Принцип работы грузовых электровозов переменного тока

От контактной сети переменного тока электровоз получает однофазный ток промышленной частоты 50 Гц, номинального напряжения 25 000 В. Электрическое оборудование такого электровоза отличается от обору­дования электровоза постоянного тока главным образом наличием по­нижающего трансформатора и выпрямительной установки.

Трансформаторы выполняют с интенсивным циркуляционным масловоздушным охлаждением. В качестве выпрямителей обычно применяют кремниевые полу­проводниковые вентили - диоды.

В последнее время начали использовать также силовые кремниевые вентили - тиристоры, которые позволяют управлять процессом токопрохождения.

Выпрямленное напряжение на зажимах тяговых электродвигателей не является постоянным во времени, а пульсирует; пульсация напряжения вызывает пульсацию вы­прямленного тока.

Значительная пульсация неблагоприятно влияет на работу тяговых электродвига­телей, поэтому в их цепь вклю­чают дополнительные индуктив­ности - так называемые сглажи­вающие реакторы.

Скорость электровоза перемен­ного тока регулируется измене­нием напряжения, подводимого к тяговым электродвигателям, путем подключения их к различным выво­дам вторичной обмотки трансфор­матора или выводам автотрансфор­маторной обмотки.

При таком спо­собе регулирования отпадает на­добность в пусковых реостатах и в переключениях двигателей. На электровозах переменного тока тяговые электродвигатели все время соединены между собой параллельно. Это улучшает тяговые свойства электровоза и упрощает электрическую схему.

На электровозах переменного тока, помимо вспомогательного обо­рудования, применяемого на электровозах постоянного тока, есть еще и мотор-насосы, обеспечивающие циркуляцию масла, охлаждаю­щего трансформатор и мотор-вентилятор охлаждения трансформатора и выпрямителя.

Электродвигатели всех вспомогательных машин чаще всего трех­фазные асинхронные. Трехфазный ток преобразовывается из однофаз­ного с помощью специальных вращающихся или статических преобра­зователей, называемых расщепителями фаз.

Применение переменного тока при электрификации железных дорог вызвало необходимость организации пунктов стыкования двух родов тока -однофазного напряжением 25 000 В и постоянного напряжением 3000 В.

При этом станции стыкования оборудуются специальными уст­ройствами для переключения напряжения в отдельных секциях кон­тактной сети. Хотя при таком стыковании локомотивы сменяются бы­стро, однако усложняется и удорожается устройство контактной сети. Кроме того затрудняется работа станции.

Регулирование скорости движения (рисунок 5) выполняют с помощью контроллера машиниста, который управляет замыканием контакторов 1 - 33. Чем больше номер позиции, тем больше задействуются витков на вторичной обмотке трансформатора (Т.тр) и собственно больше величина напряжения подаваемого на ТЭД и скорость локомотива.

Рисунок 5 Силовая электрическая цепь электровоза переменного тока: КС - контактная сеть; П - пантограф; ГВ - главный выключатель; Т.тр - тяговый трансформатор; 1п - 33п - контакторы главного контроллера; В1 - В4 - диоды выпрямительной установки; СР1 - СР4 - сглаживающие реакторы; П1 - П4 пусковые контакторы; а, б, в, г - контакторы реверсора I - IV якоря тяговых двигателей; ОВI - ОВIV - обмотки возбуждения главных полюсов тяговых двигателей; R_Ш - шунтирующее сопротивление; ИШ - индуктивный шунт; К - контакторы ослабления магнитного поля

1.4 Расположение электрооборудования на электровозе ВЛ 80 ^С

Внутри кузова оборудование расположено в высоковольтной камере (ВВК) и коридорах и представлено на рисунке 6. Со стороны кабины машиниста в ВВК установлены: вспомогательный компрессор 3 для подъема токоприемника, расщепитель фаз 7, панель № 3 с электрической низковольтной аппаратурой 5, распределительный щит 6, панель № 4 с высоковольтной аппаратурой 24, балластный резистор 25 в цепи освещения, блок автоматов 26, блок силовых аппаратов 27, трансформатор 28 с дросселями 1 и 2 для питания.

В средней части ВВК на резиновых конусных амортизаторах установлен блок тягового трансформатора 12, охладители которого, защищенные от механических повреждений сетками, находятся ниже пола кузова.

Для защиты от проникновения в кузов пыли и снега по периметру трансформатора на уровне пола кузова установлено резиновое уплотнение. В этом же помещении в специальном каркасе установлены конденсаторы 34 цепи вспомогательных машин, датчик тока 33, панель № 2 с электрическими аппаратами 14, контакторы расширенной зоны торможения 35 и 36, добавочный резистор к вольтметру 37, предохранитель к вольтметру сети 38.

Со стороны масляного насоса тягового трансформатора, под трапом размещен трансформатор 39 питания нагревательных устройств. Над блоком тягового трансформатора закреплены разъединители выпрямительных установок 13. Слева и справа от трансформаторного помещения установлены мотор-вентиляторы (МВ1 и МВ2) 7. Мотор-вентилятор МВ1 охлаждает тяговые двигатели первой и второй колесных пар, МВ2 - третьей и четвертой.

В малых форкамерах МВ1 и МВ2 размещены (по два в каждой) индуктивные шунты 31. Над МВ1 и МВ2 расположены блоки центробежных вентиляторов 8 для охлаждения тормозных резисторов 9 в режиме электрического торможения или выпрямительных установок 11, сглаживающих реакторов 32 и охладителей тягового трансформатора 12 в режиме тяги.

Переключение направления воздуха в режим тяги или торможения осуществляется с помощью специального устройства 10, которое установлено между тормозными резисторами 9 и выпрямительными установками 11. Ниже выпрямительных установок находятся сглаживающие реакторы 32.

В торцовой части ВВК расположены блок мотор-компрессора 40, блок силовых аппаратов 41, реле перегрузки 42 (только на первой секции), выпрямительная установка возбуждения 43, блок измерений 44, электропневматический контактор 45, панель защиты от юза 46, панель включения обогрева бака умывальника 48 (только на второй секции), панель № 1 с электрической аппаратурой 17, блок управления реостатным торможением 18 (только на первой секции), счетчик 19 электрической энергии.

Рисунок 6 Расположение электрооборудования на электровозе ВЛ 80 ^С: 1 - вспомогательный компрессор для подъема пантографа; 2 - панель № 3 с электрической аппаратурой; 3 - распределительный щит; 4 - конденсаторы; 5 - разъединитель выпрямительной установки; 6 - панель № 2 с электрической аппаратурой; 7 - тормозные резисторы; 8 - устройство для переключения воздуха; 9 - блок выпрямительной установки; 10 - приемопередатчик и блок питания радиостанции; 11 - блок автоматов; 12 - блок силовых аппаратов № 1; 13 - трансформатор ТРПШ; 14 - блокировочный переключатель; 15 - индуктивный шунт; 16 - блок вентиляторов для охлаждения тормозных резисторов и выпрямительных установок; 17 - блок силового трансформатора; 18 - сглаживающий реактор;19 - блок силовых аппаратов № 2; 20 - трансформатор ТПТ-06; 21 - выпрямительная установка возбуждения; 22 - реле перезагрузки; 23 - блок измерений; 24 - контактор пневматической ПК-96; 25 - панель защиты от юза; 26 - панель № 4 с аппаратурой; 27 - расщепитель фаз; 28 - блок-мотор компрессора4 29 - панель № 1 с электрической аппаратурой; 30 - блок управления реостатным торможением (БУРТ)

Над двигателем блока мотор-компрессора установлены два переключателя 15 и 16 для работы электровоза по системе многих единиц. Для той же цели за блоком силовых аппаратов 41 установлены блоки диодов 20 № 3, № 4, № 5 и панели аппаратов № 6 и №7.

В коридоре кузова первой секции установлено следующее оборудование: на стенке кабины - детали, необходимые для установки блока ультракоротковолнового (УКВ) диапазона радиостанции, на боковой стенке кузова - ящик для инструмента, на торцовой стенке - блок коротковолнового (КВ) диапазона радиостанции 21 с фильтром питания и согласующим устройством, духовой шкаф с электроплиткой 22 для подогрева пищи. Радиостанция КВ диапазона снабжена обогревом.

Выключатель обогрева установлен на стенке ВВК против блока радиостанции (обогрев предусмотрен при понижении окружающей температуры вне электровоза ниже минус 25 ⁰С).

В коридоре кузова второй секции установлен санитарный узел 47 с подогревом воды, температура которой поддерживается около 35 ⁰С.

На обеих секциях в коридорах установлены светильники с защитными стеклами, розетки для включения переносной лампы, по два огнетушителя ОУ-5, заземляющие и отключающие штанги.

Высоковольтная камера ограждена задвижными сетчатыми щитами и дверьми, позволяющими наблюдать за оборудованием внутри ВВК, не входя в нее. Щиты и двери ВВК заблокированы таким образом, что доступ в ВВК при поднятом токоприемнике исключен.

Технологическая часть

2.1 Особенности конструкции буксового узла электровоза ВЛ 80 ^С

Буксовый узел представляет собой комплект деталей, состоящий из корпуса буксы с крышкой, подшипника и уплотнительных уст­ройств. Буксовые узлы предназначены для передачи вертикальных и горизонтальных нагрузок на шейки осей колесных пар, размеще­ния подшипника, в котором вращается ось колесной пары, а так­же для передачи сил тяги, торможения и боковых усилий от ко­лесной пары на раму.

Вертикальные нагрузки направлены перпендикулярно оси вра­щения шейки. Эти нагрузки называют радиальными, к ним отно­сится статическая нагрузка от веса электровоза или вагона, а так­же вертикальные динамические нагрузки, возникающие при про­хождении неровностей пути и стыков рельсов.

Горизонтальные нагрузки направлены вдоль оси вращения шейки. Эти нагрузки называются аксиальными; к ним относятся динамические нагрузки, возникающие при прохождении электро­возом или вагоном кривых участков пути, стрелочных переводов, от давления ветра и других горизонтальных поперечных усилий, действующих вдоль оси вращения подшипников.

В процессе движения локомотива буксы должны обеспечивать вращение шеек осей с минимальным сопротивлением. Это обес­печивается благодаря подшипникам качения.

Буксо­вый узел электровоза ВЛ-80 ^С (рисунок 7) состоит из роликовой буксы и двух поводков с каждой стороны колесной пары.

Корпус 4 буксы отлит из стали 25ЛП, с четырьмя приливами для крепления тяг с сайлентблоками и двух приливов, расположенных в нижней части корпуса с проушинами для крепления в них рес­соры.

Внутри корпуса расположены роликовые подшипники, внут­ренние кольца которых насаживают на буксовую шейку оси в го­рячем состоянии при температуре 100 - 120 ⁰С.

Рисунок 7 Буксовый узел с поводком: 1 - болты крепления буксовых поводков; 2 - буксовый поводок; 3 - боковые приливы с клиновидными пазами; 4 - кор­пус буксы; 5 - передняя крышка буксы; 6 - нижние приливы с проушинами; 7 - резинометаллические шайбы; 8, 10 - резинометаллические валики; 9 - средняя часть корпуса поводка

Наружные кольца подшипников (рисунок 8) помещены в корпусе по скользящей посадке. Натяг внутренних колец подбирают в хо­лодном состоянии до нагрева, так как он должен быть выдержан в пределах 0,04 - 0,06 мм. При большем натяге может произойти за­клинивание подшипника, а при меньшем он может проворачивать­ся на шейке оси.

Нагревают кольца в масляной ванне. Как внут­ренние, так и наружные кольца подшипников разделены между со­бой дистанционными кольцами 4 и 5. Внутренние кольца 4 под­шипников через упорное кольцо наружного подшипника стягивают гайкой.

Она стопорится планкой, которая крепится двумя болта­ми М16 в специальном пазу на торце оси. Подбором толщины на­ружного дистанционного кольца 5 добиваются того, чтобы осевой разбег двух спаренных подшипников был в пределах 0,5 - 1,0 мм.

С внутреннего торца букса закрыта крышкой 8 и кольцом 9, ко­торое насажено на предподступичную часть оси 10. В кольце име­ются выточки, образующие лабиринт, предотвращающий попадание в полость буксы пыли, инородных тел и вытекания смазки из бук­сы. Как с передней стороны буксы, так и с задней под крышки 1 и 8 установлено уплотнение из резиновых колец.

Рисунок 8 Букса с подшипником: 1 - передняя крышка; 2 - корончатая шайба; 3, 6 - однорядный роликовый подшипник; 4 - внутреннее дистанционное коль­цо; 5 - наружное дистанционное кольцо; 7 - корпус буксы; 8 - задняя крыш­ка; 9 - лабиринтное кольцо; 10 - ось колесной пары; 11 - упорное кольцо с буртом; 12 - стопорная планка

Тяговое и тормозное усилие от корпуса буксы на раму тележки передается через тяги, которые одним своим шарниром прикреп­лены к приливам корпусов букс, а другим - к кронштейнам ра­мы тележки. Шарниры тяг выполнены в виде резинометаллических валиков и резинометаллических шайб.

Для правильной установки собранной колесной пары с букса­ми в тележки необходимо, чтобы поперечная ось колесной пары по отношению к продольной оси тележки заняла среднее положение.

Для этого регулируют размер между серединой оси колесной пары (нанесенной керном) и внутренним торцом длинного по­водка (без шайбы). Этот размер должен быть 986±1 мм.

2.2 Основные неисправности буксовых узлов электровоза ВЛ 80 ^С, причины их возникновения и способа их предупреждения

Для поводковых букс ЭПС характерны выработка резины у по­верхностей валиков, проворачивание валиков в резине, ослабление шайб на валике, излом и срез штифтов, ослабление крепления по­водка буксы к буксовому кронштейну.

Для подшипникового узла характерными неисправностями яв­ляются:

- разрушение сепараторов; разрушение роликов;

- проворот внутреннего кольца подшипника на шейке оси колесной пары;

- трение лабиринтного кольца о заднюю крышку буксы;

- разрушение подшипников целиком;

- недостаточное количество, а также избыток смазки;

- трещины, раковины и порча коррозией;

- риски, задиры, заусенцы, связанные с дефектами подшип­ников;

- износ лабиринтных и верхних дистанционных колец;

- самопроизвольное отвинчивание корончатой гайки с оси ко­лесной пары и трение ее о переднюю крышку буксы изнутри;

Максимальная температура нагрева подшипниковых узлов, оп­ределяемая на корпусе узла в нагруженной зоне, не должна быть более 70 °С.

Обычно температура узлов превышает температуру ок­ружающей среды на 20 - 35 °С.

Чрезмерное нагревание букс с подшипниками качения может происходить:

- из-за неправильной сборки подшипникового узла; заедания в лабиринтном уплотнении или от сильного трения уплотнительного кольца (при этом наибольшему нагреву подвер­жена зона уплотнения);

- отсутствия или малого осевого разбега в подшипнике или узле;

- недостаточной подачи смазки и повреждения вследствие это­го поверхности осевого упора и торца оси (при этом наибольшему нагреву подвержена передняя часть буксы);

- попадания в подшипники песка или других механических примесей;

- недостаточного количества смазки;

-переполнения узла смазкой;

-низкого качества или загрязнения смазки;

-применения неустановленного для узла типа смазки.

Рисунок 9 Разрушение торцевого крепления буксы

2.3 Периодичность технического обслуживания и ремонта буксовых узлов ВЛ 80 ^С

Периодичность, сроки плановых технических обслуживаний, текущих ремонтов, средних и капитальных ремонтов электровозов ВЛ80 ^С.

Таблица 1Среднесетевые нормы продолжительности TO, ТР, СР и КР электровоза ВЛ80 ^С

Время простоя - часы, сутки
1	2	3	4	5	6
ТО-3, ч.	ТР-1, ч.	ТР-2, сут.	ТР-3, сут.	СР, сут.	КР, сут.
20	24	5,17	6	12	36

Таблица 2 Среднесетевые нормы пробегов локомотивов между ТО-3, ТР, СР и КР электровоза ВЛ80 ^С

Нормативные межремонтные периоды, тыс. км
1	2	3	4	5	6
ТО-3	ТР-1	ТР-2	ТР-3	СР тыс. км	КР тыс. км
-	20	200	400	800	2400
-	3 месяца	2 года	4 года	8 лет	16 лет

Подшипниковые узлы ЭПС за время службы в целях оценки их пригодности к дальнейшей эксплуатации и устранения выявлен­ных дефектов подвергают ревизии. При ревизиях производят раз­борку подшипниковых узлов, промывку, осмотр и измерения под­шипников и сопрягаемых с ними деталей, замену и ремонт, а так­же закладку свежей смазки в узлы и их сборку.

Ревизии букс бывают первого и второго объемов.

Ревизия первого объема производится:

- при текущем ремонте ТР-3 ЭПС;

- при выявлении ненормального шума (стука) в подшипниках при прослушивании узла;

- при обнаружении повышенного нагрева буксы;

- при повреждении буксового узла;

- при сходе колесной пары с рельс на скорости свыше 20 км/ч;

- при ползуне свыше 1,5 мм на колесной паре.

При ревизии первого объема роликовая букса разбирается без спрессовки лабиринтного кольца и внутренних колец двух под­шипников.

Все снятые детали буксы промываются и осматриваются с за­мерами износа. Если необходимо, то отдельные детали или под­шипник заменяются. Стопорная планка снимается и подтягивает­ся гайка на торце оси колесной пары. При обнаружении в смазке буксы следов металла или провороте гайки более чем на 0,5 обо­рота оси колесной пары необходимо выполнить полную разборку буксы с выкаткой колесной пары.

Ревизия букс второго объема производится на КР-1, во всех случаях выявления дефектов узлов, которые нельзя устранить при ре­визии первого объема, а также при каждом полном освидетельст­вовании колесной пары.

При ревизии второго объема, кроме работ, предусмотренных для ревизии первого объема, разбирают подшипниковые узлы полно­стью со снятием с шеек внутренних колец подшипников и лаби­ринтных колец, а также крышек корпусов узлов. Все детали промывают, осматривают, измеряют и при необходимости ремонтиру­ют или заменяют новыми.