании условных графических обозначений без ущерба для понимания принципа действия, например, зубчатого редуктора, вернемся к рис. 3, а. На нем изображен редуктор, состоящий из двух зубчатых колес, которые показаны образующимися линиями в соответствии с ГОСТ 2.770—68. Конечно, можно было бы показать зубчатые колеса в натуральном виде, однако это не способствовало бы лучшему пониманию принципа действия редуктора, но зато значительно усложнило бы рисунок. Безусловно, в тех случаях, когда нужно разъяснить не принцип действия какого-либо изделия, а дать представление о его устройстве, общем виде, условное графическое обозначение не заменит чертежа или рисунка (см., например, рис. 2).

Электрические схемы

Электрическая схема — это чертеж, на котором показано упрощенное и наглядное изображение связи между отдельными элементами электрической цепи, выполненной с применением условных графических обозначений, и позволяющий понять принцип действия устройства. В отличие от машиностроительных и строительных чертежей электрические схемы выполняют без соблюдения масштаба, а действительное пространственное расположение составных частей установки не учитывают или учитывают приближенно.
Напомним, что любая электрическая цепь состоит из источников энергии и ее потребителей. Кроме того, в электрическую цепь входят аппараты для включения и отключения всей цепи или отдельных ее участков и потребителей, измерительные приборы, устройства защиты и другие аппараты.
Электрические цепи современных электровозов содержат много электрических машин, аппаратов и приборов. Эти цепи настолько сложны, что ни изготовить, ни наладить, ни эксплуатировать, ни ремонтировать электрооборудование электровоза невозможно, не имея соответствующих чертежей — схем.
Графические обозначения элементов устройства и соединяющие их линии располагают на схеме таким образом, чтобы обеспечить наилучшее представление о структуре изделия и взаимодействия его составных частей. ГОСТ 2.701—84 «Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению» устанавливает виды и типы схем изделий всех отраслей промышленности и подразделяет схемы на электрические, пневматические и кинематические. Нас интересуют электрические схемы и в некоторой степени пневматические и кинематические.
В соответствии с ГОСТ 2.701—84 в зависимости от назначения электрические схемы разделяют на следующие: структурные, функциональные, принципиальные (полные), соединений (монтажные), расположения и некоторые другие. Далее будут рассматриваться в основном принципиальные схемы и иногда структурные.
Структурные схемы определяют основные функциональные части изделий (установки), их назначение и взаимосвязи. Структурные схемы разрабатывают при проектировании изделий. Они предшествуют разработке схем других типов; пользуются структурными схемами для общего ознакомления с изделием.
Функциональные схемы позволяют понять определенные процессы, протекающие в отдельных функциональных цепях изделия или в изделии в целом. Они служат для более углубленного ознакомления с электрическим оборудованием. Функциональными схемами пользуются для изучения принципов работы установки при ее наладке, контроле и ремонте.
На принципиальной (полной) схеме показывают все элементы, входящие в установку, связи между ними; схема дает детальное представление о работе установки. Элементом схемы называется составная часть ее, которая не может быть разделена на другие части, имеющие самостоятельное функциональное значение (резистор, конденсатор, трансформатор и т. д.). Принципиальными схемами пользуются для изучения принципов работы электроустановки, при ее наладке, контроле и ремонте. Эти схемы служат основанием для разработки других конструкторских документов, например схем соединений (монтажных) и чертежей.
Схемами соединений (монтажными) пользуются при монтаже электротехнических изделий, когда необходимо точно знать, как разместить все оборудование, как проложить и подключить провода, жгуты, кабели, а также места их присоединения.

Познакомимся подробнее с общими правилами выполнения принципиальных схем. На принципиальной схеме показывают условными графическими обозначениями все электрические элементы электроустановки, а также все электрические связи между ними. Связи по возможности изображают прямыми линиями с наименьшим числом пересечений. Линии связи должны быть, как правило, показаны полностью, обрывать их допускается лишь в схемах очень большого размера.
Применительно к электровозам различают следующие принципиальные схемы:

·                     тяговых силовых цепей, которые содержат устройства, предназначенные для реализации тяговой мощности; в эти цепи входят тяговые электрические двигатели, пусковое оборудование, силовая коммутационная аппаратура, различные реле и т. д.;

·                     электрических цепей управления, к которым относятся цепи управления электрическими аппаратами, сигнализации, автоматики и др.;

·                     вспомогательных цепей, в которые входят вспомогательные машины и устройства отопления, т. е. оборудование, предназначенное для обеспечения собственных нужд электрического подвижного состава.

По исполнению принципиальные схемы могут быть совмещенными и разнесенными.
В совмещенных схемах машины, аппараты и приборы изображают в одном месте со всеми относящимися к ним обмотками и контактами. Электрические связи   между   отдельными  элементами показывают линиями. Такие схемы наглядны только при рассмотрении несложных электрических установок. При большом количестве связей схема получается запутанной, и ее трудно читать. Поэтому для изучения сложных электротехнических изделий, в том числе и электровозов, пользуются разнесенными схемами.
В разнесенных схемах контакты и обмотки всех аппаратов, машин и приборов, показанных в конкретной схеме, изображены отдельно и соединены друг с другом в последовательности, соответствующей прохождению тока. На схемах с разнесенным изображением все элементы одного и того же аппарата должны иметь одинаковое обозначение.
Например, на рис. 7 дана упрощенная принципиальная схема управления быстродействующим выключателем БВ силовой цепи электровоза постоянного тока.

Все элементы, принадлежащие БВ, имеют одинаковое обозначение: 51-1. На рис. 7 изображены контакты аппарата, относящиеся только к цепи управления, а силовые контакты БВ обычно показывают на схеме тяговых силовых цепей. Расположение контактов и катушек в схеме обусловлено электрическими соединениями с элементами других аппаратов, например дифференциального реле, обозначенного 52-1. Нетрудно заметить, что элементы дифференциального реле показаны в схеме разнесенными. Кнопочные выключатели с поясняющими надписями Возврат БВ и БВ служат для включения этого аппарата, но не являются его составной частью. Они располагаются на пульте управления машиниста и каждая пара имеет свой номер 81-1 и 82-2. Электровозы конструктивно исполнены в двух и более секциях и последняя отделенная чертой цифра показывает, в какой из них расположено оборудование. Как следует из условных обозначений быстродействующего выключателя и дифференциального реле, аппараты находятся в первой секции электровоза по одному на единицу электроподвижного состава, а управление ими  осуществляется  из   кабин   машиниста, оборудованных кнопочными выключателями 81-1 (82-2) и контроллерами 95-1 (96-2).
Разнесенным способом допускается вычерчивать как всю схему, так и ее отдельные части. Отдельные цепи должны быть расположены одна под другой и образовывать параллельные строки (строчный способ выполнения разнесенной схемы). Допускается располагать строки на схеме и вертикально. При выполнении схемы строчным способом рекомендуется параллельные строки нумеровать. На рис. 7 каждая строка имеет свой номер: К62, К50, 47 и т. д.
Для правильного чтения схемы нумеруют и отдельные участки проводов. Так, на одной из строк рисунка имеются следующие элементы с номерами: провод и контакт 47 главного вала 95-1, провод Н130, кнопочные выключатели 81-1 (Возврат БВ и БВ), межсекционный разъем, провод К50, кнопочные выключатели 82-2, провод HI31, провод и контакт 47 главного вала 96-2.
Каждый элемент, входящий в схему, имеет буквенно-цифровое обозначение. Такое обозначение представляет собой сокращенное условное наименование как отдельного элемента, так и устройства в целом. В соответствии с ГОСТ 2.710—81 «Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах» установлены буквенные коды наиболее распространенных видов элементов: С — конденсаторы; L — катушки индуктивности, дроссели; G — генераторы, источники питания; М — двигатели; Г — трансформаторы, автотрансформаторы; Р — приборы, измерительное оборудование; V — приборы полупроводниковые; К — реле, контакторы и т. д.
Для уточнения назначения некоторых элементов рекомендуются обозначения, состоящие из сочетания нескольких букв. Так, трансформатор тока обозначается ТА, трансформатор напряжения — TV, диод — VD, тиристор — VS, реле напряжения — KV, измерительные приборы амперметр, вольтметр, ваттметр — соответственно PA, PV, PW.
Цифры, как правило, необходимы для обозначения одного из нескольких однотипных элементов, имеющихся в схеме; их ставят за буквенным обозначением (например, Rl, R2, ..., Ml, М2, ...).
При необходимости допускается применять обозначения и пояснения, не установленные стандартом. Содержание и способ записи таких обозначений поясняются на схеме или в сопутствующем тексте, т. е. документации на изделие. Например, на рис. 7 дана дополнительная информация о быстродействующем выключателе: пояснено функциональное значение кнопочных выключа­телей 81-1, т. е. выключателей Возврат БВ и БВ (включение БВ).

Принципиальные схемы соответствуют отключенному положению изделия. Это очень важное условие, так как одни контакты аппаратов, если обмотки их обесточены, по условиям работы электровоза должны быть разомкнуты, а другие замкнуты. Если же ток проходит по обмоткам аппарата, то разомкнутые контакты,   наоборот,   будут  замкнуты, а замкнутые — разомкнуты. Контакты, которые замыкают те или иные электрические цепи при прохождении тока по обмоткам аппаратов, называются замыкающими. Если контакты аппаратов при прохождении тока по их обмоткам размыкают электрические цепи, их называют размыкающими. На схемах контакты изображают в положениях при отсутствии внешних принудительных сил, воздействующих на подвижные контакты.
Ясному представлению о работе любого электрического устройства, умелой его эксплуатации, быстрому устранению неисправностей во многом способствует умение разбираться в электрических схемах, или, как говорят, читать их. Как книгу, схему начинают читать с названия. Затем, зная условные графические обозначения, определяют, какие машины и аппараты входят в электрические цепи. Однако, выяснив это, еще нельзя считать, что схема прочитана. Прочесть схему — значит понять, как работает рассматриваемая цепь. Для этого необходимо знать основные законы электротехники, уметь проследить цепь, а также проверить правильность сделанных предположений. Необходимо также иметь ясное представление о том, как устроены и работают аппараты и машины, входящие в цепь, и о многом другом в зависимости от назначения и сложности цепи, изображенной на схеме.
Прежде всего определяют пути прохождения тока, устанавливают, как при этом работают машины и аппараты, входящие в цепь. Отправной точкой при определении путей тока в схемах установок постоянного тока чаще всего служит положительный полюс источника питания, а конечной — его отрицатель­ный полюс. В установках переменного тока началом цепи обычно считают одну из фаз питающей сети, а концом — какую-либо другую фазу или нулевой провод.
Вернемся к рис. 2, на котором показаны основные сооружения и оборудование, обеспечивающие электроснабжение электрифицированной дороги. Изготовление такого рисунка сопряжено со многими неудобствами: сложностью изображения, трудностью размещения отдельных элементов и т. п. Кроме того, в данном случае не решена главная задача — наглядно показать путь тока от тяговой подстанции к потребителю (электровозу) и обратно к подстанции.
Используя соответствующие условные графические обозначения, можно тот же рисунок показать в виде структурной схемы (рис. 8).

Схема дает наглядное представление об электрических связях и оборудовании системы электроснабжения электрифицированной железной дороги постоянного тока. При этом на рис. 8, а даны полные названия элементов, показанных на рис. 2, для более четкого понимания их условных графических изображений. На рис. 8, б применены условные обозначения элементов в соответствии с ГОСТ 2.710—81.
Принципиальные схемы выполняют в многолинейном и однолинейном изображениях. При многолинейном способе каждую цепь одной и той же системы изображают отдельной линией (см. рис. 8, а), а элементы аппаратов в их условном изображении дают отдельно для каждой цепи (фазы). В случае однолинейного способа все цепи одной и той же системы (например, три фазы трехфазной цепи) изображают одной линией (см. рис. 8, б), все три ножа выключателя или разъединителя и многофазную линию связи обозначают одной линией. Число поперечных черточек на линиях электрической связи однолинейной схемы указывает число фаз.
Простейшее изображение силовой цепи электровоза постоянного тока приведено на рис. 9, электровоза переменного тока — на рис. 10. Эти очень упрощенные схемы силовых цепей выполнены с использованием условных графических и буквенных обозначений, предусмотренных соответствующими стандартами.

Для определения путей прохождения тока в силовых цепях электровозов за отправную принимают точку соприкосновения токоприемника и контактного провода. Это справедливо для электровозов постоянного и переменного тока. Однако какие аппараты в силовой цепи будут срабатывать при прохождении тока и к чему это приведет, нельзя сказать, не зная назначения и устройства этих аппаратов.
Срабатывание любого аппарата силовой цепи электровоза всегда оказывает то или иное воздействие на тяговые двигатели — осуществляется их пуск, регулируется частота вращения, изменяется направление вращения (реверсирование) , производится переключение в режим электрического торможения и т. д. Следовательно, для того чтобы свободно читать электрические схемы электровозов, надо прежде всего знать, как устроены и как работают тяговые двигатели, разобраться в их свойствах (характеристиках). Разумеется, необходимо также иметь представление об устройстве и назначении различных аппаратов, входящих в цепи тяговых двигателей.