Лекция 9,10
Силовые цепи возбуждения тяговых электрических машин тепловоза. Цепи включения тягового режима и управления движением тепловоза.
Большинство тепловозов, эксплуатируемых локомотивными депо, оборудовано электрической передачей мощности.
Первые серийные тепловозы американского производства (советское обозначение Да) поступили в СССР во время Второй мировой войны. В пятидесятые годы ХХ века было начато производство отечественных тепловозов ТЭ1, ТЭ2, ТЭМ1, оборудованных передачей, принципиально не отличающейся от передачи тепловозов Да. Из ныне эксплуатируемых серий подобной, но несколько модернизированной передачей оборудованы тепловозы ТЭМ2 различных индексов, ТЭМ15, ТЭМ17, ТЭМ18.
Развитие преобразовательной техники (в первую очередь, появление достаточно мощных полупроводниковых выпрямителей) произвело революцию в электрической передаче мощности. В середине шестидесятых годов ХХ века СССР был начат серийный выпуск тепловозов нового поколения: М62, ТЭ10 и ТЭП60, имевших значительно более совершенную передачу. Широкое применение устройств переменного тока (прежде всего магнитных усилителей) позволило успешно решить проблему полноты использования свободной мощности дизеля, исключив при этом из схемы тепловоза ненадёжные и дорогостоящие вибрационные аппараты.
Дальнейшее развитие полупроводниковой техники привело к появлению в середине семидесятых годов ХХ века серийных тепловозов с передачей переменно-постоянного тока: сначала 2ТЭ116, а затем ТЭП70 и ТЭМ7А.
Передача этих тепловозов выгодно отличается от передачи постоянно-постоянного тока большей компактностью, надёжностью и простотой в обслуживании. Появление такой передачи сделало возможным создание тепловозов с мощностью дизеля 4000 л.с. в секции и даже 6000 л.с. (опытные тепловозы ТЭП75, ТЭП80, ТЭ136, 2ТЭ126).
Электрическая передача. Электрическая передача любого тепловоза состоит из тягового генератора (ТГ), ротор которого приводится во вращение коленчатым валом дизеля, тяговых электродвигателей (ТЭД), якори которых через тяговые редукторы приводят во вращение колёсные пары, и системы возбуждения тягового генератора. Тяговые генераторы всех тепловозов имеют независимое возбуждение от специальной электрической машины – возбудителя.
На тепловозах, электровозах, электропоездах, городских трамваях, троллейбусах, применяют тяговые электродвигатели последовательного возбуждения, которые имеют высокую устойчивость к боксованию и реализуют большую силу тяги. Магнитный поток полюсов статора такого двигателя, если пренебречь насыщением, пропорционален силе якорного тока, в связи с чем при увеличении частоты вращения якоря, сопровождающем развитие боксования, вращающий момент якоря снижается больше, чем у двигателя независимого (параллельного) возбуждения. Такое снижение вращающего момента якоря и соответственно силы тяги способствует прекращению боксования.
Специфической особенностью службы тяговых электродвигателей является широкий диапазон изменения частоты вращения якоря в процессе работы.
В процессе разгона тепловоза частота вращения якорей ТЭД возрастает, увеличивается и их противоЭДС, что приводит к уменьшению силы якорного тока, а следовательно, и реализуемой мощности ТЭД. Для поддержания мощности тягового электродвигателя Р = UI на постоянном уровне требуется соответствующее повышение напряжения, подводимого к ТЭД, т.е. возрастание напряжения ТГ. Последнее достигается тем, что система управления возбуждением ТГ повышает силу тока, протекающего по его обмотке возбуждения.
Рис. Зависимость вращающего момента М на валу якоря от частоты вращения n при неизменном подведённом напряжении для двигателей последовательного (а) и независимого (параллельного) (б) возбуждения.
Рис. Зависимость напряжения тягового генератора U от силы тока I в его якорной цепи, формируемая системой автоматического регулирования тяговой передачи:
Umin и Umax, Imin и Imax – соответственно минимальные и максимальные значения напряжения тягового генератора и силы тока в его якорной цепи, Р – мощность тягового электродвигателя.
Напряжение генератора невозможно повышать до сколь угодно большой величины. Этому препятствует насыщение его магнитной системы. В какой-то момент разгона сила якорного тока ТЭД упадёт настолько, что для поддержания мощности ТГ его напряжение придётся повысить до предельной величины. Для обеспечения возможности продолжения разгона ослабляют поле ТЭД: параллельно его обмоткам возбуждения подключают сопротивления, в которые ответвляется часть якорного тока.
Сила тока возбуждения и магнитный поток полюсов ТЭД резко уменьшаются, снижаются противоЭДС двигателей, сила якорного тока возрастает. Во избежание повышения мощности ТГ и превышения ею мощности дизеля система регулирования тяговой передачи снижает силу тока в обмотке возбуждения ТГ, напряжение последнего падает, и мощность остаётся на прежнем уровне.
По мере дальнейшего разгона сила якорного тока вновь уменьшается, система автоматического регулирования передачи повышает напряжение ТГ и по достижении им максимальной величины параллельно обмоткам возбуждения ТЭД подключают ещё одну группу сопротивлений, вследствие чего магнитный поток полюсов ТЭД уменьшается, сила якорного тока возрастает, система автоматического регулирования передачи снижает напряжение ТГ, и далее процесс повторяется.
Ступени ослабления поля
Подключение сопротивлений параллельно обмоткам возбуждения ТЭД называется ступенью ослабления поля. Все современные отечественные тепловозы (а также эксплуатируемые в России тепловозы чешского производства ЧМЭ3 всех индексов) имеют две ступени ослабления поля: первая ступень – уменьшение силы тока возбуждения примерно на 35 %, вторая – на 60 %.
Все современные тепловозы оборудованы индивидуальным приводом колёсных пар. Каждая колёсная пара приводится во вращение своим ТЭД. Все тепловозы, кроме восьмиосных ТЭМ7А, оборудованы трёхосными тележками: по две на тепловоз (секцию двух- или многосекционного локомотива). На большинстве серий тепловозов от одного тягового генератора получают питание шесть ТЭД.
Возможны четыре схемы соединения электродвигателей: последовательная (все шесть ТЭД – последовательно), две последовательно-параллельные (две параллельные группы по три ТЭД или три по два), параллельная (все ТЭД соединены параллельно).
Последовательная схема более устойчива к боксованию, чем последовательно-параллельная и параллельная. При параллельном соединении напряжение ТГ равно напряжению ТЭД, и при развитии боксования хотя бы одной из колёсных пар возрастание противоЭДС её ТЭД, сопровождающее боксование, вызывает существенное уменьшение якорного тока ТЭД. Соответственно уменьшается и ток тягового генератора, вследствие чего система автоматического регулирования передачи увеличивает напряжение ТГ, препятствуя таким образом снижению силы тяги боксующего двигателя.
Рис. Возможные схемы соединения ТЭД шестиосного тепловоза с электрической передачей постоянно-постоянного тока:
а – последовательная; б,в – последовательно-параллельные; г – параллельная; В – возбудитель; ТГ – тяговый генератор; ТД1 – ТД6 – тяговые электродвигатели; Н1-Н2, С1-С2 – обмотки возбуждения.
При последовательно-параллельном и последовательном соединениях напряжение ТГ равно сумме двух, трёх или шести напряжений ТЭД и возрастание противоЭДС одного боксующего двигателя не вызывает столь существенного снижения силы якорного тока.
Наряду с этим последовательное и последовательно-параллельное соединения обладают и рядом недостатков.
Сила якорного тока ТЭД при последовательном соединении равна силе якорного тока ТГ (при последовательно-параллельном – половине или трети силы тока ТГ), в то время как при параллельном сила якорного тока составляет лишь одну шестую часть силы якорного тока ТГ. В связи с этим сконструировать тепловоз большой мощности с последовательным или последовательно-параллельным соединением ТЭД невозможно из-за проблем, связанных с охлаждением ТЭД (Наиболее мощные тепловозы с последовательно-параллельным соединением ТЭД – ТЭ3 и ТЭ7 – имели дизели мощностью 2000 л.с. в одной секции).
Другой существенный недостаток последовательно-параллельной схемы соединения ТЭД – это необходимость отключения сразу нескольких ТЭД (двух или трёх) в случае неисправности одного. Тепловоз с последовательным соединением вовсе не может работать с отключенным ТЭД.
Современные маневровые тепловозы с передачей постоянно-постоянного тока оборудованы последовательно-параллельной схемой соединения ТЭД: на ТЭМ2 всех индексов, ТЭМ15, ТЭМ17, ТЭМ18 (мощность дизеля 1200 л.с.) применяется соединение в две группы по три ТЭД; на тепловозах чешского производства ЧМЭ3 всех индексов (мощность дизеля 1350 л.с.) – соединение в три группы по два ТЭД.
На всех ныне эксплуатируемых магистральных тепловозах с передачей постоянно-постоянного тока (М62, 2М62, 3М62, ТЭ10, 2ТЭ10, 3ТЭ10, 4ТЭ10 различных индексов, ТЭП60, 2ТЭП60), а также на тепловозах с передачей переменно-постоянного тока (2ТЭ116, ТЭП70, ТЭМ7А) применена параллельная схема соединения.
Последовательное соединение ТЭД используется на тепловозах, предназначенных для работы с путевыми машинами тяжёлого типа (специально модернизированные 2ТЭ121 и 2ТЭ116), а также на тепловозах, оборудованных электрическим тормозом (ЭТ), в режиме торможения (ТЭП70 и некоторые 2ТЭ116). В настоящее время электрическое торможение тепловозов практически не используется.
В процессе работы периодически возникает необходимость в изменении направления движения (реверсировании) тепловоза. При этом о тепловозе (секции тепловоза) с кузовом вагонного типа принято говорить, что он (она) движется вперёд в том случае, если первой по ходу движения оказывается кабина, возле которой расположена высоковольтная камера (для бескабинной секции на трёх- и четырёхсекционных тепловозах речь идёт о торце, ближнем к высоковольтной камере). Моторный вагон дизель-поезда считается движущимся вперёд при движении вперёд кабиной управления. Считается также, что тепловоз капотного типа движется вперёд в том случае, если он движется вперёд тем капотом, в котором расположен дизель. В противном случае считается, что тепловоз (секция, моторный вагон) движется назад.
Направление движения тепловоза (секции, моторного вагона дизель-поезда) может не совпадать с реальным направлением движения поезда, у дизель-поезда, а также у двухсекционного тепловоза секции (вагоны) всегда движутся, условно говоря, в разные стороны, поскольку в разные стороны развёрнуты их кабины.
Реверсирование электродвигателя осуществляется, как известно, изменением направления якорного тока или тока возбуждения. Для электродвигателей последовательного возбуждения единственно возможный способ реверсирования – изменение схемы подключения обмотки возбуждения.
Рис. Схема реверсирования электродвигателя последовательного возбуждения:
ТД – тяговый электродвигатель; С1-С2 – обмотка возбуждения.
Силовые коммутирующие аппараты тепловозов с электрической передачей. Соединение и разрыв электрических цепей при реверсировании тепловоза, включении и выключении тяги, включении и выключении ослабления поля осуществляются контактными коммутирующими аппаратами: электромагнитными и электропневматическими контакторами и электропневматическими групповыми коммутирующими аппаратами.
Изменение схемы подключения обмоток возбуждения ТЭД при реверсировании осуществляется групповым электропневматическим аппаратом – реверсором. Привод реверсора пневматический. Реверсор имеет два положения – «Вперёд» и «Назад». Перевод из одного положения в другое осуществляется подачей питания на соответствующий электропневматический вентиль, открывающий доступ сжатого воздуха к одной из диафрагм (на тепловозах ЧМЭ3 – к одному из пневмоцилиндров) привода.
Рис. Схема реверсирования, включения-отключения тяги и шунтирования обмоток возбуждения ТЭД тепловоза, оборудованного электрической передачей постоянно-постоянного тока с последовательно-параллельным соединением ТЭД:
В – возбудитель; КВ – контактор возбудителя; ВВ – контактор возбуждения возбудителя; ТГ – тяговый генератор; П1, П2 – поездные контакторы; КР – контактор реверсора; КШ1-КШ4 – контакторы ослабления поля; RКШ1- RКШ4 – резисторы; С1-С2, Н1-Н2 – обмотка возбуждения.
При движении тепловоза в режиме тяги катушка вентиля соответствующего направления постоянно находится под питанием. Этим обеспечивается невозможность самопроизвольного разворота реверсора под действием вибрации или вследствие поступления постороннего питания на катушку вентиля противоположного направления. Подобный самопроизвольный разворот чреват размыканием контактов реверсора при протекании по ним сильных токов, что ведёт к выжиганию их электрической дугой.
На принципиальных электрических схемах электропневматические вентили реверсора обозначают в соответствии с направлением В и Н. Контакты реверсора обозначают ПР (пневматический реверсор), при этом контакты, замкнутые в положении «Вперёд», условно изображают нормально замкнутыми, а замкнутые в положении «Назад» - нормально разомкнутыми.
Поскольку одна контактная группа реверсора реверсирует сразу несколько ТЭД, соединённых последовательно, то число контактных групп реверсора равно числу параллельных ветвей ТЭД: две – у ТЭМ2 всех индексов, ТЭМ15, ТЭМ17, ТЭМ18; три – у ЧМЭ3 всех индексов, шесть – у всех шестиосных магистральных локомотивов (секций). Восьмиосный тепловоз ТЭМ7А оборудован двумя реверсорами, каждый из которых имеет по четыре контактные группы.
Для выключения тяги на тепловозе необходимо, чтобы сила якорного тока ТЭД стала равна нулю. Для этого недостаточно снизить до нуля силу тока в обмотке возбуждения ТГ (даже разорвав цепь её питания). Ввиду остаточной намагниченности полюсов статора тягового генератора, и при отсутствии тока в обмотке возбуждения его напряжение не падает до нуля. Последнее обстоятельство вызывает необходимость в разрыве цепей, соединяющих Тг и ТЭД при выключении тяги.
Разрыв этот осуществляется электропневматическими контакторами, называемыми поездными; электропневматические вентили их приводов, равно как и их контакты, на схемах принято обозначать П (или КП).
Один поездной контактор разрывает цепь одной группы ТЭД, соединённых последовательно, таким образом, что число поездных контакторов равно числу параллельных ветвей ТЭД: два – на ТЭМ2 всех индексов, ТЭМ15, ТЭМ17, ТЭМ18; три – на ЧМЭ3 всех индексов; шесть – на современных магистральных локомотивах (одна секция) и восемь – на ТЭМ7А. В обозначение поездного контактора включают номер параллельной ветви (ТЭД при параллельном соединение), которую он коммутирует: П1, П2 или КП1, КП2 и т.д.
Установка поездных контакторов в каждой параллельной ветви обеспечивает возможность аварийного режима работы тепловоза при неисправном ТЭД: для отключения ветви, в которой находится неисправный двигатель, достаточно разорвать цепь катушки электропневматического вентиля соответствующего поездного контактора.
При разомкнутых поездных контакторах силы токов ТЭД и ТГ равны нулю, в силу чего при развороте реверсора ток через его контакты не протекает. Это позволяет не оборудовать реверсоры устройствами дугогашения.
При разборке схемы тяги необходимо разорвать цепь питания обмотки возбуждения ТГ, после чего напряжение генератора упадёт до минимальной величины, обусловленной остаточной намагниченностью его полюсов. Затем размыкают поездные контакторы. Размыкание последних при минимальных токах ТЭД обеспечивает минимизацию подгара их контактов.
Коммутация обмотки возбуждения ТГ осуществляется электромагнитным контактором возбудителя генератора, обозначаемого на принципиальных электрических схемах КВ или КВГ.
Одновременно со сборкой (разборкой) цепи обмотки возбуждения ТГ производится сборка (разборка) цепи обмотки возбуждения возбудителя. Коммутацию цепи осуществляет электромагнитный контактор возбуждения возбудителя, обозначаемый на принципиальных электрических схемах ВВ или КВВ. На тепловозах ЧМЭ3 всех индексов коммутация цепей обмоток генератора и возбудителя выполняется двумя контактными группами одного контактора возбудителя КВ.
Подключение и отключение сопротивлений ослабления поля, шунтирующих обмотки возбуждения ТЭД, осуществляется электропневматическими или электромагнитными контакторами, называемыми контакторами ослабления поля и обозначаемыми на принципиальных электрических схемах Ш, ВШ или КШ.
Один контакт контактора ослабления поля коммутирует шунтирующую цепь обмоток возбуждения одной группы ТЭД, соединённых последовательно, поэтому общее число контакторов в два раза больше числа параллельных ветвей ТЭД: на ТЭМ2 всех индексов, ТЭМ15, ТЭМ17, ТЭМ18 – четыре электромагнитных контактора; на тепловозах ЧМЭ3 всех индексов – шесть электромагнитных контакторов.
На современных магистральных тепловозах применяют многоконтактные (групповые) электропневматические контакторы ослабления поля – два шестиконтактных контактора, по одному для каждой ступени. На тепловозах серии ТЭМ7А устанавливают четыре четырёхконтактных групповых электропневматических контактора, по два для каждой ступени.
Все силовые коммутирующие аппараты оборудованы замыкающими и размыкающими блок-контактами, включаемыми в цепи управления и позволяющими контролировать фактическое замыкание и размыкание аппаратов.
Лекция 11 Электрические цепи для работы секций тепловозов по системе многих единиц
На двух- и трехсекционных тепловозах предусмотрена возможность управления секциями с одного пульта машиниста. Это называется управлением по системе многих единиц.
Для этого на торце рамы каждой секции тепловоза установлены колодки межсекционного соединения цепей управления (рис. 96), которые соединяются с соответствующими колодками другой секции вставками и кабелями межсекционного соединения. Кроме межсекционных соединений цепей управления, тепловозы оборудованы колодками и вставками для параллельного соединения аккумуляторных батарей всех секций при пуске дизеля одной из секций.
Тепловозы типов ТЭЮМ и ТЭЮУ имеют по три колодки межсекционного соединения цепей управления.
На крайних секциях тепловозов типов ТЭ10М и ТЭ10У колодки межсекционного соединения IT, 2Т, ЗТ смонтированы на торцовой части рамы со стороны холодильника.
ЗТП (передние) смонтированы со стороны проходного тамбура, а колодки 1ТЗ, 2ТЗ, ЗТЗ (задние)—со стороны холодильника. Сочленять среднюю секцию с крайними можно любой стороной. Тепловозы 2ТЭ10УТпредназначены для работы лишь в двухсекционном исполнении.
При соединении колодок и вставок межсекционного соединения «минусы» аккумуляторных батарей или вспомогательных генераторов всех секций постоянно соединены между собой. Со стороны «плюса» в большинстве случаев соединяются одинаковые цепи (или провода с одинаковыми номерами) сочленяемых секций. Однако в отдельных случаях через межсекционные соединения соединяются неодинаковые (но взаимосвязанные) цепи, например цепь аппарата и цепь, управляемая этим аппаратом, цепь сигнальной лампы и цепь, которая дает сигнал на эту лампу, цепи катушек реверсоров «Вперед» и «Назад». Такое соединение проводов называют перекрещенным.
При управлении секциями тепловоза с одного поста штурвалы контроллеров ведомых секций устанавливают на нулевую позицию, валы реверсивных барабанов — в нейтральное положение.
Питание цепей управления секций тепловоза осуществляется, как правило, через межсекционное соединение от вспомогательного генератора или аккумуляторной батареи ведущей секции.
|
|
Лекция 12 Вспомогательные цепи и требования, предъявляемые к ним
Цепи управления муфтой включения вентилятора и жалюзи холодильника
Привод вентилятора холодильника осуществлен через гидромуфту переменного наполнения, обеспечивающую автоматическое (под контролем терморегуляторов) регулирование частоты вращения вентиляторного колеса в зависимости от температуры воды и масла в системах дизеля. Доводить наполнение гидромуфты до максимального, устанавливая тем самым номинальную (максимальную) частоту вращения вентиляторного колеса, машинист может вручную с помощью вентиля ВП2.
Открытие и закрытие жалюзи холодильника может производиться с помощью вентилей ВПЗ—ВП5 как автоматически при достижении заданной температуры, контролируемой терморегуляторами, так и вручную дистанционным путем.
На тепловозах типов ТЭ10М и ТЭ10У в качестве терморегуляторов воды (ВКВ) и масла (В/СМ) используются реле Т-35. Цепи управления холодильником тепловозов типа ТЭ10М получают питание через автомат А6 «Управление холодильником» и контакты реверсивного барабана контроллера. При включении тумблера ТХ в положение «Ручное управление» с помощью тумблеров Т11 «Вентилятор холодильника», Т8 «Жалюзи воды и верхние», Т10 «Жалюзи верхние», Т9 «Жалюзи масла и верхние» имеется возможность вручную управлять соответственно вентилятором холодильника (включая вентиль ВП2) и открытием жалюзи холодильника (включая вентили ВПЗ—ВП5).
При включении тумблера ТХ в положение «Автоматическое управление» разрывается цепь перечисленных выше тумблеров и напряжение подводится к контактам терморегуляторов ВКВ и ВКМ. Когда температура воды в системе дизеля достигнет (73 ±2) °С, замкнутся контакты терморегулятора в водяной системе ВКВ, в результате чего включатся вентили ВПЗ и ВП4 управления верхними жалюзи и жалюзи охлаждения воды. Как только температура масла достигнет указанного значения,терморегулятор в масляной системе ВКМ замкнет цепь питания катушек вентилей ВП4 и ВП5. Вентиль ВП5 откроет жалюзи охлаждения масла, а вентиль ВП4 (если к этому моменту он еще не был включен в результате регулирования температуры воды) откроет верхние жалюзи. Когда температура воды и масла станет ниже (70±2)°С, тёрморегуляторы отключат вентили ВПЗ—ВП5, что приведет кзакрытию жалюзи. На тепловозах типа ТЭ10У применен водовоздушный холодильник с расположением водяных секций с левой и правой стороны. Поэтому левые и правые боковые жалюзи должны открываться вентилями ВПЗ и ВП5 одновременно. На пульте машиниста имеются тумблеры ТХ «Управление автоматическое, ручное», Т11 «Вентилятор холодильника», Т10 «Жалюзи верхние», Т9 «Жалюзи боковые и верхние».
. Цепи злектроманометров и электротермометров
На тепловозах для дистанционного измерения давления и температуры применяются электроманометры ЭДМУ-6 на 6 кгс/см2 и ЭДМУ-15ш на 15 кгс/см2, а также электротермометры ТП-2 логометрического типа. Приборы состоят из измерителя (указателя) и приемника. Измерители (указатели) установлены на пульте машиниста, а приемники — в трубопроводах соответствующих систем. Измерители и приемники соединены между собой электрическими проводами со штепсельными разъемами.
Приборы включаются автоматом А6 «Управление холодильником». Так как они получают питание от вспомогательного генератора, а рассчитаны на напряжение (27 ±2,7) В, последовательно с приборами включены балластные резисторы в плюсовой и минусовой цепях.
У тепловозов12ТЭ10М и ЗТЭ10М на крайних секциях расположены переключатели ПДМ «Давление масла» и ПкР, на средней — ПТМ «Температура масла» и ПТВ «Температура воды».
Переключение указателя манометра давления масла на приемник той или другой секции осуществляется на крайних секциях тумблером ПДМ, который имеет два положения: «Секция 2» и «Секция 3». При работе тепловоза ЗТЭ10М тумблеры ПТМ и ПТВ на средней секции выключают, а тумблер ПкР в аппаратных камерах крайних секций устанавливают в положение «Работа 3 секциями».'При сочленении крайних секций ПкР необходимо выключить.
На тепловозах ЗТЭ10У и 2ТЭ10У переключатели ПДМ, ПТМ, ПТВ установлены на крайних секциях и служат для переключения указателей на приемники второй или третьей секции. На двухсекционных тепловозах 2ТЭ10У в переключателях ПДМ, ПТМ, ПТВ нет необходимости.
С 1991 г. на тепловозах типа ТЭ10У взамен электроманометров ЭДМУ-6 устанавливают индикаторы давления масла ИД-1. Индикатор давления масла состоит из приемника давления ПД-1, установленного на дизеле, , указателя давления УД-800 и устройства питания УП-1, расположенных на пульте машиниста.
Принцип работы приемника основан на изменении индуктивного сопротивления цепи двух катушек при деформации мембраны. Указатель представляет собой стрелочный прибор типа магнитоэлектрического логометра. Для подключения к цепи тепловоза на 75 В используется устройство питания. Оно обеспечивает приборы стабилизированным токбм (50 ±20) мА.
Указатель повреждений
На тепловозах типов ТЭ10М и ТЭ10У дли проверки состояния электрических цепей устанавливаются указатели повреждений. Основной узел указателя повреждений — указательный прибор УП (рис. 95), реагирующий на изменение тока в его цепи.
Он подключен к контролируемым цепям через резисторы с большим сопротивлением Rl—R10, один конец каждого из которых подсоединен к какому-либо участку контролируемых цепей, а другой через общий провод — к указательному прибору. Число резисторов зависит от числа контролируемых участков. Ток, протекающий через прибор, зависит от числа параллельно включенных резисторов, которое обусловлено местом нарушения контакта.
В качестве указательного прибора используют миллиамперметр типа М4200, рассчитанный на максимальный ток 5 мА. Поэтому суммарное сопротивление всех параллельно включенных резисторов должно быть
ч R=U,r/lZ'Л =75/0,005= 15 000 Ом.
|
|
Значение сопротивления каждого резистора выбирается в зависимости от числа участков контролируемой цепи. При восьми контролируемых участках сопротивление каждого резистора должно быть 15-8 = = 120 кОм. Сопротивление,, как в приведенном примере, должно быть большим, чтобы исключить включение аппаратов при нарушении основной цепи или не позволить остаться им включенными после размыкания контактов в цепи их катушек.
Рассмотрим действие указателя повреждений на примере схематично показанной на рис. .95 цепи катушек контакторов пуска дизеля. Если в этой цепи ни один из контактов Кб—К10 не нарушен, то катушки контакторов во время пуска дизеля получат питание и через все параллельно включенные резисторы R6—R10 к прибору будет подходить максимальный ток. Этот ток отклонит стрелку прибора в крайнее правое положение, которое должно быть обозначено на шкале индексом, соответствующим включению пусковых контакторов. Если нарушен контакт Кб, то ток к катушкам контакторов пуска дизеля не поступит. Не получит при этом питания и прибор У/7, его стрелка будет находиться в райнем левом положении. Это положение должно быть обозначено индексом, соответствующим нарушеию контакта Кб. Если же будет нарушен промежуточный контакт, например К8, то к.прибору будет поступать ток через резисторы R6 и R7, отклоняя стрелку прибора в положение, которое должно быть обозначено индексом, соответствующим нарушению контакта К8.
Указатель повреждений с рассмотренной схемой может быть использован для контроля нескольких цепей. Для этого в цепи резисторов предусмотрен переключатель, который автоматически иди неавтоматически переключает прибор с одной цепи на другую (см. контакт реле РУ9. В этом случае шкала прибора имеет деления для нескольких цепей.
На тепловозах типов ТЭ10М и ТЭ10У указатель повреждений контролирует цепи включения пусковых контакторов (режим пуска дизеля), силовых контакторов и контакторов возбуждения генератора и возбудителя (режим движения). Контролируемые участки цепей видны на рис. 1, 2 (см. выводы в цепях, идущие к блоку БР,). Переключение контроля с цепи пуска дизеля на цепь, обеспечивающую режим движения, осуществляется размыкающим контактом реле РУ9, который размыкается после пуска дизеля.
На тепловозах ЗТЭ10М (ЗТЭ10У) контроль цепей первой секции осуществляется при включении тумблера ТУ1\ для перевода контроля на цепи второй или третьей секции тумблер ТУ2, 3 (ТУ2) должен быть установлен в соответствующее положение. Если контроль ведется из крайней ведущей секции, то в средней и крайней ведомой секциях тумблеры ТУ1, ТУ2, 3 (ТУ2) должны находиться в нейтральном положении.
Цепи вспомогательных электродвигателей и управления системой осушки сжатого воздуха ;
Цепь электродвигателя масло- прокачивающего насоса. Для прокачки масла в системе дизеля перед его пуском используется маслопрокачивающий насос, приводимый электродвигателем МН Включение электродвигателя осуществляется контактором КМН автоматически после нажатия кнопки «Пуск дизеля».
Для прокачки масла без пуска дизеля предусмотрена возможность включения контактора КМН тумблером ОМН «Маслопрокачивающий насос». При этом катушка контактора КМН получает питание от плюсовых зажимов через автомат А5 «Дизель» и замыкающий контакт тумблера ОМН. Размыкающий контакт этого тумблера в цепи катушки реле времени РВ1 исключает возможность пуска дизеля при ручном включении маслопрокачивающего насоса.
Цепи электродвигателей вентиляторов кузова и отопительно-вентиляционной установки. Электродвигатель ВК вентилятора кузова включается автоматом А9 «Вентилятор кузова». При этом ток течет от плюсовых зажимов через автомат А9, обмотки электродвигателя и далее на минусовые зажимы.
Электродвигатель МК отопительно-вентиляционной установки включается при срабатывании контактора
КМК, если включен автомат А1Щ «Калорифер». При этом включение электродвигателя может производиться как автоматически, так и вручную. Для автоматического включения тумблер Т26 должен быть установлен в положение «Автоматической управление», а автомат А14 должен быть включен. Тогда при достижении в кабине определенной температуры терморегулятор ДТ типа ДТКБ-531 замкнет свой контакт в цепи катушки контактора КМК. Терморегулятор ЦТ регулируют на требуемую температуру поворотом шкалы до совпадения соответствующей отметки с указателем. При установке тумблера Т26 в положение «Ручное управление» контактор КМК и, следовательно, электродвигатель МК включаются и отключаются автоматом А14.
Цепь системы осушки сжатого] воздуха. Система осушки сжатого воздуха, поступающего в питательную магистраль тепловозов ЗТЭ1ОМ и 2ТЭ10М, выпускавшихся до 1988 г., j управляется при помощи электро- пневматических вентилей ВП11 Hi ВП12 типа ВВ-32.
Цепи освещений
Лампа прожектора ЛП получает питание через автомат А8 «Прожектор» При включений тумблера Т13 «Тускло», находящегося на пульте управления, ток к лампе прожектора проходит через резистор СПр и лампа горит тусклым светом; при включении тумблера 772 «Ярко» часть резистора шунтируется и лампа горит с большим накалом. На переднем и заднем торцах рамы тепловоза установлены по два буферных прожектора. В каждом из прожекторов смонтировано два патрона с электролампами, одна из которых имеет белую, а другая красную линзу. Включение ламп осуществляется тумблерами Т2—Т5, расположенными на пульте машиниста. Эти тумблеры имеют по три положения: «Выключено», «Белый свет», «Красный свет». На схемах тепловозов лампы белого света буферных прожекторов обозначены 1ЛБ—4ЛБ, лампы красного света.
Через автомат А10 «Бытовые приборы» и тумблер Т16 «Подкузовное освещение» получают питание четыре светильника Л9—Л12, а также две розетки РЭЗ и РЭ4 под- кузовного освещения (правая и левая) .
Ряд цепей освещения получает питание непосредственно от аккумуляторной батареи и может быть включен даже при выключенном рубильнике батареи ВБ. Защитой в этих цепях служит двухполюсный автомат All«Освещение».
На тепловозах ЗТЭ10У, 2ТЭ10У, 2ТЭ10У в эти цепи входят:
лампы Л/—Л4 освещения пульта управления и лампа Л5 освещения скоростемера. Параллельно этим лампамвключен резистор С01. В цепи ламп входит расположенный на пульте управления реостат РО типа П90 для изменения яркости освещения. Включаются лампы тумблером Т6
лампа Л7 освещения держателя расписания, включаемая тумблером Т22 и получающая питание через резистор С02;
лампа Л22 освещения столика помощника машиниста, включаемая тумблером Т24\
лампа С1 со светильником зеленого цвета для освещения приборов пульта, включаемая тумблером 7*25;
лампы С4—С14 освещения дизельного помещения, включаемые тумблером Т20;
лампы С15, С16 освещения шахты холодильника;
лампы С2, СЗ освещения кабины. Для изменения яркости освещения соединение ламп может меняться с последовательного на параллельное при помощи переключателя на пульте управления Т14 «Освещение кабины», имеющего положения «Тускло» и «Ярко»;
лампы Л14, Л15 освещения аппаратных камер, включаемые тумблером Т19\
розетки РЭ5, РЭ6 и РЭ7 для подключения переносного светильника С17.
На тепловозах ЗТЭ10М й 2ТЭ10М в эти цепи входят:
лампы Л1—Л8, Л20 освещения пульта управления, получающие питание через резисторы COl—С08. В цепи этих ламп вкдючен расположенный на пульте управления реостат Р01 типа П90 для изменения яркости освещения. При установке переключателя Т6 «Освещение пульта управления» в положение «Ярко» реостат Р01 полностью выключается из цепи ламп;
лампа Л13 со штифтовым патроном для освещения держателя расписания, получающая питание через резистор СОЮ и включаемая тумблером Т22 «Освещение держателя расписания»;
лампа Л21 освещения скоростемера, включаемая одновременно с лампами освещения пульта управления и получающая питание через резистор СОИ;
лампа Л22 освещения столика помощника машиниста, получающая питание через резистор С012 и включаемая тумблером Т24\
лампа С со светильником зеленого света, получающая питание через резистор С013 и включаемая тумблером Т25
лампы С4—С14 освещения дизельного помещения, включаемые тумблером Т20 на стенке правой аппаратной камеры;
лампы С15, С16 освещения шахты холодильника;
лампы Л16—JI19 освещения номера тепловоза, включаемые тумблером Т18 «Световой номер», расположенным на стенке правой аппаратной камеры. С 1985 г. лампы освещения номера не устанавливаются;
лампы С2, СЗ освещения кабины. Для изменения яркости освещения соединение ламп может меняться с последовательного на параллельное при помощи переключателя Т14 «Освещение, кабины», расположенного на пульте управления;
лампы Л14, JI15 освещения аппаратных камер, включаемые тумблером 779 «Освещение камер» на стенке правой аппаратной камеры;
розетки РЭ5, РЭ6, РЭ7 для подключения переносного светильника С17.
Цепи автоматической пожарной сигнализации
На тепловозах ЗТЭ10М и 2ТЭ10М с 1982 г. применяется система автоматической пожарной сигнализации (АПС) с термоизвещателями ДТ1— ДТ21 типа ИПЛ-125, залитыми легкоплавким сплавом. В систему входят : реле управления РУ14 типа ТРПУ-1, сигнальные лампы ЛП1, 3 и ЛП2 (на крайних секциях), тумблер проверки пожарной сигнализации ТПЦ, тумблер 777/, 3 «Пожар» (на крайних секциях). Питание цепей осуществляется через автомат А7 «Пожарная сигнализация». Для звуковой сигнализации используется сигнал боксования СБ.
При температуре около термоизвещателя более 1Ю±50оС легкоплавкий сплав расплавляется, контактные пластины термоизвещателя размыкаются, разрывая цепь питания катушки реле РУ14. Это реле при отпускании одним размыкающим контактом включает сигнальную лампу ЛП1,3 или ЛП2 «Пожар»
на световом табло крайних секци а другим размыкающим контактов включает звуковую сигнализаций на всех секциях тепловоза.
Тумблером ТПЦ проверяется (ци включенном автомате А7) исправ ность цепи сигнализации. При крат--; ковременном включении тумблера' ТПЦ отпускается реле РУ14, следовательно, должна загореться сиг-! нальная лампа и включиться звуко-J вая сигнализация. Тумблер ТП1.Ц служит для определения, на какой; из крайних секций сработала система] пожарной сигнализации (см. п. 10.3).|
На тепловозах типа ТЭ10М, вы-j пускавшихся с 1988 г., применяется установка газового пожаротушения]с пиропатроном ПП, которая включается тумблером ТГП.;
На тепловозах ЗТЭ10У, 2ТЭ10У и 2ТЭ10УТ применяется система автоматической пожарной сигнализации, также использующая залитые легкоплавким сплавом термоизвещателя типа ИПЛ-125.
Лекция 13 Перспективы развития автоматизированных систем тепловозов в России и за рубежом.
Каким же образом машинист заставляет локомотив двигаться? Прежде всего он включает дизель. Для этого машинист должен выполнить несколько несложных манипуляций: включить на пульте управления кнопку «Топливный насос», а затем кнопку «Управление», и только после этого он может нажать на кнопку «Пуск дизеля». Прошло несколько секунд, и двигатель запустился. Из машинного помещения доносится равномерный шум, свидетельствующий о том, что дизель работает равномерно.
Всего три простых нажатия на кнопки пульта управления, а сколько процессов произошло за это время в системах тепловоза!
При включении кнопки «Топливный насос» замыкается цепь электродвигателя топливоподкачивающего насоса, который подаёт топливо из бака к двигателю.
Кнопка «Управление» позволяет подать ток в цепь пуска дизеля. Теперь при нажатии на кнопку «Пуск дизеля» срабатывает реле времени РВ, которое через специальный контактор создаёт цепь от аккумуляторной батареи к электродвигателю маслопрокачивающего насоса. Насос начинает работать и подаёт смазку в масляную систему двигателя в течение 85-95 сек. За это время масло успевает поступить ко всем трущимся деталям. Затем реле времени РВ разрывает цепь питания маслопрокачивающего насоса и включает пусковые контакторы, которые соединяют аккумуляторную батарею с генератором, работающим в период пуска как электродвигатель. Коленчатый вал дизеля начинает вращаться. Одновременно при включении пусковых контакторов специальный электропневматический клапан открывает доступ сжатого воздуха к воздушному поршню ускорителя пуска, который помогает топливному насосу регулятора быстро поднять давление, и рейка топливных насосов устанавливается на подачу нужного количества топлива.
От насосов топливо подаётся к форсункам, которые распыляют его по отдельным цилиндрам. Дизель начинает работать самостоятельно. При достижении в масляной системе давления 0,5-0,6 ат включается контакт реле давления масла, и кнопку «Пуск дизеля» можно отпустить.
Для приведения тепловоза в движение нужно ток от генератора направить в тяговые электродвигатели. Чтобы произошло образование требующихся для этой цели цепей, машинист переводит рукоятку реверсора в положение «Вперёд» или «Назад». Тока ещё нет, так как дизель работает на нулевой позиции контроллера.
Машинист переводит рукоятку контроллера на первую позицию. При этом срабатывает соответствующий электропневматический вентиль, и сжатый воздух при помощи поршня поворачивает реверсор в нужном направлении: контакты реверсора создают цепь обмотки возбуждения тяговых электродвигателей, а также цепь питания независимых обмоток возбудителя и возбуждения главного генератора. Ток от главного генератора поступает к тяговым электродвигателям. Тепловоз приходит в движение.
Постепенно переводя рукоятку контроллера в следующие положения, машинист увеличивает скорость движения состава.
Каждому положению рукоятки контроллера соответствует вполне определённое число оборотов коленчатого вала дизеля. При неизменной скорости движения тепловоза в цилиндры двигателя поступает вполне определённое количество топлива.
Регулятор автоматически изменяет подачу топлива для обеспечения установленного контроллером числа оборотов. Практика эксплуатации показала некоторые недостатки регуляторов. На каждой позиции контроллера необходимо ограничивать подачу топлива для предохранения дизеля от перегрузки, поэтому при больших нагрузках со стороны генератора дизель будет уменьшать обороты. Чтобы избежать этого, регулятор должен воздействовать на главный генератор, уменьшая нагрузку до допустимой величины. Удобнее всего уменьшить напряжение магнитного поля главного генератора путём включения реостата в цепь обмотки независимого возбуждения генератора. Подобный регулятор применяется на новых отечественных тепловозах ТЭ10.
На любом тепловозе имеется целый ряд других приборов, облегчающих работу машиниста. При разгоне поезда специальный автомат обеспечивает поддержание приблизительно постоянной величины тока в силовой цепи главного генератора и тяговых электродвигателей. Переключение тяговых двигателей или шунтировка их поля осуществляется другим автоматом. Специальное устройство предохраняет тяговые электродвигатели при буксовании. Автоматический регулятор ограничивает максимальное число оборотов коленчатого вала дизеля. Регулятор давления масла самостоятельно выключает двигатель при падении давления в системе смазки ниже допустимого. Термореле следит за температурой масла и воды. Машинисту остаётся наблюдать только за путевыми сигналами и поддерживать заданную скорость движения, перемещая рукоятку контроллера.
Автоматическая система тепловоза уже столь совершенна, что, кажется, ничего добавить или исключить из неё нельзя. Техника непрерывно движется вперёд. То, что казалось совершенным вчера, сегодня уже не соответствует последним достижениям науки.
Многочисленные контакторы несколько лет назад казались верхом достижений системы автоматики на тепловозе. Теперь ясны их недостатки. Периодически приходится проверять нажатие контактов. Если нажатие мало из-за неправильной регулировки или износа, контакторы перегреваются. При слишком большом нажатии контакты быстро изнашиваются. Поскольку переключающихся контакторов много, для поддержания их постоянно в нужном порядке требуются затраты работы и времени. На помощь тепловозостроителям пришли достижения радиоэлектроники в виде полупроводниковых бесконтактных аппаратов.
На британских железных дорогах уже более двух лет эксплуатируется тепловоз З0 – З0 «Кестрел» с дизелем мощностью 4000 л.с. при 1100 об/мин и весом в рабочем состоянии 126т.Максимальная скорость его движения 200 км/ч. Этот локомотив является гордостью английских тепловозостроителей. За сравнительно небольшой срок подтверждена надёжность системы электроники. Электрическая передача тепловоза имеет десятиполюсный генератор переменного тока, компактный силовой выпрямитель с кремниевыми вентилями и шесть тяговых электродвигателей, напряжение на которых регулируется при помощи тиристоров.
Все переключения на тепловозе «Кестрел» осуществляются электронными системами, изготовленными на сменных блоках с напечатанными электрическими цепями. Блоки легко вынимаются из шкафов, что позволяет быстро осматривать и заменять неисправные детали.
Тепловоз оборудован воздушной и электродинамической системами торможения. При торможении сигналы от датчиков давления в тормозной магистрали и от блоков сравнения токов тяговых электродвигателей поступают в блок регулирования возбуждения главного генератора, где они сравниваются. Затем автоматически выбирается ступень реостатного торможения.
Успехи автоматики позволили осуществить управление тепловозом по радио. В последние годы сталелитейная промышленность США стала применять радио для автоматического управления локомотивом на расстоянии при условии установившейся технологии в работе тепловоза. Стандартное автоматическое оборудование позволяет выполнить десять функций машиниста, включая разгон, торможение и вспомогательные операции.
Для дистанционного управления работой локомотива применяют радиосистемы с частотной модуляцией в диапазоне метровых волн. Эта система состоит из полупроводниковых приёмника и передатчика, а также источника питания.
Важным условием успешного дистанционного управления является подавление помех. Приёмник должен обеспечивать уверенный приём сигналов управления даже в том случае, если в зоне нахождения тепловоза будут проходить посторонние сигналы. И, наконец, радиооборудование должно отличаться особой надёжностью, что связано с требованием безопасности движения.
Такие тепловозы изготавливаются фирмой «Дженерал Электрик» и успешно эксплуатируются более чем 50 промышленными предприятиями США.
Дистанционное управление применяется и для тепловозов с гидравлической передачей. В 19069г. фирма «Хеншель» (ФРГ) изготовила тепловоз мощностью 250 л.с. для маневровых работ в меловом карьере. Локомотив используется для вождения поезда из 15 вагонов. После загрузки вагонов он вывозит их на магистральную линию, где их прицепляют к другому локомотиву. Всё управление осуществляет один человек на расстоянии по радио.
Использование дистанционного радиоуправления позволяет обойтись вместо двух одним человеком, который к тому же, стоя в стороне на каком-либо возвышении, имеет хороший обзор места работ. Кроме того, значительно улучшаются условия труда машиниста-оператора: нет шума, вибрации, отработавших газов. Всё это ведёт к повышению производительности труда.
Экономическая эффективность использования тепловозов.
На магистральном железнодорожном транспорте работа тепловоза имеет свои отличия.
Для локомотивов магистрального транспорта особенно важна работа дизеля с малым удельным расходом топлива.
Совершенно в других условиях работают тепловозы на промышленном транспорте. Здесь холостой ход дизеля составляет до 70% всего времени, так как неизбежны простои в ожидании погрузки и выгрузки вагонов.
Чем выше вес тепловоза при одной и той же мощности дизеля, тем меньше скорость выхода локомотива на автоматическую характеристику. Вот почему тепловозы для промышленного транспорта должны быть более тяжёлыми. Фирма «Хеншель» (ФРГ) специально для металлургических заводов производит четырёхосные тепловозы мощностью 360 л.с. и весом 80т. Такой локомотив имеет удельный вес на единицу мощности 220 кг/л.с.
Уменьшение мощности тепловоза даёт большой экономический эффект благодаря снижению стоимости локомотива и его эксплуатации.
При создании мощных тепловозов всегда встаёт вопрос: как оценить экономическую эффективность нового локомотива по сравнению со старым? Ведь новый локомотив часто стоит дороже старого, так как цена его в значительной степени определяется мощностью. А если мощность и стоимость изготовления старого и нового локомотивов одинаковы, как быть в этом случае?
Для суждения об эффективности новых тепловозов во Всесоюзном научно-исследовательском тепловозном институте (ВНИТИ) разработана специальная методика.
Расходы на топливо составляют примерно 40% всех затрат от эксплуатационных расходов локомотивной службы. Вот почему эффективность тепловоза в значительной степени определяется тем, каков удельный расход топлива у его дизеля. На тепловозе 2ТЭ109 установлен дизель Д49, у которого удельный расход топлива ниже, чем у дизеля 10Д100 тепловоза 2ТЭ10Л. Поэтому при перевозке поезда весом 4200т на участке длиной 240 км при грузопотоке в 20 млн. т годовой расход топлива тепловозами 2Тэ109 оказывается на 2000 т меньше, чем при перевозке того же грузопотока тепловозами 2ТЭ10Л. Благодаря этому сокращаются расходы при экипировке на 10% и расходы на смазку ещё на 6%.
Ремонтные расходы при новом локомотиве также изменяются. Применение генератора переменного тока на тепловозе 2ТЭ109 по сравнению с генератором постоянного тока на тепловозе 2ТЭ10Л даёт дополнительный выигрыш при ремонте на 30%, более совершенный дизель позволяет сэкономить при ремонтных работах ещё 20% и так далее. В целом по тепловозу 2Тэ109 получается экономия по ремонту на 16%.
Итак, стоимость изготовления обоих тепловозов одинакова, а стоимость эксплуатации и ремонта тепловоза 2Тэ109 меньше. Но это ещё не всё. Надо определить народнохозяйственную эффективность внедрения нового локомотива. Для этого находят срок окупаемости дополнительных капитальных вложений на организацию производства тепловоза ТЭ109. Это делается путём деления дополнительных капитальных затрат при создании оборудования на выпуск нового тепловоза к годовой экономии эксплуатационных расходов. В результате всех расчётов оказалось, сто срок окупаемости дополнительных капитальных вложений на организацию производства тепловоза ТЭ109 составляет 4,7 года.
Вместе с ростом производительности труда и удешевлением перевозок тепловозы обеспечивают удлинение участков обращения локомотивов, что позволило сократить ряд основных и оборотных депо.
Будущее тепловозостроения и перспективы развития.
Во многих странах доля перевозок грузов по железным дорогам сокращается. В США она составляет 32%, а в Англии всего 25% от общего объёма перевозок. У нас железные дороги перевозят доминирующее количество грузов и в обозримой перспективе они по-прежнему сохранят ведущую роль в перевозке грузов и пассажиров.
Рост перевозок должен обеспечиваться соответствующим усовершенствованием всей железнодорожной техники, и в первую очередь локомотивов. Скорости движения поездов и их вес увеличатся, а это потребует дальнейшего совершенствования конструкции тепловозов и электровозов, увеличения их силы тяги и мощности. Большие скорости предъявят повышенные требования к прочности, надёжности и динамическим качествам локомотива.
В печати появились сведения, что японские железнодорожные фирмы к концу 1980г. ввели в действие на линии Токио-Осака пассажирский поезд, способный развивать скорость до 500 км/ч.
С 1964г. японские железные дороги успешно осуществляют регулярное движение пассажирских поездов со скоростью свыше 200 км/ч и, несмотря на значительно возросший при такой скорости расход энергии, получают прибыль.
Железнодорожный транспорт обладает замечательными свойствами расходовать мощность на передвижение грузов наиболее экономно из всех видов транспорта благодаря связи колёс с рельсами. Ведь образование силы тяги при качении колёс локомотива по рельсам происходит при КПД, равном почти 100%.
Высокая скорость требует и локомотивов большой мощности. Пассажирский поезд весом 500 т при скорости 200 км/ч нуждается в тепловозе мощностью 7 тыс. л.с.
По мере увеличения скорости поезда работа машиниста становится всё труднее. Уже сейчас бригада тепловоза на английских железных дорогах при скорости движения 160 км/ч меняется через каждые 3ч – люди с трудом выдерживают большое нервное напряжение. Поэтому требуется создавать новые автоматические системы управления, облегчающие труд машиниста. В результате ведения поезда было поручено автомашинисту, который не только точно соблюдает время движения по перегону и экономит топливо благодаря оптимальному режиму работы силовой установки, но и обеспечивает безопасность движения.
Современный автомашинист представляет собой сложную кибернетическую машину, которая хранит информацию о профиле пути, расписании движения, о тяговых и тормозных характеристиках, о положении впереди идущего поезда и др. И тем не менее всей этой информации ещё недостаточно для управления локомотивом – у автомата нет опыта машиниста.
Законы движения поезда определяются силами, действующими на него. Человек не может решать в доли секунды дифференциальное уравнение движения поезда, а машина может. В этом её колоссальное преимущество перед человеком. По мере поступления всё новой и новой информации от датчиков пройденного пути, скорости, времени и от устройств, передающих сигналы светофора, машина решает уравнение движения за одну десятитысячную долю секунды. Из всех возможных решений автомат выбирает оптимальные по расходу топлива при соблюдении расписания.
Чтобы определить момент перехода с одного режима на другой, необходимо заглянуть вперёд: можно ли в данный момент начать движение по инерции, где и когда перейти на торможение, чтобы точно остановить поезд у платформы вокзала? Для точной остановки в заданном пункте машина получает дополнительную информацию от радиоактивных датчиков, установленных перед станцией. Как только автомашинист определит точку перехода на новый режим, он направляет сигнал к соответствующему реле, связанному с цепями управления тяговыми электродвигателями и тормозами.
Новая система управления локомотивами уже применяется на участке Москва-Клин для вождения пригородных электропоездов и на кольцевой линии московского и ленинградского метро. Ведутся работы по её применению и на тепловозах.
Какие же тепловозы потребуются для перспективных перевозок?
Исследования, проведённые ЦНИИ МПС, Институтом комплексных транспортных проблем, ВНИТИ и другими организациями, показывают, что для обеспечения всех перевозок требуются тепловозы различной мощности и силы тяги.
Прежде всего, какова будет степень использования тепла топлива?
Современный хороший дизель преобразует в механическую работу около 40% энергии, заключённой в топливе. Возможно ли дальнейшее существенное увеличение эффективности переработки тепла в дизеле? На такой вопрос нужно ответить отрицательно: за столетний путь развития дизеля его КПД возрастает очень медленно.
Может быть, на смену дизелю придёт газовая турбина, и в XXI веке будут выпускаться не тепловозы, а газотурбовозы?
Нет, этого не произойдёт, так как современный газотурбинный двигатель отличается повышенным расходом топлива на единицу мощности по сравнению с дизелем. Особенно велик расход топлива у газовой турбины на холостом ходу, доходя до 70% от расхода при номинальной мощности. Затраты на топливо достигают у тепловозов 40% всех эксплуатационных затрат, и потому даже небольшой перерасход топлива газовой турбины по сравнению с дизелем играет решающее значение. Если двигатель газотурбовоза будет расходовать топлива хотя бы на 10% больше, чем дизель, то даже при полном отсутствии затрат на обслуживание силовой установки он всё же уступит тепловозу: дополнительная стоимость перерасхода топлива будет значительно больше, чем расходы на обслуживание дизеля.
Любое усовершенствование газовой турбины с целью экономии топлива сопровождается увеличением стоимости её изготовления, эксплуатации и ремонта. Применение газовой турбины возможно только на скоростных пассажирских локомотивах, когда требуется большая мощность, а стоимость не играет такого решающего значения, как при грузовых перевозках.
Единственным соперником тепловозу может быть только электровоз. Однако электрификация железных дорог требует очень больших капитальных затрат, которые могут быть экономически оправданы только в тех странах, где нет своих источников дешёвого жидкого топлива.
Экономичность тепловоза зависит не только от первичного двигателя, но и от передачи.
Главной задачей тепловозостроителей остаётся создание надёжных и дешёвых локомотивов, простых в изготовлении и ремонте, обеспечивающих большой моторесурс дизелей и межремонтный пробег всех узлов. Внедрение на тепловозах управляемых полупроводниковых элементов (тиристоров) позволит создать бесконтактную систему электрической передачи с плавным регулированием скорости бесколлекторного асинхронного двигателя. При этом полностью отпадает потребность в уходе за коллекторами и контактами. Синхронные генераторы переменного тока у нас уже освоены и эксплуатируются на некоторых отечественных тепловозах. Созданы тяговые электродвигатели переменного тока.
Каждый тепловоз характеризуется своими параметрами: мощностью дизеля, максимальной скоростью движения, сцепным весом и совершенством использования топлива. Заглянем вперёд и определим основные параметры магистрального локомотива завтрашнего дня.
Технико-экономические расчёты показывают, что освоение грузооборота железных дорог будет происходить благодаря увеличению веса и скорости поезда. В 2010г. будут формироваться грузовые составы весом 8-10 тыс. т. Возрастут и скорости их движения. За предшествующие 30 лет – с 1940 по 1969г. средняя техническая скорость движения поездов на наших железных дорогах возросла с 33,1 до 46,3 км/ч, а участковая скорость – соответственно с 20,1 до 33,5 км/ч, т.е. всего на 13 км/ч. В последующие 30 лет темпы роста скорости заметно увеличатся благодаря применению более мощных тепловозов.
Всесоюзный научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта провёл расчёты, позволившие установить значения максимальных скоростей движения на ближайшую перспективу: для грузовых поездов 100 км/ч, для рефрижераторных 120 км/ч, а для скорых пассажирских ещё выше. Реализация этих скоростей должна быть предусмотрена вы первую очередь на основных магистралях. Путь Москва-Ленинград намечается подготовить для дальнейшего повышения скорости до 200 км/ч.
Будущий тепловоз будет иметь высокоэффективную электрическую передачу переменного тока с трёхфазным генератором и короткозамкнутыми асинхронными двигателями. Тележки будут связаны с кузовом при помощи пневматической подвески, позволяющей изменять частоту собственных колебаний локомотива в соответствии с его скоростью движения. Вести поезд будет автомашинист, воздействующий на электронные цепи управления. Однако это не значит, что на локомотиве не останется места для человека. Автомашинист будет выполнять такие же функции, как автопилот на самолёте, а человеку отводится более квалифицированная роль – контроль за работой автоматики.
Тепловозы завтрашнего дня создаются сегодня в лабораториях учёных и в конструкторских бюро.