Меню

Характеристики тепловозов по мощности

Тяговые характеристики тепловозов с электрической передачей мощности.

date image2017-10-25
views image5479

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

На сегодняшний день большинство тепловозов используемых на железных дорогах России и мира в качестве передачи мощности используют электрическую передачу. В зависимости от типа используемых электрических машин электрические передачи разделяют на передачи постоянного тока, переменно-постоянного тока и переменного тока. В передачах постоянного тока используются тяговый генератор и тяговые двигатели постоянного тока, в передачах переменно-постоянного тока используется синхронный тяговый генератор и двигатели постоянного тока, в передачах переменного тока используются генератор и двигатели переменного тока. В электрической передаче якорь тягового генератора через муфту жестко соединен с коленчатым валом дизеля, а якоря тяговых двигателей через осевые редуктора связаны с ведущими колесными парами тепловоза.

Принципиальная схема электрической передачи постоянного тока приведена на рисунке 18. Передача содержит тяговый генератор и несколько тяговых двигателей. Такие передачи нашли широкое распространение на тепловозах мощностью до 2200кВт.

Рисунок 18. Схема электрической передачи постоянного тока:

САР – система автоматического регулирования возбуждения тягового генератора; ОВГ – обмотка возбуждения тягового генератора; ТГ – тяговый генератор; ТЭД – тяговый электродвигатель; ОВ – обмотка возбуждения тягового электродвигателя; RШ1, RШ2 – сопротивления ослабления магнитного потока тягового двигателя.

Благодаря наличию двух последовательно соединенных коллекторов генератора и тягового двигателя вся тяговая цепь данной передачи может быть разделена на две практически независимые системы: дизель – тяговый генератор и тяговый двигатель – колесная пара.

Как и в случае с э.п.с. регулирование скорости движение тепловоза с электрической передачей осуществляется путем изменения напряжения тягового генератора (ступенчатое при изменении схемы соединения или плавно при регулировании возбуждении тягового генератора) или регулированием тяговых двигателей включением ступеней ослабления магнитного потока.

При регулировании тягового генератора стремятся обеспечить постоянство мощности, частоты вращения и подачи топлива дизеля при различных значениях тока нагрузки. Для этого используется специальная система регулирования напряжения тягового генератора.

При регулировании и выборе типа применяемых тяговых двигателей главной задачей является обеспечение наименьшего изменения тока нагрузки при изменении момента сопротивления движению. Наиболее подходящими для данного условия являются двигатели с сериесной (последовательной) системой возбуждения. В качестве регулирования используется включение ступеней ослабления поля.

При установившемся режиме работы дизеля и постоянном выходе рейки топливного насоса система регулирования возбуждения тягового генератора изменяет напряжение на его зажимах таким образом, чтобы обеспечить выполнение следующего условия:

; (13) где PГ – выходная мощность тягового генератора кВт, IГ – ток нагрузки тягового генератора (А); UГ – напряжение на зажимах тягового генератора (В); – коэффициент полезного действия тягового генератора.

Зависимость при реализации номинальной мощности дизеля называют внешней характеристикой тягового генератора. Та же зависимость при мощности дизеля меньше номинальной называется частичной характеристикой тягового генератора. Внешняя и частичные характеристики тягового генератора показаны на рисунке 19. При определении мощности генератора на частичных нагрузках при различных частотах вращения, прежде всего, стремятся обеспечить экономичность работы тепловозного дизеля.

Важным вопросом является выбор основных параметров внешней характеристики тягового генератора, а именно максимального и номинального тока, а также максимального напряжения. Максимальный ток тягового генератора выбирается таким образом, чтобы обеспечить реализацию тяговым двигателям реализацию максимальной силы тяги по условиям сцепления колесных пар с рельсами. Номинальный ток тягового генератора выбирается таким образом, чтобы обеспечить реализацию длительной (расчетной) силы тяги по условию нагревания электрических машин. Значение максимального напряжения генератора определяется исходя из обеспечения максимальной скорости движения тепловоза при включенном ослаблении поля.

Рисунок 19. Внешняя и частичные характеристики тягового генератора:

Uг max – максимальное напряжение тягового генератора (В); Uг ном – номинальное напряжение тягового генератора (В); Uг min – минимальное напряжение тягового генератора; Iг max – максимальный ток тягового генератора (А); Iг ном – номинальный (расчетный) ток тягового генератора (А); Iг min – минимальный ток тягового генератора (А); ПКМ1, ПКМ5, ПКМ10, ПКМ14 и ПКМ15 – соответственно первая, пятая, десятая, четырнадцатая и пятнадцатая позиции контроллера машиниста.

Преимуществами электрической передачи мощности постоянного тока являются:

  • отсутствие кинематической связи вала теплового двигателя с движущими колесами локомотива;
  • возможность плавного регулирования силы тяги и скорости локомотива во всем заданном рабочем диапазоне;
  • высокое значение к. п. д. передачи и теплового двигателя во всем рабочем диапазоне (при мощности менее 1000кВт к.п.д. составляет 0,78—0,84, а при более 1000 кВт – 0,84—0,86);
  • высокая степень использования мощности теплового двигателя во всем рабочем диапазоне;
  • отсутствие муфт сцепления и промежуточных зубчатых редукторов; возможность осуществления электродинамического или рео­статного торможения; высокая долговечность и надежность;
  • достаточная свобода в разме­щении силового и вспомогательного оборудования при конструировании локомотива.
  • К числу недостатков электрической передачи постоянного тока можно отнести:
  • более высокую стоимость передачи по сравнению с механической и гидравлической, что особенно заметно при малых мощностях;
  • значительный расход цветных металлов, высококачественной стали и изоляционных материалов на изготовление;
  • многократные настроечные (реостатные) испытания в процессе эксплуатации;
  • снижение надежности и к.п.д. передачи в целом от ухудшения климатических условий эксплуатации;
  • достаточно большой вес электрических машин и передачи в целом;
  • необходимость тщательного ухода за коллекторно-щеточным узлом электрических машин.
Читайте также:  Как определить мощность электропаяльника

Электрическая передача постоянного тока для тягового подвижного ж.д. состава охватывает диа­пазон мощностей от 220 до 4400 кВт. Отдельные локомотивы строятся или проектируются на большие мощности. При мощностях более 1470 кВт в агрегате применяется исключительно электрическая передача.

Электрические передачи мощности переменно-постоянного тока. Тенденция к увеличению мощности на единицу веса и габаритов тепловоза привела к тому, что возникла проблема с размещением оборудования в дизельном помещении и моторных тележках, а затем и снижение надежной работы коллекторно-щеточного узла машин постоянного тока и в первую очередь тягового генератора. Увеличение нагрузок привели к неудовлетворительной работе его щеток и коллектора.

Расчеты и опытные данные показали, что при произведении Рг ном×nд ном > (25¸30)×10 3 не удается обеспечить надежную работу коллекторно-щеточного узла машины постоянного тока. Поэтому переход на передачу постоянно-переменного тока для тепловозов был обусловлен.

С шестидесятых годов начался выпуск тепловозов с синхронным генератором и полупроводниковой выпрямительной установкой. Система регулирования генера­тора и характеристики на выходе выпрямителя соответствовали передачам постоянно-постоянного тока. На данный момент времени данный тип передачи применен на тепловозах 2ТЭ116, 2ТЭ121, ТЭП70, ТЭМ7 и др.

На тепловозах с передачей мощности переменно-постоянного тока применяются тяговые элек­тродвигатели постоянного тока с последовательным воз­буждением и ступенчатым ослаблением магнитного потока возбуждения.

В тепловозной передаче мощности переменно-постоянного тока (рисунок 20) применен синхронный трехфазный генератор СГ с возбудителем В и полупроводниковый кремниевый выпрямитель ВУ с интенсивным охлаждением. Синхрон­ные генераторы имеют вес на единицу мощности почти в два раза меньше, чем генераторы постоянного тока при той же мощности и частоте вращения вала дизеля. Имеются реальные возможности для снижения веса и размеров выпрямительных установок.

Рисунок 20. Схема электрической передачи переменно-постоянного тока:

САР – система автоматического регулирования возбуждения тягового генератора; ОВГ – обмотка возбуждения тягового генератора (расположена на роторе); СТГ – синхронный тяговый генератор; ВУ – выпрямительная установка; ТЭД – тяговый электродвигатель; ОВ – обмотка возбуждения тягового электродвигателя; RШ1, RШ2 – сопротивления ослабления магнитного потока тягового двигателя.

Основное преимущество синхронного генератора перед генератором постоянного тока заключается в отсутствии коллек­тора, что повышает надеж­ность его работы и позволяет существенно повысить окруж­ную скорость на поверхности ротора. Если для генератора постоянного тока окружная скорость якоря не превышает 70 м/с, то для синхронного генератора она допускается 180 м/с и в некоторых слу­чаях до 200 м/с.

Расчет и построение тяговых характеристик тепловозов с электрической передачей аналогичен подобному расчету для э.п.с. с той лишь разницей, что напряжение тяговых двигателей изменяется согласно гиперболической характеристике тягового генератора.

На рисунке 21 приведены характеристики тепловоза 3ТЭ10М с электрической передачей постоянного тока, а на рисунке 22 тепловоза 2ТЭ116 с передачей переменно-постоянного тока.

Рисунок 21. Тяговая характеристика тепловоза 3ТЭ10М.

Рисунок 22. Тяговая характеристика тепловоза 2ТЭ116.

Дальнейшее развитие электрической передачи мощности локомотива – это применение передачи мощности переменно-переменного тока – переход на тяговые асинхронные электродвигатели, как тепловозов, так и электровозов.

Основными видами бесколлекторных электродвига­телей являются асинхронный, синхронный и вентиль­ный двигатели. Короткозамкнутый асинхронный тяговый электродвига­тель прост по конструкции и имеет наимень­шие габариты и массу. При одинаковом вращающем моменте и мощности масса асинхронного электродвигателя на 25—30% меньше, чем электро­двигателя постоянного тока.

Электрическая передача переменного тока маневрового тепловоза ТЭМ21, построенного на Брянском машиностроительном заводе, состоит из синхронного генератора переменного тока ГСТ1050-1000, двух статических преобразователей частоты (выпрямитель и инвертор) и четырех асинхронных тяговых двигателей ДАТ-350. Схема передачи приведена на рисунке 23. Синхронный генератор имеет три трехфазные обмотки (две тяговые и третья для питания электроприводов вспомогательных машин) с помощью полужесткой муфты соединен с коленчатым валом дизеля мощностью 1100кВт. Каждый из статических преобразователей частоты состоит из управляемого выпрямителя и автономного инвертора тока и предназначен для регулирования частоты и амплитуды питающего напряжения асинхронных тяговых двигателей. Асинхронные тяговые двигатели попарно подключены к статическим преобразователям. Реверсирование двигателей осуществляется путем изменения последовательности чередования фаз питающего тока.

Рисунок 23. Принципиальная схема электрической передачи переменного тока тепловоза ТЭМ21: СГ – синхронный тяговый генератор; УВУ – управляемая выпрямительная установка; АИТ – автономный инвертор тока; БЗТ – блок запирающих (тормозных) тиристоров; В-ТПЕ – управляемый вентиль цепи возбуждения СГ; RТ – сопротивление тормозных резисторов; АТД – асинхронный тяговый электродвигатель.

Источник



КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛОВОЗОВ (ОСЕВАЯ ФОРМУЛА, МОЩНОСТЬ, СЛУЖЕБНЫЙ И СЦЕПНОЙ ВЕС)

Тепловозы классифицируются по ряду различных признаков. Наиболее важным является разделение тепловозов по следующим признакам.

По роду службы (виду выполняемой работы) они делятся на грузовые, пассажирские, универсальные (предназначенные для выполнения различной работы, например, грузопассажирские, маневрово-вывозные и т. п.), маневровые и промышленные. Назначение тепловоза отражается на его характеристиках, конструкции передачи и экипажной части.

Современные тепловозы по типу передач делятся на тепловозы с электрической и гидравлической передачами. Электрические передачи могут быть постоянного, переменно-постоянного и переменного тока. Промышленные тепловозы малой мощности выполняют и с механической передачей.

Одной из важных характеристик каждого тепловоза, как и любого локомотива, является его осевая формула. Она характеризует число, расположение и назначение осей локомотива. Для тепловозов тележечного типа осевая формула представляет сочетание цифр, число которых соответствует числу тележек, а каждая цифра показывает число осей в тележке. Например, шестиосный тепловоз ТЭП70 имеет осевую формулу Зо—Зл, которая показывает, что у тепловоза две трехосные тележки Знак «—» (тире) означает, что тележки не соединены между собой (несочлененные), а индекс «0» у цифр показывает, что каждая ось имеет индивидуальный (отдельный) привод (тяговый электродвигатель). Для двухсекционного тепловоза 2ТЭ10В, у которого секции сцеплены между собой, осевая формула выглядит так: Зо—Зо + Зо—Зо или 2(30—Зо).

Читайте также:  Мощность шума квантования это

Для тепловозов нетележечного типа в осевой формуле последовательно перечислено число осей бегунковых, ведущих (сцепных) и поддерживающих. Например, 0—3—0 в) — бегунковых осей нет, ведущих три, поддерживающих нет, привод групповой (тепловоз ТГМ1); 2—5о—1—две бегун-ковые оси, пять ведущих с индивидуальным приводом, одна поддерживающая (тепловоз Ээл довоенной постройки)

В некоторых странах применяют колесные формулы, в которых цифры указывают на число колес, а не осей. Написанная по этому принципу колесная формула тепловоза Ээл выглядит так: 4—10—2, т. е. все цифры удвоены по сравнению с осевой формулой.

К характеристикам локомотивов относятся также осевая нагрузка, служебный и сцепной вес, а также габарит.

Осевая нагрузка (или, точнее, нагрузка от оси на рельсы) характеризует статическое воздействие локомотива на железнодорожный путь.

Для магистральных локомотивов, эксплуатирующихся на железных дорогах СССР, наибольшие допустимые нагрузки на рельсы составляют 225 кН. У новых локомотивов, уже разработанных промышленностью, осевые нагрузки достигают 235 кН (электровозы ВЛ15 и ВЛ85) и 245 кН (тепловозы 2ТЭ121 и опытный тепловоз ТЭ136).

Служебным весом тепловоза называется его полный вес — с локомотивной бригадой, полным запасом воды и масла и двумя третями запасов топлива и песка.

Вес, приходящийся на движущие колесные пары и участвующий в создании силы тяги, называется сцепным весом. Так как почти у всех современных тепловозов все оси являются движущими, то для них сцепной вес равен служебному. С другой стороны, служебный вес равен сумме нагрузок от ведущих осей на рельсы.

Конструкцию тепловоза характеризует ряд факторов: стоимость изготовления, расход топлива, срок службы, производительность. Между стоимостью, мощностью и серийностью изготовления тепловоза существует определённая зависимость: чем мощнее тепловоз, тем он дороже; чем больше экземпляров в серии, тем изготовление становится дешевле.

Наиболее дорогой частью тепловоза является дизель, стоимость которого составляет примерно 30 % стоимости локомотива. Стоимость гидропереда­чи — около 12 %, а стоимость электропередачи — 20 %. Для уменьшения стоимости дизеля широко применяются так называемые мощностные ряды, в которые входят дизели, имеющие цилиндры одного размера и состоящие из унифицированных агрегатов, узлов и деталей. Например, тепловозные дизели Д49 с цилиндрами диаметром 26 см и ходом поршней 26 см могут составлять ряд с различным, чйслом цилиндров — 8, 12, 16 и 20, обеспечивая соответственно мощность 880, 1650, 2200, 3077 и 4415 кВт.

С увеличением массы состава поезда стоимость перевозки грузов уменьшается, но требуется большая мощность на тягу. Это обстоятельство привело к применению нескольких секций одной серии тепловозов для перевозки составов большей массы. Создание более мощных односекционных тепловозов вместо трёхсекционных меньшей мощности в секции обеспечивает существенную экономию капитальных затрат, стоимости содержания локомотива и расхода топлива.

Источник

Классификация и характеристики тепловозов

Тепловозы классифицируются по ряду различных признаков. Наиболее важным является разделение тепловозов по следующим признакам.

По роду службы (виду выполняемой работы) они делятся на грузовые, пассажирские, универсальные (предназначенные для выполнения различной работы, например, грузопассажирские, маневрово-вывозные и т. п.), маневровые и промышленные. Назначение тепловоза отражается на его характеристиках, конструкции передачи и экипажной части.

Современные тепловозы по типу передач делятся на тепловозы с электрической и гидравлической передачами. Электрические передачи могут быть постоянного, переменно-постоянного и переменного тока. Промышленные тепловозы малой мощности выполняют и с механической передачей.

По устройству ходовых частей различаются тепловозы тележечного типа, аналогичные рассмотренным выше тепловозам типа 2ТЭ10, и тепловозы с осями в жесткой раме (бестележечные). Почти все современные тепловозы тележечного типа.

Тепловозы делятся также: по ширине рельсовой колеи — на тепловозы нормальной колеи — 1520 мм в СССР и 1435 мм во многих зарубежных странах — и узкоколейные (ширина колеи от 600 до 1000- 1100 мм); по числу секций-на одно-, двух- и многосекционные. Односекционные тепловозы часто имеют две кабины управления, двухсекционные — по одной на секцию. У многосекционных тепловозов промежуточные секции вообще могут не иметь кабин машиниста, так как управляются с головных секций.

Серии тепловозов, т. е. группы тепловозов, построенных по одним и тем же проектам, на железных дорогах СССР принято обозначать сочетанием заглавных букв русского алфавита и цифр.

В большинстве случаев обозначение начинается с буквы Т («тепловоз») ; вторая буква, как правило, характеризует тип передачи (Э — электрическая, Г — гидравлическая); третья-обычно говорит о назначении тепловоза (П — пассажирский, М-маневровый, у грузовых тепловозов третья буква в серии отсутствует). Цифры обозначают номер серии тепловоза, для поездных тепловозов обычно указывающий также и на завод-изготовитель. Номера серий от 1 до 49 отводились магистральным тепловозам, спроектированным Харьковским заводом транспортного машиностроения им. В. А. Малышева. Номера от 50 до 99 присваиваются тепловозам разработки Коломенского тепловозостроительного завода им. В. В. Куйбышева (ныне ПО «Коломенский завод»), а номера выше 100 входят в серии локомотивов Ворошиловградского тепловозостроительного завода им. Октябрьской революции (ныне ПО «Лугансктепловоз»).

Читайте также:  Хендай элантра мощность двигателя

Таким образом, обозначение ТЭЗ расшифровывается так: грузовой тепловоз с электрической передачей третьей серии, спроектированный Харьковским заводом; обозначение ТГ102-тепловоз с гидравлической передачей, грузовой 102-й серии Ворошиловградского завода; ТЭП70 — тепловоз с электрической передачей пассажирский постройки Коломенского завода; ТГМЗ и ТЭМ5 — тепловозы маневровые соответственно с гидравлической и электрической передачами (в сериях маневровых и узкоколейных тепловозов цифра обозначает только порядковый номер модели).

Цифра перед буквенным обозначением означает число секций многосекционного тепловоза, созданного на базе основной серии (например, 2ТЭП60 — двухсекционный пассажирский тепловоз, ЗТЭ10М — трех-секционный грузовой). Буква после номера серии указывает либо на модернизированный вариант (М), либо на завод-изготовитель, если первоначальный проект тепловоза разработан другим заводом. Так, тепловоз 2ТЭ10В создан Ворошиловградским заводом на базе односекционного тепловоза ТЭ10 Харьковского завода (серия 2ТЭ10Л разрабатывалась ранее, когда завод, как и в настоящее время, назывался Луганским).

В обозначения серий тепловозов, работающих в СССР, но построенных за рубежом, введена буква, указывающая на страну-изготовитель. Так, серии ЧМЭ2 и ЧМЭЗ означают маневровые тепловозы с электрической передачей, построенные в Чехословакии.

Одной из важных характеристик каждого тепловоза, как и любого локомотива, является его осевая формула. Она характеризует число, расположение и назначение осей локомотива. Для тепловозов тележечного типа осевая формула представляет сочетание цифр, число которых соответствует числу тележек, а каждая цифра показывает число осей в тележке. Например, шестиосный тепловоз ТЭП70 имеет осевую формулу Зо-Зл, которая показывает, что у тепловоза две трехосные тележки (рис. 1.4, а). Знак «-» (тире) означает, что тележки не соединены между собой (несочлененные), а индекс «0» у цифр показывает, что каждая ось имеет индивидуальный (отдельный) привод (тяговый электродвигатель). Для двухсекционного тепловоза 2ТЭ10В (рис. 1.4,6), у которого секции сцеплены между собой, осевая формула выглядит так: Зо-Зо + Зо-Зо или 2(30-Зо).

Для тепловозов нетележечного типа в осевой формуле последовательно перечислено число осей бегун-ковых, ведущих (сцепных) и поддерживающих. Например, 0-3-0 (рис. 1.4, в) — бегунковых осей нет, ведущих три, поддерживающих нет, привод групповой (тепловоз ТГМ1); 2-5о-1 (рис. 1.4, г) -две бегун-ковые оси, пять ведущих с индивидуальным приводом, одна поддерживающая (тепловоз Ээл довоенной постройки).

За рубежом в осевых формулах тепловозов число ведущих осей в тележках обозначают не цифрой, а буквой, подразумеваемый порядковый номер которой в латинском алфавите соответствует числу осей (А — одна ось, В — две, С — три, О-четыре). Следовательно, обозначение Со-Со (или, просто, С- С) будет соответствовать рассмот-

Осевые формулы тепловозов:

а- Зо-3» (ТЭП70); б -2(30

3о) или Зо-Зо + Зо-Зо (2ТЭ10В, 2ТЭ116); в — 0-3-0 (ТГМI); г-2-50-1 (Э»)

ренной выше формуле Зо-Зо. (Во Франции принято буквы писать слитно: ВВ, СС). Наличие же бегунковых или поддерживающих осей обозначается также цифрами.

В некоторых странах применяют колесные формулы, в которых цифры указывают на число колес, а не осей. Написанная по этому принципу колесная формула тепловоза Ээл выглядит так: 4-10-2, т. е. все цифры удвоены по сравнению с осевой формулой.

К характеристикам локомотивов относятся также осевая нагрузка, служебный и сцепной вес, а также габарит.

Осевая нагрузка (или, точнее, нагрузка от оси на рельсы) характеризует статическое воздействие локомотива на железнодорожный путь.

Для магистральных локомотивов, эксплуатирующихся на железных дорогах СССР, наибольшие допустимые нагрузки на рельсы составляют 225 кН. У новых локомотивов, уже разработанных промышленностью, осевые нагрузки достигают 235 кН (электровозы ВЛ15 и ВЛ85) и 245 кН (тепловозы 2ТЭ121 и опытный тепловоз ТЭ136).

Служебным весом тепловоза называется его полный вес — с локомотивной бригадой, полным запасом воды и масла и двумя третями запасов топлива и песка.

Вес, приходящийся на движущие колесные пары и участвующий в создании силы тяги, называется сцепным весом. Так как почти у всех современных тепловозов все оси являются движущими, то для них сцепной вес равен служебному. С другой стороны, служебный вес равен сумме нагрузок от ведущих осей на рельсы.

Габаритом называется предельное поперечное очертание (перпендикулярное оси пути), за пределы которого не должна выступать ни одна часть локомотива как нового, так и предельно изношенного.

Для локомотивов СССР стандартом установлены габариты Т и 1Т. Наиболее распространенный габарит 1Т имеет наибольшую предельную ширину 3400 мм и высоту 5300 мм. Действительные допускаемые предельные значения высоты и ширины кузова имеют меньшие значения, так как при их подсчете учитываются все возможные смещения локомотива от оси пути как по горизонтали, так и по вертикали. Тепловозы, предназначенные для экспорта, выполняются по меньшим габаритам (например, тепловозы М62 и ТЭ109- по габариту 02-ВМ).

Источник