Устройство электровоза (Часть 1)

А вообще, зададимся вопросом, что такое электровоз? Тепловоз мы с вами в предыдущих моих статьях немножко изучили, теперь пришло время познакомиться с электровозом, этим славным представителем семьи локомотивов.

Что такое электровоз и как он работает

Электровоз – очень мощная машина и эту мощность можно повышать существенно, чего не скажешь про тепловоз. Практически все железные дороги нашей страны уже электрифицированы, поэтому электровоз является главным в семье локомотивов. Итак, электровоз — это локомотив, который работает, используя электрический ток, получая его от контактной сети, через контактный провод, поэтому требует для своей работы большой инфраструктуры: контактная сеть, тяговые подстанции и т.д., но он хорошо выигрывает в мощности, скорости и является более экономичным в своей эксплуатации. На наших железных дорогах применяется для питания электровозов две системы тока: постоянный и переменный. Напряжение в контактной сети постоянного тока составляет — 3000 Вольт, а в контактной сети переменного тока – 25000 Вольт.

Исходя из этого на железных дорогах эксплуатируются электровозы двух родов тока: постоянного и переменного, есть и представители, совмещающие в своей конструкции обе системы, так называемые, электровозы двойного питания, про них я ниже расскажу. Давайте рассмотрим, что общего в конструкциях электровозов.

Тяговые электродвигатели

Немного освежим в памяти основы электротехники. Если в магнитное поле мы поместим какой-нибудь проводник (рамку) и начнем ее вращать, то в этой самой рамке будет возникать электрический ток, таким образом мы получаем генератор. А если по этой рамке пропустить ток, то получится электродвигатель. Из законов физики известно, что вокруг проводника с током создается магнитное поле – теперь эти оба магнитных потока складываются и вращают рамку с током. В этом и заключается принцип работы всех электродвигателей.

Более подробно это выглядит так: все тяговые электродвигатели (ТЭД) электровозов сложные электрические машины, постоянными магнитами наша промышленность просто не сможет снабдить все электромашины, поэтому магнитный поток, необходимый для вращения якоря, создается в проводниках, путем пропуска по ним электрического тока, это называется – обмотка возбуждения и располагается она в остове электродвигателя по всей его окружности. Эта обмотка включает в себя главные полюса, добавочные полюса и компенсационную обмотку. Якорь тягового электродвигателя состоит из сердечника, коллектора и обмотки, которая укладывается в пазы сердечника. Величина тока в обмотке возбуждения и в обмотке якоря регулируется, соответственно обороты якоря и мощность электродвигателя.

• 

• 

Существует режим реостатного и рекуперативного торможения, то есть, ток от якоря тягового электродвигателя (ТЭД) отключается и якорь вращается в магнитном поле обмотки возбуждения, а это уже генератор. В генераторах возникает сила, называемая противо ЭДС, эта сила всегда направлена против вращения якоря, и она довольно большая. Поэтому в режиме реостатного или рекуперативного торможения электровоз тормозит всеми своими ТЭД, без применения автоматических тормозов, что очень эффективно на затяжных спусках и обеспечивает плавность ведения грузовых и пассажирских поездов. Вот на эти ТЭД и работают все системы электровоза.

Практически на всех электровозах обоих систем тока применяются тяговые электродвигатели постоянного тока. Это коллекторные двигатели со щеточным аппаратом, по которому подается ток на якорь двигателя. Велись активные разработки по применению на электровозах асинхронных тяговых электродвигателей переменного тока, что значительно удешевит стоимость локомотива и уменьшит его вес, но возникали трудности с системами управления этими двигателями. В настоящее время эта проблема решена и уже эксплуатируется парк электровозов с асинхронными ТЭД.

Тележки

Итак, общее в электровозах – тяговые электродвигатели постоянного тока, которые устанавливаются в тележках. Тележка представляет собой рамную конструкцию, на раме которой и крепятся ТЭД. Существует два вида подвески ТЭД: опорно-осевая и опорно-рамная.

Опорно-осевая подвеска ТЭД

В первом случае ось колесной пары закрепляется в пазах двигателя и закрывается крышками, в которых находится смазочный материал: косы из специального материала, смазывающиеся маслом (польстер). Вся эта конструкция называется – моторно-осевой подшипник. На концах оси колесной пары (с одной или с обоих сторон) напрессованы тяговые шестерни, которые входят в зацепление с шестернями, расположенными на якоре электродвигателя. Этот тяговый редуктор закрывается кожухом. Другой конец тягового электродвигателя закрепляется за балку на раме тележки.

Опорно-рамная подвеска ТЭД

Во втором случае, ТЭД крепится к раме тележки, а ось колесной пары с напрессованной на ней тяговой шестерней закреплена с шестерней ТЭД в специальном редукторе, эта схема не требует установки моторно-осевых подшипников и постоянного контроля за уровнем смазки в них.

Как передается тяговое усилие от колесных пар к автосцепкам?

На концах осей колесных пар расположены буксовые узлы. На всех современных электровозах применяются бесчелюстные (поводковые) буксы. Ведь вращающий момент и тяговое усилие от ТЭД и соответственно колесной пары необходимо передать на раму электровоза, а через нее на весь состав. Поэтому тележки имеют, так называемые, приливы, именно к этим приливам через резинометаллические поводки и закреплены буксы. Сами тележки установлены на шкворнях на раме кузова и могут свободно перемещаться в соответствии с профилем пути. Таким образом все необходимые тяговые усилия передаются на раму кузова, на ней с обоих сторон установлены автоматические сцепки, которые соединяются с автосцепками вагонов и вперед, поехали!

На тележках устанавливаются гидравлические гасители колебаний, пружины и рессоры. Тележки могут быть трехосными, двухосными и даже четырехосными, но в настоящее время все отечественные электровозы имеют двухосные тележки и в зависимости от конструкции, электровоз может опираться на две или три двухосные тележки (ВЛ85 ,ВЛ65, ЭП1).

Оборудование электровоза

Электровозы обоих систем имеют, как правило, унифицированный кузов, в котором размещено все оборудование. Пассажирские электровозы имеют свои особенности по конструкции кузова.

Токоприемник

На крышах электровозов располагаются токоприемники – это трубчатая конструкция, на самом верху которой закрепляется, через каретку, полоз токоприемника, в полозе устанавливаются угольные или угольно-керамические вставки, которые и скользят по контактному проводу, передавая ток на токоприемник и далее на силовые цепи.

• 

• 

Могут применятся и другие материалы, вместо угольных вставок. На токоприемниках электровозов постоянного тока устанавливается, как правило, два полоза, для улучшения токосъема. Токоприемник поднимается при подаче воздуха из цепей управления в пневматический цилиндр, преодолевая усилие возвратных пружин. При опускании токоприемника воздух из цилиндра выходит в атмосферу и возвратные пружины опускают токоприемник на крышу. Неисправный токоприемник может быть отключен от силовой цепи ручным разъединителем.

Вспомогательные машины

Надо отметить, что воздух для любого электровоза – это очень важный элемент в его работе. Без воздуха не поднимешь токоприемник, не подключишь силовые контакты и т.д. На всех электровозах существуют вспомогательные компрессоры, которые могут накачать давление в цепях управления до величины, необходимой для поднятия токоприемника.

Электровозы обоих систем тока имеют электрические мотор-вентиляторы для охлаждения ТЭД и других устройств, мотор-компрессоры для накачивания воздуха в главные резервуары локомотива, а оттуда во все системы электровоза и автоматические тормоза поезда.

Все электровозы управляются через контроллеры (разных конструкций) из кабины машиниста и оснащены всем необходимым оборудованием для ведения поезда (прожекторы, краны машиниста-усл. №395 и усл. №254, КВ и УКВ радиостанции, буферные фонари, санузлы и т.д.). На крышах электровозов, помимо упомянутых выше токоприемников, располагаются жалюзи вентиляторов, антенны, изоляторы, шунты, токопроводящие шины и другое оборудование. На пассажирских электровозах установлены системы отопления пассажирских вагонов (3000 В).

Какие бывают электровозы

Грузовые электровозы работают обычно в двухсекционном или трехсекционном исполнении, могут соединяться и два двухсекционных электровоза. Все межсекционные соединения производятся кабелями (жоксами), электровозы управляются с одного пульта, это называется – по системе многих единиц.

• 

• 

В настоящее время строятся электровозы в трехсекционном и четырехсекционном исполнении, с возможностью прохода во все секции при движении, промежуточные секции уже не имеют кабин управления и называются – бустерными. Вот в целом и сходства электровозов двух систем тока. А различия рассмотрим в следующих статьях: электровозы постоянного тока, переменного тока, двойного питания.