Author: Осипов С.И.
Tags: техника средств транспорта физика транспорт тепловозы железнодорожный транспорт электропоезда издательство транспорт
Year: 1985
Text
С. И. ОСИПОВ
основы
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
И ТЕПЛОВОЗНОЙ
ТЯГИ
Утверждено
Главным управлением учебными
заведениями
Министерства путей сообщения
в качестве учебника для техникумов
железнодорожного транспорта
МОСКВА «ТРАНСПОРТ» 1985
УДК 629 423/ 424 (075.32)
Осипов G И. Основы электрической и тепловозной тяга. Учеб-
ник для техникумов ж.-д. транспорта. — М.: Транспорт, 1985.—
408 с.
Изложена теория тяги поездов н методы тяговых расчетов при
электрической и тепловозной тяге, приведены основные сведения о
тяговых испытаниях локомотивов и рассмотрены вопросы управле-
ния локомотивами н моторвагонным подвижным составом. С целью
усвоения теоретического материала приведены примеры. Изложена
методика подготовки информации для решения задач тяги поездов
на цифровых вычислительных машинах.
Книга утверждена Главным управлением учебными заведениями
МПС в качестве учебника для техникумов железнодорожного транс-
порта по специальностям «Электротяговое хозяйство железных до-
рог» и «Тепловозное хозяйство». Она может также служить посо-
бием для студентов институтов и инженерно-технических работни-
ков железнодорожного транспорта.
Ил. 207, табл. 66, библиогр. 21 назв.
Рецензенты канд. техн, наук В. Н. Хлебников и инж.
М. Я. Семенов.
Заведующий редакцией Н. В. Зеньковнч
Редактор Р
а
Пн1гООТ4Тр-ВССЯИИ
|НСТИТУТ ifOK»«e«S’e
эвН'- •*мчОГО
Т-Э-'СНЭРТУ
Б15ЛЮТЕКА
3602030000-047
° 049(01)-85
40-85
'С Издательство «Транспорт».
ОТ АВТОРА
Настоящая книга является учебником для техникумов железно-
дорожного транспорта и написана в соответствии с программой по
основам электрической и тепловозной тяги для двух специальностей:
№ 1605 «Электротяговое хозяйство железных дорог» и № 1602 «Теп-
ловозное хозяйство».
Она написана с таким расчетом, чтобы ей было удобно пользовать-
ся учащимся каждой из специальностей. Весь материал, касающийся
только одной специальности, выделен в отдельные главы, параграфы,
а внутри параграфа — подзаголовки. Изложение в книге ведется с
учетом утвержденных в 1980 г. Правил тяговых расчетов для поезд-
ной работы, использованием Международной системы единиц (СИ) и
указаний МПС о применении основных терминов и единиц в области
тяги поездов.
При рассмотрении вопросов теории электрической и тепловозной
тяги автор стремился в первую очередь возможно проще раскрыть их
физическую сущность. Для лучшего уяснения теоретических положе-
ний они подкрепляются практическими примерами.
Большое внимание в книге уделено характеристикам новых се-
рий выпускаемых электровозов (ВЛ80₽, ВЛЙО*1) и тепловозов (2ТЭ116,
2ТЭ10В). Кроме того, даны общие представления об импульсном ре-
гулировании и бесколлекторных тяговых электродвигателях.
Автор выражает глубокую признательность рецензентам книги
канд. техн, наук В. Н. Хлебникову и инж. М. Я. Семенову за их труд
по просмотру рукописи и ценные замечания. Все отзывы и замечания
по книге будут приняты автором с благодарностью. 'Прошу направ-
лять их по адресу: 103064. Москва, Басманный тупик, 6а, издательство
«Транспорт».
3
ВВЕДЕНИЕ
Наука о тяге поездов изучает комплекс вопросов, связанных
с теорией механического движения поезда, рационального исполь-
зования локомотивов и экономичного расходования электрической
энергии и топлива.
В связи с тем что в нашей стране практически все перевозки
на железнодорожном транспорте осуществляются электроподвиж-
ным составом (электровозами и электропоездами), тепловозами
и дизель-поездам и, в учебнике все вопросы рассмотрены примени-
тельно к этим видам тяги. Паровая тяга в книге не рассматри-
вается.
Теория электрической и тепловозной тяги позволяет решать
широкий круг практических вопросов эффективной эксплуатации
железных дорог, рассчитывать основные параметры вновь проек-
тируемых линий, участков, переводимых на новые виды тяги, на-
мечать основные требования к вновь разрабатываемым локомоти-
вам — электровозам и тепловозам, моторвагонному подвижному
составу — электро- и дизель-поездам, а также к вагонам. С по-
мощью теории и тяги поездов определяют силы, действующие на
поезд, влияние этих сил на характер его движения, находят опти-
мальную массу состава при выбранной серии локомотива, рассчи-
тывают скорости движения в любой точке пути с учетом безопас-
ности движения поездов и время хода по каждому перегону
и участку, определяют расход электрической энергии или топлива
и проверяют использование мощности локомотива.
На основании этих данных составляют график движения поез-
дов, определяют пропускную и провозную способность железных
дорог и рассчитывают эксплуатационные показатели локомотив-
ного хозяйства.
На действующих линиях теория позволяет найти рациональные
режимы вождения поездов на различных участках и наиболее эконо-
мичные условия эксплуатации локомотивов. При разработке проектов
электрификации железных дорог определяют, пользуясь теорией элек-
трической тяги, токи, потребляемые электроподвнжным составом в
различных точках пути, на основании которых рассчитывают систему
электроснабжения.
Теория тяги поездов начала развиваться еще в прошлом столе-
тии. Профессором Н. II. Петровым в те времена были проведены ис-
следования сопротивления движению подвижного состава, непрерыв-
ных тормозных систем и разработана гидродинамическая теория
трения, сохранившая свое значение до наших дней. Эти исследования
4
он подтвердил опытной проверкой и показал пути уменьшения вред-
ных сопротивлений движению на железнодорожном транспорте. В это
же время другой русский ученый профессор А. П. Бородин создал
первую лабораторию для опытных исследований работы паровозов.
В дальнейшем уже в годы Советской власти теоретические и экспери-
ментальные исследования в тяге поездов проводили профессора
В. Ф. Егорченко, А. М. Бабнчков и другие ученые.
Электрической и тепловозной тяги в царской России не было.
Уже в первые годы после Великой Октябрьской социалистической ре-
волюции в нашей стране был поставлен вопрос использования элек-
трической и тепловозной тяги на железнодорожном транспорте.
В плане ГОЭЛРО, разработанном по инициативе В. И. Ленина, уделе-
но большое внимание развитию железных дорог и предусмотрена элек-
трификация наиболее важных направлений. Профессора А. В. Вульф,
А. Б. Лебедев, В. А. Шебалин и другие разрабатывали осно-
вы теории электрической тяги, методы расчета системы электроснаб-
жения и ряд других вопросов, связанных с электрификацией желез-
ных дорог. Разработкой теории тепловозной тяги занимались профес-
сора В. И. Гриневецкий, Я. М. Гаккель, А. И. Шелест и другие, а в
1924 г. был построен первый магистральный тепловоз с электрической
передачей конструкции профессора Я. М. Гаккеля.
В 1918 г. был создан Научно-экспериментальный институт путей
сообщения, впоследствии преобразованный во Всесоюзный научно-ис-
следовательский институт железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ),
который в те времена проводил и сейчас проводит исследования во-
просов тяги поездов, испытывает новые серии локомотивов, изучает
сопротивление движению подвижного состава, работает над совершен-
ствованием тормозных средств поездов. Одновременно большие ис-
следования по повышению эффективности новых видов тяги и созда-
нию новых локомотивов проводят научно-исследовательские инсти-
туты промышленности, поставляющей Министерству путей сообще-
ния локомотивы и моторвагонный подвижной состав, а также учеб-
ные институты железнодорожного транспорта.
Рост советской экономики, развитие промышленности и сельского
хозяйства, освоение отдаленных районов, расширение хозяйственных
связей вызывает необходимость и дальше развивать и совершенство-
вать работу железных дорог. Чтобы удовлетворять потребности на-
родного хозяйства и населения страны в перевозках, нужно строить
новые линии, продолжать развитие провозной и пропускной способ-
ности действующих дорог, эффективнее использовать локомотивы на
каждом участке, экономно расходуя электрическую энергию и топ-
ливо.
Теория тяги поездов позволяет найти скрытые резервы в каждом
из этих направлений и решить поставленные задачи наиболее рацио-
нально с меньшей затратой сил и средств. Ввод более мощных элек-
тровозов и тепловозов обеспечит значительный подъем производитель-
ности труда н повышение объема перевозок. На наиболее напряженных
направлениях железных дорог используют электрическую тягу, об-
5
ладающую более высокой пропускной и провозной способностью уча-
стков.
К началу 1984 г. на электрической тяге работали линии протяжен-
ностью 46,8 тыс. км, в том числе на постоянном токе 26,6 тыс. км и на
переменном токе 20,2 тыс. км. На этих линиях, составляющих около
33% протяженности железных дорог страны, выполняется 59% пере-
возочной работы.
На тепловозной тяге работают линии протяженностью более
80 тыс. км. На этих линиях выполняется около 45% перевозок. Кро-
ме того, тепловозы выполняют основную часть маневровой и вывоз-
ной работы. Байкало-Амурская магистраль (БАМ) сооружается с
учетом использования тепловозной, а на наиболее тяжелом участ-
ке — электрической тяги, которые должны обеспечить намечаемый
большой объем перевозок.
При выполнении расчетов, связанных с тягой поездов, пользуют-
ся Правилами тяговых расчетов для поездной работы (ПТР), являю-
щимися основным официальным документом, утверждаемым Мини-
стерством путей сообщения. В них приведены методы и порядок про-
ведения расчетов, расчетные формулы и нормативы, которыми руко-
водствуются при выполнении расчетов. Эти расчеты требуют больших
затрат времени. Для их уменьшения в настоящее время широко ис-
пользуют вычислительную технику, которой оснащены вычислитель-
ные центры железных дорог.
ГЛАВА 1
СИЛЫ, действующие на поезд.
СИЛА ТЯГИ
1. Единицы, используемые в тяге поездов
До последнего времени в нашей стране для решения задач тяги
поездов применялась техническая система единиц, в которой основ-
ными единицами являются: длина — метр (м), время — секунда (с)
и сила — килограмм силы (кгс). Единица массы в этой системе —
килограмм (кг) — производная, выражаемая через силу и ускорение.
В настоящее время в стране внедряется Международная система
единиц (СИ), в которой единицы длины — метр, времени — секунда,
и массы — килограмм являются основными. Единица силы в этой си-
стеме — производная — Ньютон (Н). Соответственно работа изме-
ряется в Джоулях (Дж): 1 Дж 1I Н-1 м; мощность — в ваттах (Вт):
I Вт - 1 Дж/1 с; давление — в паскалях — (Па): 1 Па — 1 Н/1 м2.
Используют также кратные значения этих величин, например, длину
— в километрах (км), давление — в килопаскалях (кП)-чглн мегапас-
калях (I МПа = 10* Па). Наравне с единицами СИ можно использовать
внесистемные единицы: массы — тонна (т), времени — минута (мин)
и час (ч). Соответственно скорость измеряют в метрах в секунду (м/с)
или в километрах в час (км/ч).
Поэтому в учебнике изложение ведется с применением единиц СИ.
Однако в литературе могут встречаться размерности в технической
системе единиц и возникает необходимость в их переводе. При этом нуж-
но использовать следующие переводные коэффициенты:
В СИ сила 1 Н сообщает телу массой 1 кг ускорение 1 м/с* (I Н =
= 1 кг-1 м/с®), а в технической системе единиц сила 1 кгс сообщает
массе 1 кг ускорение g — 9,81 м/с2 (1 кгс = 1 кг-9,81 м/с2). Отсюда
1 кгс ® 9,81 Н, или 1 Н — 0,102 кгс.
Давление 1 Па 1 Н/1 м2. В технической системе единиц давле-
ние измеряли в кгс. см2. Отсюда 1 кгс'см2 =- 9,81 • 10* Па — 98,1 кПа =
- 0,0981 МПа, или 1 Па - 1,02 10-* кгс. см2.
Работа или энергия в 1 Дж равна работе, совершаемой силой в 1 Н
на расстоянии 1 м в направлении действия силы В технической си-
стеме работу измеряли в кгс-м. Отсюда 1 кгс-м = 9,81 Дж и 1 Дж =
*= 0,102 кгс-м. Так как 1 Дж — 1 Вт-с, 1 кВт-ч = 3,6-10® Дж =
= 3,6 МДж и 1 Дж -= 2.78-10~7 кВт-ч.
Из этих единиц в тяге поездов наиболее часто используют единицы
для силы — ньютоны или килоньютоны, для расстояний — кило-
метры или метры, для скорости километры в час, для мощности-
киловатты, для энергии — киловатт-часы.
Необходимая точность расчетов в тяге поездов определена в ПТР
При выполнении расчетов в курсовых проектах допускается точ-
ность до трех значащих цифр (например. 0,00258. или 1,23, или 396)
2. Силы, действующие на поезд
На движущийся поезд действуют различные внутренние и внеш-
ние силы. Как известно из механики, внутренние силы уравновеши-
ваются внутри системы и не влияют на движение самой системы. На
характер поступательного движения системы оказывают- влияние
только внешние силы или их составляющие, действующие в направле-
нии движения или в противоположную сторону.
Такими внешними силами, действующими на механическую си-
стему, называемую поездом, являются сила тяги развиваемая
локомотивом, тормозная сила fiT, возникающая при включении тор-
мозов, и силы сопротивления движению UZ, к которым относят все
остальные внешние силы, действующие на поезд и влияющие на его
движение.
Силу тяги и тормозные силы называют управляемыми, так как их
может регулировать машинист. На силы сопротивления движению
машинист воздействовать не может, поэтому их называют неуправ-
ляемыми.
Сила тяги направлена по движению поезда, тормозная сила дейст-
вует в противоположном направлении. Силы сопротивления, как пра-
вило, также действуют против движения. Исключение составляет слу-
чай движения по спуску, который будет более подробно рассмотрен в
соответствующем параграфе.
По законам механики несколько сил, действующих на точку или
механическую систему, можно заменить одной равнодействующей си-
лой, которую в тяге поездов называют ускоряющей силой Fy:
(1)
Все три составляющие ускоряющей силы одновременно на поезд
не действуют, так как обычно не имеет смысла тянуть локомотивом
заторможенный поезд. В зависимости от того, какие силы действуют
в данный момент на поезд, различают следующие режимы движения:
режим тяги, когда действуют сила тяги F к и силы сопротивле-
ния движению W’: Fy = FH — W;
режим выбега при отсутствии сил тяги и торможения, когда на
поезд действуют только силы сопротивления движению: Fy — — W;
режим торможения, когда к силам сопротивления движению при-
бавляется тормозная сила Вт: Fr — — (W + Вт).
Ускоряющую силу, имеющую отрицательное значение, называют
замедляющей силой.
Для упрощения расчетов бывает удобно использовать удельные
значения сил, равные силам в ньютонах, отнесенным к весу поезда в
килоньютонах. Вес поезда в СИ определяют как произведение массы
т, т, на ускорение силы тяжести g 9,81 м/с8. Удельная сила тяги
/и, удельные силы сопротивления движению w, удельная тормозная
сила ЬТ и удельная ускоряющая сила /у, Н/кН, выражаются следую-
щими уравнениями:
Я
Поделив в уравнении (I) левую и правую части на вес поезда, по-
лучим, Н'кН,
ly^fn—®—*г- (3)
При рассмотрении влияния действующих сил на движение поезда
его представляют в виде материальной точки, в которой сосредоточе-
на вся его масса. Такая замена упрощает решение задач, связанных с
характером движения поезда, не внося большой погрешности в расче-
ты. В том же случае, когда рассматриваются силы поезда как механи-
ческой системы, все перечисленные силы относят к ободам колесных пар
и прикладывают к точкам касания колес с рельсами.
3. Образование силы тяги
На электроподвижном составе и тепловозах с электрической пере-
дачей при прохождении тока по обмоткам тягового электродвигателя
за счет взаимодействия тока в проводниках обмотки якоря с магнит-
ным потоком, создаваемым катушками главных полюсов, возникает
вращающий момент. Он через зубчатую передачу (редуктор) переда-
ется на колесную пару. Однако одного вращающего момента недоста-
точно для создания силы тяги. Возникающие при этом силы являются
внутренними относительно поезда и не могут вызвать поступатель-
ного его движения. Так. если колесную пару приподнять над рельса-
ми, то ее вращение нс приведет к движению поезда. Для получения
поступательного движения необходимо за счет действия внутренних
сил вызвать внешние силы. Это достигается использованием сцепления
колес с рельсами. Па рис. I показано колесо, к которому приложен
вращающий момент Л! „, действующий по часовой стрелке. Оно при-
жато к рельсу с силой Ро.
Вращающий момент Л!„ можно заменить парой сил FtFt. Сила
F, приложена к центру колеса О, а сила Ft — к ободу колеса в точ-
ке А касания его с рельсом. Под действием сил F.t и Р„ возникнут рав-
Рис. I. Схема образова-
ния силы тяги
ные им и противоположно направленные реакции со стороны рельса,
выражаемые силами F и R, которые являют-
ся внешними относительно поезда. Сила R
направлена перпендикулярно направлению
движения и не влияет на его характер. Сила
реакции рельса F. направленная по движе-
нию поезда, возникшая под действием вра-
щающего момента н сцепления колеса с рель-
сом, и является силой тяги. За счет сцепле-
ния колеса с рельсом возникает необходимый
упор, отталкиваясь от которого колесо начи-
нает движение. Поскольку в точке А колесо
за счет сил сцепления не перемещается, оно
под действием силы F, начинает поворачи-
ваться относительно точки А мгновенно-
го центра вращения. Так как мгновенный
9
2. Силы, действующие на поезд
На движущийся поезд действуют различные внутренние и внеш-
ние силы. Как известно из механики, внутренние силы уравновеши-
ваются внутри системы и не влияют на движение самой системы. На
характер поступательного движения системы оказывают влияние
только внешние силы или их составляющие, действующие в направле-
нии движения или в противоположную сторону.
Такими внешними силами, действующими на механическую си-
стему, называемую поездом, являются сила тяги FK, развиваемая
локомотивом, тормозная сила Вх, возникающая при включении тор-
мозов, и силы сопротивления движению IF, к которым относят все
остальные внешние силы, действующие на поезд и влияющие на его
движение.
Силу тяги и тормозные силы называют управляемыми, так как их
может регулировать машинист. На силы сопротивления движению
машинист воздействовать не может, поэтому их называют неуправ-
ляемыми.
Сила тяги направлена по движению поезда, тормозная сила дейст-
вует в противоположном направлении. Силы сопротивления, как пра-
вило, также действуют против движения. Исключение составляет слу-
чай движения по спуску, который будет более подробно рассмотрен в
соответствующем параграфе.
По законам механики несколько сил, действующих на точку или
механическую систему, можно заменить одной равнодействующей си-
лой, которую в тяге поездов называют ускоряющей силой Fy:
(О
Все три составляющие ускоряющей силы одновременно на поезд
не действуют, так как обычно не имеет смысла тянуть локомотивом
заторможенный поезд. В зависимости от того, какие силы действуют
в данный момент на поезд, различают следующие режимы движения:
режим тяги, когда действуют сила тяги FK и силы сопротивле-
ния движению IF: Fr = FK — IF;
режим выбега при отсутствии сил тяги и торможения, когда на
поезд действуют только силы сопротивления движению: Fy------IF;
режим торможения, когда к силам сопротивления движению при-
бавляется тормозная сила Вх: Fу — (IF Вт).
Ускоряющую силу, имеющую отрицательное значение, называют
замедляющей силой.
Для упрощения расчетов бывает удобно использовать удельные
значения сил, равные силам в ньютонах, отнесенным к весу поезда в
килоньютонах Вес поезда в СИ определяют как произведение массы
т, т, на ускорение силы тяжести g 9,81 м/с1. Удельная сила тяги
удельные силы сопротивления движению ю, удельная тормозная
сила ЬТ и удельная ускоряющая сила /у, Н/кН, выражаются следую-
щими уравнениями:
/«= FKl(mg)-. »= bx=Bri(mg), fy = FjHmg). (2)
Я
Поделив в уравнении (1) левую и правую части на вес поезда, по-
лучим, Н/кН,
/у=/и—
При рассмотрении влияния действующих сил на движение поезда
его представляют в виде материальной точки, в которой сосредоточе-
на вся его масса. Такая замена упрощает решение задач, связанных с
характером движения поезда, не внося большой погрешности в расче-
ты. В том же случае, когда рассматриваются силы поезда как механи-
ческой системы, все перечисленные силы относят к ободам колесных пар
и прикладывают к точкам касания колес с рельсами.
3. Образование силы тяги
На электроподвижном составе и тепловозах с электрической пере-
дачей при прохождении тока по обмоткам тягового электродвигателя
за счет взаимодействия тока в проводниках обмотки якоря с магнит-
ным потоком, создаваемым катушками главных полюсов, возникает
вращающий момент. Он через зубчатую передачу (редуктор) переда-
ется на колесную пару. Однако одного вращающего момента недоста-
точно для создания силы тяги. Возникающие при этом силы являются
внутренними относительно поезда и не могут вызвать поступатель-
ного его движения. Так, если колесную пару приподнять над рельса-
ми, то ее вращение не приведет к движению поезда. Для получения
поступательного движения необходимо за счет действия внутренних
сил вызвать внешние силы. Это достигается использованием сцепления
колес с рельсами. На рис. I показано колесо, к которому приложен
вращающий момент М к. действующий по часовой стрелке. Оно при-
жато к рельсу с силой Рй.
Вращающий момент Л!к можно заменить парой сил FxFt. Сила
F( приложена к центру колеса О. а сила Ft к ободу колеса в точ-
ке Л касания его с рельсом. Под действием сил Ft и Р„ возникнут рав-
ные им и противоположно направленные реакции со стороны рельса.
выражаемые силами F и R, которые являют-
ся внешними относительно поезда. Сила R
направлена перпендикулярно направлению
движения и не влияет на его характер. Сила
реакции рельса F. направленная по движе-
нию поезда, возникшая под действием вра-
щающего момента и сцепления колеса с рель-
сом, и является силой тяги. За счет сцепле-
ния колеса с рельсом возникает необходимый
упор, отталкиваясь от которого колесо начи-
нает движение. Поскольку в точке А колесо
за счет сил сцепления не перемещается, оно
под действием силы F} начинает поворачи-
ваться относительно точки А мгновенно-
го центра вращения. Так как мгновенный
Рис. 1. Схема образова-
нии силы тяги
9
центр вращения при этом перемещается по поверхности головки рель-
са слева направо, то и центр колеса (точка О) поступательно дви-
жется в этом же направлении.
Рассмотренные процессы можно от колеса распространить на ко-
лесную пару. Сила /’, действующая на оба колеса колесной пары, яв-
ляется касательной силой тяги движущей колесной пары. Сумму сил
F всех движущих колесных пар называют касательной силой тяги ло-
комотива FK или просто силой тяги локомотива
При испытаниях локомотивов силу тяги измеряют на автосцспных
приборах. Эта сила тяги Fa при постоянной скорости движения рав-
на касательной силе тяги за вычетом силы сопротивления движению
локомотива И7,’. В случае увеличения скорости необходимо дополни-
тельно вычитать часть силы тяги /• затрачиваемой па увеличение
запаса кинетической энергии локомотива, а при снижении скорости
прибавлять такую силу. Следовательно, в общем случае
F» / ц И' к X Сцз, (4)
Эту формулу обычно используют для определения силы гиги на
автосненных приборах по известной касательной силе тяги при неиз-
менной скорости движения (FKI 0) и известном сопротивлении дви-
жению локомотива или при тех же условиях для определения каса-
тельной силы тяги но измеренной силе тяги на автосцепке.
4. Сила сиепления колес с рельсами
Чтобы увеличить касательную силу тяги F. нужно создать больший
вращающий момент на колесной паре, а следовательно, и большую си-
лу Ft (см. рис. I). Однако силу Ft можно увеличивать только до пре-
дельного значения силы сцепления
F1 F: < F<-ц-
Если /•'„ превысит Fcll, то колесо потеряет упор и начнет про-
скальзывать относительно рельса боксовать. Отношение наиболь-
шей силы тяги или силы сцепления колесной пары с рельсами к на-
грузке от нее на рельсы называют коэффициентом сцепления одной
колесной пары (оси) ф0:
Фп -FrH {lOlXkn.i,,(5)
где >’<„ — наибольшая сила тяги или сила сцепления. Н;
m,4tlg — нагрузка от колесной пары пи рельсы, кН, определяемая как про-
изведение массы, приходящейся на одну колесную пару локомоти-
ва тл„, и ускорения свободного падения g 9,81 м/с*;
1000 переводной коэ<|х|>Н11неит кН в II.
При неизменной нагрузке от колесной пары на рельсы коэффициент
сцепления ф„ характеризует наибольшую силу сцепления, а следова-
тельно. и наибольшую силу тяги. В случае возникновения боксова-
ния сила F снижается в связи с тем, что сила трения колес о рельсы
меньше силы сцепления (силы трения покоя при скорости скольжения,
равной нулю). Боксование колесной нары вредное явление, так как
вызывает повышенный износ колес и рельсов, а при значительном уве-
личении частоты вращения колесной пары возможно повреждение свя-
занного с ней тягового электродвигателя.
Силу тяги всего локомотива, реализуемую без боксования, опре-
деляют как сумму сил тяги, развиваемых каждой колесной парой.
Однако обычно одна или несколько колесных пар находятся в наибо-
лее неблагоприятных условиях по сцеплению и начинают боксовать
раньше, чем будут реализованы наибольшие силы тяги остальными
колесными парами локомотива. Это связано С перераспределением на-
грузки от колесных пар на рельсы, расхождением характеристик тя-
говых электродвигателей, диаметров бандажей и т. д. В результате
наибольшая сила тяги локомотива оказывается меньше суммы наиболь-
ших сил тяги, развиваемых каждой колесной парой, и ограничивается
той из них, которая имеет пониженную силу сцепления.
Поэтому коэффициент сцепления локомотива^', равный отношению
наибольшей силы тяги /•’„ к сцепному весу локомотива rn ,g, меньше
коэффициента сцепления одной колесной пары ф0.
Чтобы колесные пары локомотива работали без боксования, долж-
но быть выдержано условие
F* С юоо/пд gt. (6)
где FK — касательная сила тяги локомотива, Н;
т.,# — сцепной вес локомотива, кН.
Нужно отметить, что современные электровозы и тепловозы имеют
только движущие колесные пары (бегунковых осей нет), поэтому их
сцепной вес равен общему весу локомотива.
Из формулы (6) видно, что при постоянном весе mAg коэффициент
сцепления ф характеризует наибольшую силу тяги локомотива и его
используют для оценки возможности реализации наибольшей силы
тяги локомотивом по сцеплению. Зная коэффициент сцепления локомо-
тива, можно определить наибольшую его силу тяги.
5, Коэффициент сцепления колес с рельсами
Общие сведения. В связи с тем что по коэффициенту сцепления оп-
ределяют наибольшую силу тяги локомотива и использование его сцеп-
ного веса, необходимо рассмотреть подробнее, от каких параметров он
зависит и как можно его увеличить.
Состояние поверхностей колес и рельсов. При чистых и сухих
поверхностях реализуется наибольший коэффициент сцепления колес-
ной пары и локомотива. Попадание в место контакта колеса и рельса
масляных, глинистых, торфяных и им подобных пленок, а также за-
грязненных снега и льда приводит к резкому снижению коэффициента
сцепления. Он имеет меньшее значение, если дождь только начался,
при моросящем дожде или при росе, когда влага вместе с глинистой
пылью, осевшей на рельсы, создает загрязненную пленку. Во время
сильного дождя поверхности промываются и коэффициент сцепления
становится выше.
11
Для очистки поверхностей рельсов пытались использовать обмыв-
ку их водой или растворителями, обработку электроискровым методом
и пламенем плазменной горелки. Однако все эти методы на практике
не нашли применения.
Самым эффективным средством увеличения сцепления колес с
рельсами в практической работе оказался сухой кварцевый песок,
подаваемый в место контакта колес и рельсов. Песок разрушает плен-
ки и его твердые абразивные частицы внедряются в контактирующиеся
поверхности, значительно увеличивая коэффициент сцепления.
Равномерность нагрузок от колесных пар на рельсы. Наибольшую
силу тяги локомотива можно получить при равномерном распределе-
нии веса локомотива между движущими колесными парами, чтобы
каждая из них развивала наибольшую силу тяги. В действительности
получить равномерные нагрузки от колесных пар на рельсы трудно.
Если в статическом состоянии это можно сделать за счет регулирова-
ния рессорного подвешивания, то при реализации силы тяги возни-
кает неизбежное перераспределение нагрузок. Касательная сила тяги
условного двухосного локомотива f । + Ft (рис. 2) приложена
на уровне головки рельса, а силы сопротивления движению состава
lV'r действуют на локомотив через автосцепные приборы. Эти силы, на-
правленные в разные стороны, приложены на плече Л, равном высоте
оси автосцепки над уровнем головок рельсов, и образуют так называе-
мый опрокидывающий момент Л10, который разгружает переднюю по
ходу колесную пару на величину ДР и перегружает заднюю колесную
пару на ту же величину. При уменьшенной нагрузке первая колесная
пара раньше других потеряет сцепление с рельсами и будет ограничи-
вать силу тяги локомотива. Поэтому в эксплуатации первая по ходу
движения колесная пара обычно имеет повышенную склонность к бок-
сованию. Для уменьшения действия опрокидывающего момента на не-
которых сериях локомотивов применяют противоразгрузочные уст
ройст«а.
В действительности в статических нагрузках отдельных колесных
пар на рельсы имеются отклонения в пределах допусков (±2%), чтс
при неблагоприятных условиях также снижает коэффициент сцепле-
ния локомотива. Развеска локомотива изменяется и вследствие про-
гиба рельсов под нагрузкой от колес.
Колебания подрессоренной части локомотива. При колебания»
кузова и тележек локомотива каждая колесная пара в отдельные мо-
следующие — перегружается вслед
ствие прогиба рессор и пружиг
рессорного подвешивания. В мо
мент разгрузки колесная пара мо
жет потерять сцепление с рельсом
а при перегрузке — восстановит,
его. Наступает так называемое пре
рывистое боксование. В том слу
чае, когда восстановления сцепле
ния не происходит, начинается pas
нсс.чсе боксование со значительны:
менты времени разгружается, а в
Рис. 2. Перераспределение нагрузок
колесных пар на рельсы при реали-
зации силы тяги
12
увеличением частоты вращения ко-
лесной пары.
Колебания локомотива, а сле-
довательно, н степень разгрузки
колесных пар зависят от конст-
рукции экипажной части локомо-
тива, жесткости рессорного подве-
шивания и характеристик гасите-
лей колебаний, жесткости пути и
наличия на нем неровностей (сты-
ков), а также от скорости двнже-
Рнс 3. Влияние коничностн банда-
же»") и положения колесной пары в
рельсовой колее на проскальзыва-
ние колес
НИЯ.
С увеличением скорости движения локомотива возрастает ампли-
туда колебаний, вызывающих снижение коэффициента сцепления.
Расхождение характеристик тяговых электродвигателей и диа-
метров отдельных колесных пар локомотива. За счет этих расхождений
различные движущие колесные пары локомотива развивают разные
силы тяги и при прочих равных условиях колесная пара, которая раз-
вивает большую силу тяги, раньше потеряет сцепление с рельсами и
начнет боксовать. Коэффициент сцепления локомотива в этом случае
окажется ниже, чем при совпадении характеристик и диаметров ко-
лесных пар.
Жесткость характеристик тяговых электродвигателей и схемы
включения двигателей. Влияние этих условий будет подробно рассмо-
трено при изучении характеристик (в параграфе 13). Здесь отметим
только, что при жестких характеристиках и параллельном включении
тяговых электродвигателей коэффициент сцепления локомотива будет
больше.
Проскальзывание колес. Реализуемая сила тяги при проскальзы-
вании колеса, как уже отмечалось, снижается. Такие проскальзыва-
ния колесных пар возникают вследствие конусности бандажей колес-
ных пар и при разности диаметров колес одной колесной пары. На
рис. 3 показаны колеса одной колесной пары, имеющие коническую
форму рабочей поверхности, и рельсы, установленные с уклоном внутрь
колеи железнодорожного пути (уклон равен 1/20). За счет коничностн
каждое колесо по ширине имеет разные диаметры, например О2, D3.
D3 (точки 2, 3 и 4). При качении колеса по рельсу его части с разными
диаметрами стремятся пройти разные расстояния. Так как на самом
деле они проходят один какой-то средний путь, то неизбежно проскаль-
зывание точек 2 и 4 колеса. Скольжение возрастает при разных диа-
метрах колес одной колесной пары. Даже в случае одинаковых диамет-
ров колес смещение колесной пары в колее, например до упора гребня
левого колеса в рельс, приводит к качению левого колеса по большему
диаметру Dt (точка 1), а правого — по меньшему D3. В результате
этого левое колесо при качении проходит больший путь и будет забе-
гать вперед, поворачивая колесную пару вокруг вертикальной оси.
Однако такому повороту препятствуют буксовые направляющие или
поводки букс, и колеса вынуждены проскальзывать.
13
Рис. 4. Результаты экспериментального определения коэффициента сцепления
Наибольшие проскальзывания возникают при качении колесной
пары в кривых пути, когда по внешнему рельсу она должна пройти
больший путь, чем по внутреннему. Здесь комичность бандажа в ка-
кой-то мере компенсирует разницу в длине проходимого пути вследст-
вие прижатия колесной пары к внешнему рельсу и качения по нему
колеса большим диаметром.
Проскальзывание колес в кривой возрастает с уменьшением ее
радиуса и приводит к снижению коэффициента сцепления. Коэффи-
циент снижается также при большом прокате колесных пар и износе
рельсов.
В связи с тем что коэффициент сцепления зависит от большого чис-
ла случайных факторов, его определяют экспериментально при испы-
таниях локомотивов. Обычно такие испытания проводят в разное вре-
ся суток и в различные сезоны с использованием песка. Опытный маши-
нист при различных скоростях движения увеличивает силу тяги ло-
комотива до срыва сцепления. Реализованную силу тяги делят на вес
локомотива и находят коэффициент сцепления. Для получения объек-
тивных результатов необходимо снять возможно больше точек (обыч-
но несколько сотен). Их наносят на график в зависимости от скорости
(рис. 4). Большой разброс снятых точек объясняется различием в со-
стоянии поверхности рельсов, жесткости пути, разницей в атмосферных
условиях.
14
6. Формулы для определения
расчетного коэффициента сцепления
11олученные на рис. 4 точки обрабатывают методами математической
статистики и определяют значения коэффициента сцепления в зависи-
мости от скорости (линия <|,, на рис. 4), по которым находят приводи-
мые ниже формулы для расчетов ф„. Их используют в расчетах для
определения наибольших сил тяги локомотива. Величину назы-
вают расчетным коэффициентом сцепления локомотива.
В правилах тяговых расчетов для поездной работы приведены
эмпирические формулы для определения расчетного коэффициента
сцепления, полученные по результатам обработки опытных данных,
подобно рассмотренным нами, для различных типов локомотивов в за-
висимости от скорости и. Эти формулы имеют следующий вид;
для электровозов постоянного тока ВЛ 10, ВЛ10у, ВЛ 11 и элек-
тровозов на два рода тока ВЛ82 и ВЛ82” (при работе на постоянном
и переменном токе)
3
ф.. 0.28 ---------—О.(;ОО7е; <7/
11 50 20t-
|8)
для электровозов ВЛ8, ВЛ23, ВЛ22"
8
- 0.2» ------------------------------------;
100 , 20»
для электровозов переменного тока B.’lbO всех индексов и ВЛ60*
ф,. -0.28 -------- O.OOOTw;
50 .-to
(»>
в кривых малого радиуса /? (менее 500 м) для электровозов всех
серий
250 1.55А»
4‘|;кр ♦'< 500 J I/? • <|0’
для тепловозов 2ТЭ10Л и ТЭ10
♦к °-"8 ; <1И
22 о
для тепловозов остальных серий
♦- ° "8 (,2)
в кривых малого радиуса R (менее 800 м) для тепловозов всех
серий
Расчетный коэффициент сцепления в тоннелях разрешается сни-
жать в исключительных случаях до значения, определяемого опытным
путем
>5
Рис. 5. Сила тяги по сцеплению
электровоза В/180'
В зимний период при особо не-
удовлетворите.1 ьных услови я х
сцепления (гололед, бураны) рас-
четный коэффициент может быть
снижен до значения, определяемого
при испытаниях локомотивов, но
не более чем на 15% от значений,
приведенных в эмпирических фор-
мулах. Срок действия и значения
пониженных коэффициентов сцеп-
ления устанавливает начальник до-
роги по согласованию с Министер-
ством путей сообщения (МПС).
При расчетах силу тяги по сцеплению. Н, определяют по формуле
FK п|( - 1000тл gtpK.
На практике используют также термин «коэффициент тяги», оп-
ределяемый в отличие от коэффициента сцепления как отношение реа-
лизуемой силы тяги к сцепному весу локомотива. Следовательно. ко-
эффициент тяги всегда меньше коэффициента сцепления или коэффи-
циент сцепления является предельным коэффициентом тяги.
Пример. Рассчитать и построить зависимость силы тяги по сцеплению ко-
лесных пар с рельсами восьмиосного электровоза переменного тока ВЛ80к при
движении со скоростями 0; 5; К); 20; 30; 40; 50; 60 км/ч. Масса электровоза
184 т.
Определить силу тяги электровоза по сцеплению в кривой радиусом
R 350 м при скорости движения 50 км/ч.
Решение. I. Определение коэффициента сцепления электровоза ВЛ80”
проводим по формуле (9). Например, для скорости v 50 км ч
4 4
ф,. 0.28 ;-----------0.0006V-0.28 —------—-----О.ОООШ 50 - 0.261
1 50 fe 50-r6-50
Результаты расчетов фк при других скоростях сводим в табл. 1.
2. Силу тяги FK ,.ц рассчитываем по формуле (14). Для скорости п 50 км ч
/кг11т= (ОООюл А-Фн— 1000 184 9.810.261 47О9ООН 470,9 кН.
Результаты расчетов при других скоростях с округлением ГК(ц до 0.1 кН
сводим в табл. I и ио ним строим график FK,.u (<') (рис. 5).
3. Коэффициент сцепления в кривой радиусом R 350 м при скорости
I' 50 км/ч определяем по формуле (10):
250 I 1.55/? 250 1.55.350
500 1.1 R °'2(> 500 -1,1-350
0.234.
Таблица 1
и. км/ч Гк . кН о. км/ч Г. ем. кН
0 0.360 649.5 30 0.279 503.4
5 0.327 590,0 40 0.270 487,1
10 • 0,310 559.6 50 0.261 470.9
20 0.292 526,8 60 0.254 458,2
16
Таким образом, в этой кривой коэффициент сцепления составляет 0,234:
0,261 = 0,9 от значения фк.
4. Расчет силы тяги по сцеплению в кривой радиусом R = 350 м при ско-
рости v “ 50 км/ч определяем по формуле (14):
Ек сц кр = 1000тл кр= 1000-!84-9,8! 0,234 420 00011 = 420 кН.
7. Способы увеличения коэффициента сцепления
Для получения большего коэффициента сцепления локомотива
в его конструкцию закладывают возможно .меньшие разгрузки отдель-
ных колесных пар. Это достигается за счет рационального размеще-
ния тяговых электродвигателей в раме тележки при опорно-осевом
подвешивании, применения бесшкворневых тележек, связанных с ку-
зовом через наклонные тяги, использования бесчелюстных букс,
устраняющих трение при вертикальном перемещении рамы тележки
относительно колесных пар при прогибах элементов рессорного под-
вешивания. С той же целью применяют протнворазгрузочные уст-
ройства, увеличивающие вертикальные нагрузки на передние (раз-
гружающиеся) колесные пары и снижающие нагрузки на задние.
Такая система, состоящая из воздушных цилиндров, установленных
под кузовом, и через поршни, штоки и рычаги передающая силу сжа-
того воздуха на тележки, использована на восьмиосных электровозах
ВЛ 10 и ВЛ80 всех индексов. Эти силы воздействуют на переднюю часть
передней по ходу тележки каждой секции кузова и через рессорное
подвешивание — на первую колесную пару. Причем давление воздуха
в цилиндрах, а следовательно, и сила нажатия на переднюю часть те-
лежки иногда регулируются с помощью специального реле в зависи-
мости от силы тяги электровоза.
Разницу в диаметрах колесных пар и расхождений в частотах
вращения тяговых электродвигателей (в пределах норм) компенсируют
соответствующим их подбором. Наибольшая разность диаметров ко-
лесных пар, подкатываемых при выпуске из текущего ремонта ТР-3,
не должна быть больше 8 мм. Отклонения частот вращения якорей но-
вых тяговых двигателей в соответствии с ГОСТ 2582—81* допускают-
ся ± 3%; при выпуске из ремонта — в соответствии с Правилами ре-
монта — ± 4%.
Если быстроходный тяговый двигатель будет установлен на ко-
лесную пару с наибольшим диаметром колес, то на ободах этой колес-
ной пары будет реализовываться наибольшая сила тяги по сравнению
с остальными и она первой будет герять сцепление. Неравномерность
в реализуемых силах тяги разными колесными парами уменьшится,
если на колесную пару с меньшим диаметром бандажей (например,
устанавливать быстроходные тяговые электродвигатели (с частотой
вращения л,), а на колесные пары с большим диаметром (D,) — элек-
тродвигатели, имеющие меньшие частоты вращения (п3). При этом до-
биваются примерного равенства произведений
Dj nt~Dt nt=Dt л,
В настоящее время проходят испытания разработанные Всесоюз-
ным научно-исследовательским институтом железнодорожного транс-
порта (ВНИИЖТ) системы автоматического выравнивания токовых
нагрузок параллельно включенных тяговых электродвигателей и ав-
томатическая система изменения значений силы тяги каждой колесной
пары в зависимости от нагрузки колесной пары на рельсы в любой дан-
ный момент времени.
Наилучшие условия сцепления создаются при подаче под колеса
определенного количества песка Завышенная подача не дает повыше-
ния коэффициента сцепления, но вызывает увеличение сопротивле-
ния движению, излишний расход песка и усиленное загрязнение ще-
беночного балласта пути. Так, при испытаниях было установлено,
что под каждое колесо электровоза нужно подавать песка в среднем по
400—700 r/мин в летнее и 900—1500 г/мин в зимнее время года, при-
чем под первую колесную пару больше, чем под каждую последующую.
При испытании тепловоза ТЭЗ установлено, что увеличение подачи
песка под колесо от 300 до 450 г/мин приводило к улучшению условий
сцепления, а дальнейшее увеличение подачи эффекта не давало.
В эксплуатации перед каждой поездкой проверяют надежность
действия песочниц, особенно в зимнее время, когда трубы забиваются
снегом. Чтобы повысить эффективность использования песка, его
нужно подавать перед возможным срывом сцепления, при движении
по переездам и местам с грязными рельсами.
В настоящее время локомотивы имеют реле боксования, которые
помогают машинисту обнаружить начавшееся боксование колесных
пар, сигнализируют ему об этом, автоматически подают песок под ко-
леса или снижают силу тяги.
Все существующие системы реле боксования обнаруживают уже
начавшееся проскальзывание колесных пар и для возможно более ран-
него его обнаружения должны обладать достаточно высокой чувстви-
тельностью. Однако такая чувствительность не должна вызывать лож-
ные срабатывания реле.
Склонность колесных пар к боксованию возрастает с увеличением
проката колес или банжадей свыше 3—4 мм и износа рельсов вследствие
изменения формы и размеров площадки, по которой соприкасаются
колесо и рельс. Поэтому обычно не допускают прокат бандажей или
колес более 5 мм.
18
ГЛАВА 2
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
И ПОСТРОЕНИЕ ТЯГОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
8. Электромеханические характеристики
на валу тягового электродвигателя постоянного тока
Электрические машины постоянного тока могут иметь различные
способы возбуждения: последовательное, параллельное, смешанное
или независимое (рис. 6). В зависимости от способа возбуждения ма-
шины имеют разные электромеханические характеристики.
Электромеханическими характеристиками на валу тягового элек-
тродвигателя называют зависимость частоты вращения якоря, вра-
щающего момента и коэффициента полезного действия от потребляе-
мого тока при неизменном напряжении и постоянной температуре об-
моток 115 °C (по ГОСТ 2582—81*). Характеристики тяговых электро-
двигателей тепловозов приводят при изменяющемся напряжении в со-
ответствии с внешней характеристикой тягового генератора.
Электромеханические характеристики получают при стендовых
испытаниях тяговых электродвигателей на заводе-изготовителе и
приводят в виде графиков или таблиц. Усредненные характеристики
по испытаниям первых 10 двигателей называют типовыми характери-
стиками.
Чтобы определить зависимость частоты вращения от тока, нужно
рассмотреть электрическую цепь тягового электродвигателя. При ус-
тановившемся режиме работы тягового электродвигателя подведенное
к нему напряжение (рис. 7) уравновешивается электродвижущей си-
лон (э. д. с.), наводимой в обмотке якоря, и падением напряжения в
обмотках
ия—Е-\-!лг, (15)
где L'a — напряжение на тяговом электродвигателе. В;
Е — электродвижущая сила, В;
/я — ток тягового электродвигателя, А;
г — сопротивление обмоток тягового электродвигателя, Ом.
Э. д. с. тягового электродвигателя наводится за счет перемещения
проводников обмотки якоря в магнитном поле. Она пропорциональна
магнитному потоку и частоте вращения якоря, а также зависит от
конструктивных особенностей тягового электродвигателя
где р — число пар полюсов;
п — частота вращения якоря, об/мин;
N — число активных проводников обмотки якоря;
Ф — магнитный поток главного полюса, Вб;
а — число параллельных ветвей обмотки якоря
19
Рис. 6. Схемы электродвигателей с различным включением обмоток возбуждения:
а — последовательным; б — параллельным; в и г — смешанным соответственно с согласным
и встречным включением параллельной и последовательной обмоток возбуждения; д —
независимым
Величину ~-а - Сх называют конструктивной постоянной тя-
гового электродвигателя. Тогда э. д. с., В.
Е=СХ пФ (16)
Подставив значение Е в уравнение (15), получают
(/„к- С, лФ-Р/дГ, (17)
откуда
Рис. 7. Схема
включения тя-
гового элект-
ро двигателя
Таким образом, частота вращения тягового электродвигателя при
постоянных значениях подведенного напряжения Ua, сопротивления
обмоток г и конструктивной постоянной Сх зависит от тока /д и магнит-
ного потока Ф. .Магнитный поток тягового электродвигателя, не имею-
щего компенсационной обмотки, зависит от тока возбуждения /„,
тока якоря /я, конструкции двигателя и материалов магнитопровода.
В тяговом электродвигателе компенсационная обмотка почти полно-
стью компенсирует реакцию якоря, магнитный поток
практически не зависит от тока якоря и определяется
только током возбуждения.
Зависимость магнитного потока от тока возбуж-
дения называют магнитной характеристикой тяго-
вого электродвигателя. На практике вместо магнит-
ного потока используют пропорциональные ему ве-
личины С1Ф или Е!п в зависимости от тока возбуж-
дения /в.
Если тяговый электродвигатель не имеет компен-
сационной обмотки, то ток якоря под действием
реакции якоря вызывает снижение магнитного по-
тока. Поэтому зависимость C/D от тока возбужде-
ния /в при разных токах якоря /я представляет со-
бой семейство кривых (рис. 8). При большем токе
20
Рис. 8. Нагрузочные характеристики
тягового электродвигателя
Рис. 9. Электромеханические харак-
теристики тягового электродвигателя
последовательного возбуждения
якоря 1„ кривые С^Ф (/в) располагаются ниже. Эти кривые назы-
вают магнитными характеристиками при нагрузке, или нагрузочны-
ми характеристиками. В зоне малых токов /в кривые прямоли-
нейны и магнитный поток возрастает пропорционально току, а затем
из-за насыщения магнитной системы темп роста магнитного потока
замедляется.
На рис. 8 показана штриховая линия С,Ф (/„) при последователь-
ном возбуждении машины, когда /„ = /я. Если бы машина была ком-
пенсированной, то магнитная характеристика на рис. 8 представля-
ла бы одну кривую при токе /„ — 0.
Нагрузочные характеристики можно использовать для расчета и
построения электромеханических характеристик на валу тягового
электродвигателя п по формуле (18), а также вращающего момента
от тока. Зависимость вращающего момента, Н • м, от тока тягового элек-
тродвигателя /д и магнитного потока Ф выражается формулой
<М = 9,55С1 Ф/д— ЛЛ1. (19)
где АЛ! — момент, возникающий вследствие механических и магнитных потерь
в электродвигателе, Н-м:
ДЛ1 = 9,55 АРм*гя , (20)
п
здесь ЛРМСХ1 — соответственно мощность механических и магнитных
и Д/’магн I потерь, Вт.
Вращающий момент без учета магнитных и механических потерь
в тяговом электродвигателе называют электромагнитным вращающим
моментом:
A<aM = 9,55Ci Ф/д. (21)
Формулы (18), (19) и (20) используют для расчета и построения
кривых п (/д) и М (/д) при проектировании тяговых электродвига-
телей. Используя формулу (18), определяют частоту вращения при
21
заданном напряжении ия и известных значениях конструктивной по-
стоянной электродвигателя и сопротивления его обмоток для каждого
тока /д и соответствующего ему тока возбуждения /„. Затем по форму-
ле (20) и известным значениям механических и магнитных потерь опре-
деляют ДЛЯ для каждой скорости и тока /д и вращающий момент М
при каждом токе /я. Обычно определяют 8—10 точек и наносят на гра-
фики. На рис. 9 приведены для примера электромеханические характе-
ристики на валу тягового электродвигателя последовательного воз-
буждения.
Потери в тяговых электродвигателях и их к. п. д. рассмотрены в
следующем параграфе.
9. Коэффициент полезного действия
тягового электродвигателя
Тяговый электродвигатель преобразовывает подведенную к не-
му электрическую энергию в механическую, расходуемую на движе-
ние поезда. При этом преобразовании часть энергии теряется. Общая
мощность потерь ЛР( в тяговом электродвигателе складывается из
отдельных составляющих, Вт:
ДР > = ДРм"Г ДР щ+ДРмех + ДР маги 4* ДР доб, (22)
где ДРМ — мощность потери в меди обмоток;
АРщ — переходные потери в месте контакта щеток;
ДРмех — механические потерн;
ДР маги — магнитные потери при холостом ходе;
ДРдоб — добавочные потери при нагрузке.
Потери в меди обмоток вызываются тепловым действием тока
при прохождении его по проводникам обмоток якоря, главных и до-
полнительных полюсов и компенсационной. Эти потери, Вт,
ЛРм=Х/»г<.
где / — ток, проходящий по обмотке, А;
Г{ — сопротивление i-й обмотки, Ом.
Переходные потери в щеточном контакте ДРЩ возникают в ме-
стах контакта щеток. По ГОСТ 2582—81* на тяговые электрические
машины эти потери определяют из расчета падения напряжения
Д1/щ, равного 3 В для щеток положительной и отрицательной поляр-
ности, в том случае, когда у них нет гибких шунтов, и равного 2 В
при использовании щеток с шунтами. Потери, Вт,
ДР Щ а Д(-' щ ( •
За счет потерь в меди и местах контакта щеток уменьшается чис-
литель в формуле (18) и снижается частота вращения тягового элек-
тродвигателя. На значение вращающего момента эти потери не влияют.
Механические потери &Риех возникают из-за трения вала в мо-
торно-якорных подшипниках, щеток о коллектор, якоря о воздух и у
двигателей с самовентиляцией вследствие вращения лопастей встроен-
ного в машину вентилятора, прогоняющего охлаждающий воздух че-
22
Таблица 2
Ток нагрузки в процентах от номинального 20 60 80 100 130 160 200
Добавочные потери в процен- тах от магнитных потерь при холостом ходе 22 23 26 30 38 48 65
рез электродвигатель. Эти потери возрастают с увеличением частоты
вращения, а от нагрузки тягового двигателя зависят незначительно.
Магнитные потери при холостом ходе ДРмаги складываются из
потерь на гистерезис и потерь от вихревых токов в сердечнике и зуб-
цах якоря тягового электродвигателя. Эти потери возрастают с уве-
личением магнитной индукции и частоты вращения якоря, т. е. ча-
стоты перемагничивания стали.
Добавочные потери при нагрузке &Рло0 добавляются к основным
магнитным потерям. Они возникают вследствие искажения основного
магнитного потока, наведения вихревых токов в полюсных наконеч-
никах, неравномерного распределения токов по сечениям шин и щеток,
возникновения токов в уравнительных соединениях. Все эти потери
возрастают с увеличением нагрузки электродвигателя. ГОСТ 2582—81 *
рекомендует добавочные потерн определять в зависимости от тока на-
грузки по табл. 2.
Сумму механических, магнитных и добавочных потерь называют
потерями холостого хода &РХХ и приводят в виде графиков в зависи-
мости от частоты вращения п (рис. 10). Нижняя кривая показывает
механические потерн, а последую-
щие кривые — сумму механиче-
ских, магнитых и добавочных по-
терь при разных токах возбужде-
ния /в.
Коэффициент полезного дейст-
вия т)д определяют как отношение
отдаваемой тяговым электродвига-
телем мощности Рг к подведенной
мощности Рр.
Пи-Pt/Pi- (23)
При известных потерях АР, от-
даваемая мощность
Pt=Pt-M\,
откуда
Чд-(Р,-АР !>/₽! <24>
В тяговом электродвигателе по-
стоянного тока подводимая мощ-
ность равна ил1л. следовательно,
^д) (25)
Рис. 10. Потери холостого хода тяго-
вого электродвигателя
23
или
’1д-- (t/д /д—ДР 1)« (Уд 1д)-
(26)
К. и. д. тягового электродвигателя можно определить, если из-
вестны подведенная мощность и потери мощности в двигателе. Потери
в двигателях определяют расчетным путем или экспериментально при
испытаниях на стенде.
Характерная кривая зависимости к. п. д. от тока двигателя приве-
дена на рис. 9. В зоне малых нагрузок к. п. д. низок, в зоне номиналь-
ных нагрузок имеет наибольшее значение, а затем при увеличении на-
грузки снижается. Низкий к. п. д. при малых нагрузках объясняется
ббльшим влиянием механических потерь, а снижение к. п. д. в зоне
больших нагрузок — увеличением электрических потерь.
10. Электромеханические характеристики
тягового электродвигателя, отнесенные к ободам колес
Зависимость скорости движения о, силы тяги на ободах колес-
ной пары Ркя и к. п. д. 1] от тока электродвигателя /д при неизмен-
ном напряжении и постоянной температуре обмоток тяговых электро-
двигателей называют электромеханическими характеристиками, от-
несенными к ободам колес. Их приводят при тех же температурах об-
моток, что и характеристики на валу электродвигателя (115 °C).
Электромеханические характеристики, отнесенные к ободам колес,
можно получить пересчетом их характеристик на валах тяговых элек-
тродвигателей. Вал якоря связан с колесной парой (рис. 11) через
зубчатую передачу (редуктор), причем шестерня 4, соединенная с ва-
лом якоря тягового электродвигателя 3, имеет обычно меньшее число
зубьев, чем зубчатое колесо 2, насаженное на ось колесной пары или
на удлиненную ступицу колесного центра /. Отношение числа зубьев
зубчатого колеса к числу зубьев шестерни называют передаточным от-
ношением р редуктора.
Найдем зависимость между частотой вращения вала тягового элек-
тродвигателя и скоростью движения локомотива.
Рис. 11. Схема передачи вращающе-
го момента от тягового электродви-
гателя на колесную пару
Линейная скорость на ободах
колесных пар, м/с,
о—яЛлц/бО, (27)
где D — диаметр колес колесной па-
ры, м;
пк — частота вращения колесной
пары, об/мин.
Частота вращения колесной па-
ры пн меньше частоты вращения
вала тягового электродвигателя в
р раз:
ля^л/ц.
24
В практике работы железнодорожного транспорта скорость изме-
ряют в км/ч. В теории тяги поездов также пользуются этой размерно-
стью. Поэтому в формулу (27) введем переводной коэффициент. Так
как 1 м — 1/1000 км и 1 с — 1/3600 ч, то 1 м/с (1/1000) : (1/3600) =
= 3,6 км/ч.
Тогда скорость, км/ч,
е=3,6лОл/(60ц),
или
о = 0.188Рл/ц.
(28)
Формула (28) показывает, что при одной и той же частоте враще-
ния якоря скорость движения больше при большем диаметре колес
и меньшем передаточном отношении зубчатой передачи.
Чтобы найти связь между скоростью движения и током /д, подста-
вим в формулу (28) значение частоты вращения из формулы (18). Тог-
да скорость
с=0,188 —
Н
г
С, Ф
(29)
Обозначив постоянные для данного локомотива параметры через
С = С,р/(0,188D), получим, что скорость, км/ч,
Зависимость скорости движения от тока тягового электродвигате-
ля v (/д) называют скоростной характеристикой. Ее можно построить,
проведя расчеты по формуле (30).
Разность между напряжением на тяговом электродвигателе и па-
дением напряжения в его обмотках есть э. д. с. £. Следовательно,
э. д. с., В,
Е=>СФи. (31)
Выражение (30) можно также получить из рис. 7 с учетом того,
что напряжение, подводимое к тяговому электродвигателю, уравнове-
шивается электродвижущей силой и падением напряжения в его об-
мотках, т. е. можно записать
1/д= СФс> + /д г, (32)
откуда и выводится формула (30).
Если тяговый электродвигатель получает питание от преобразова-
тельной установки или от тягового генератора, то его скоростные ха-
рактеристики приводят не при постоянном напряжении, а при напря-
жении, определяемом характеристиками преобразователя или генера-
тора. Об этом более подробно будет сказано в главах 4 и 5.
Коэффициент полезного действия тягового электродвигателя, от-
несенный к ободам колесных пар, учитывает не только потери в тяговом
двигателе ДРд, но и потери в передаче ДРП:
ДР ЛРд+ДР„. (33)
25
К. п. д. тягового электродвигателя ц, отнесенный к ободам колес,
меньше к. п. д. тягового электродвигателя и с учетом равенств (26)
и (33)
П=(бгд/п-ДР)'(^д 'Л (34)
Потерн в передаче включают в себя потери на трение в зубчатой
передаче и моторно-осевых подшипниках при опорно-осевой подвес-
ке тягового электродвигателя или в зубчатой передаче и подшипниках
редуктора при рамном подвешивании. Потери в передаче зависят от
скорости движения и реализуемой колесной парой силы тяги. Для рас-
чета потерь в одноступенчатой цилиндрической зубчатой передаче ив
моторно-осевых подшипниках тягового электродвигателя используют
опытные данные, приведенные в табл. 3.
Как видно из табл. 3, при номинальном режиме в передаче теряет-
ся Др„ = 2,5% от подведенной мощности. Потери в передаче в процен-
тах от подведенной мощности определяют из уравнения
Лрп-ДР„100/(С/д 7д). (35)
К. п. д. передачи г)„ по известной величине &рп, взятой из табл. 3,
определяют как отношение мощности на ободе колеса Рк к мощности
на валу тягового электродвигателя Рг. Так как Рк = Pt — ДР„,
получим
Ч„ = 1 —ДРП/Р,. (36)
Но из формулы (25) следует, что Рг — t/д/дПд, а из формулы (35)
ДРп = Дрп1/д /я/100.
Подставив эти значения в формулу (36), получим
ДРп б'д
ЮОб'д /д*]д
или
т]и 1 Дрп/(ЮОЦд). (37)
Значения Дрп берут из табл. 3 или по кривой рис. 12, построенной
в соответствии с табл. 3. Если были рассчитаны к. п. д. т]д (см. параграф
9) и т)„ по формуле (37), то можно определить к. п. д. т].
В тяговом электродвигателе происходит преобразование электриче-
ской энергии в механическую, при этом теряется часть энергии, которую
можно определить, зная к. п. д. г)д, затем при передаче механической
энергии с вала электродвигателя на колесную пару теряется энергия
Таблица 3
Подведенная мощность в про-
центах от номинальной мощно-
сти тягового двигателя
Потери Дри в зубчатой пере-
даче и моторно-осевых под-
шипниках в процентах от под-
веденной мощности
200
3,5
150 125 100 75 60 50 40 30
3,0 2,7 2,5 2,5 2,7 3.2 4,4 6,7
25
8.5
26
в передаче, которую определяют
исходя из к. п. д. При таком
последовательном преобразовании
энергии общий к. п. д. равен произ-
ведению к. п. д. каждого преобра-
зования, т. е.т) =т]дт1п. или с уче-
том выражения (37) получим
т|—Лд—Дрп/100. /38)
Этот к. п. д. rj, отнесенный к
ободам колес, одновременно являет-
ся И К. П. Д. электроподвижного Рис. 12. Зависимость Лр0 от подве-
состава постоянного тока без учета денной мощности
энергии, расходуемой вспомога-
тельными цепями. Для получения аналогичного к. п. д. электропод-
вижного состава переменного тока необходимо т) умножить на к. п. д.
преобразовательной установки. К. п. д. тепловоза с электрической пе-
редачей можно получить умножением на к. п. д. дизеля и генера-
тора.
Касательную силу тяги или просто силу тяги движущей колесной
пары по вращающему моменту Мк, Н, приложенному к колесной паре
(см. рис. 11), определяют по формуле
ГИД ~2MK/D.
(39)
В свою очередь вращающий момент Л1к образуется за счет вращаю-
щего момента на валу тягового электродвигателя М. Причем сила,
передаваемая от зубьев шестерни на зубья зубчатого колеса, создает
на колесной паре вращающий момент Л1„ в р раз больше момента М.
Потери в передаче несколько снижают момент Мк. Их характеризует
к. п. д. передачи т)„. Следовательно, =- Л1рт)и. Подставив это зна-
чение iMK в формулу (39), падучим, Н,
^кд=2Л1рЛп/^> (40)
Таким образом, при одинаковом вращающем моменте на валу тяго-
вого электродвигателя сила тяги будет больше при большем переда-
точном отношении р и меныпих диаметрах колес.
Зависимость силы тяги на ободах капес кадесной пары от тока
тягового электродвигателя Лкд (/д), называют электротяговой харак-
теристикой. По аналогии с электромагнитным вращающим моментом
силу тяги на ободах кадесной пары без учета магнитных и механиче-
ских потерь в тяговом электродвигателе и потерь в передаче называют
электромагнитной силой тяги F„a зм:
Fкд вм “ 2Л1;)М р/ D.
Подставив значение Мэ.ч из формулы (21), получим, Н, FKa ям =
= З-Э.ббС^Ф/др/Р. Так как С,р/(0,188О) = С,
то
Fкд эм — 3,6СФ/д
(41)
27
Таким образом, электромагнитная сила тяги пропорциональна
произведению тока, А, и магнитного потока, Вб, и характеризует фи-
зическую картину возникновения вращающего момента, а следователь-
но, и силы тяги как результат взаимодействия проводника, по которо-
му идет ток, с магнитным полем.
Если обозначить силы, вызванные механическими и магнитны-
ми потерями и потерями в передаче, через ДЕ, то сила тяги на ободах
колесной пары, Н, будет меньше электромагнитной силы на эту вели-
чину:
эм ДЕ,
или
ЕКД=3.6СФ/Д—АЛ (42)
Силу ДЕ, Н, затрачиваемую на преодоление перечисленных по-
терь, можно выразить так:
А/-=3,6 (ДРм»гн4*ДЕп)/°-
При известных потерях, Вт, сила тяги, II,
Екд—3, ОСФ/д—3,6 (ДРмагяН~ ДЕяех-|-ЛРц)/Р. (43)
В связи с сравнительно небольшим значением силы ДЕ при оценке
качественной стороны процесса реализации силы тяги и при ориенти-
ровочных расчетах можно принимать Екд » Екд эм или Екд»
« 3,6СФ/Д.
Силу тяги на ободах колесной пары можно получить, используя
скоростную характеристику и кривые к. п.д. Для этого мощность на
ободах колес Рк выражают из формулы (25) через подведенную к тя-
говому электродвигателю электрическую мощность, Вт:
Ек=1/д /к (44)
Эту же мощность можно выразить через механическую мощность,
расходуемую на движение поезда. Она равна произведению скорости
движения и силы тяги, Н-км/’ч:
Ек=»ЕКд.
Чтобы получить мощность Рк в ваттах, необходимо скорость пе-
ревести в метр в секунду (1 Н-м/с = 1 Вт), тогда
Ек=»ЕКд/3,6. (45)
Приравнивая левые части уравнений (44) и (45), получают силу
тяги, Н:
Екд=3,6б'д /д i)/f. (46)
Выведенные в этом параграфе формулы дают возможность рассчи-
тать электромеханические характеристики на ободах колес колесной
пары по заданным характеристикам на валу тягового электродвигате-
ля. Для этого задаются каким-либо током /Д1 и для него по электроме-
ханическим характеристикам определяют частоту вращения п, вращаю-
щий момент М и к п. д. цд. Затем по формуле (37) рассчитывают^ п,
предварительно найдя мощность, потребляемую тяговым электродвига-
телем при токе /ш. и Лрп из табл. Зилн из рис. 12. По формулам (28)
28
и (40) рассчитывают скорость движения v и силу тяги Енд при задан-
ных передаточном отношении редуктора и диаметрах колес колесной
пары. К. п. д. q определяют как произведение q длп- Далее проводят
аналогичные расчеты при других токах /д2, /дэ и т. д. Всего обычно
берут 8—10 точек, причем для повышения точности точки чаще берут
в той зоне, где кривая резко меняет свое направление, и реже, если
эна близка к прямой. При этом, как правило, используют точки но-
минальных режимов (часового и продолжительного). Полученные точ-
ки откладывают в осях координат и соединяют их с помощью лекала.
11. Характеристики при изменении
передаточного отношения редуктора
и диаметров колесных пар
Из формул (28) и (40) видно, что скоростная и электротяговая
характеристики зависят от передаточного отношения редуктора и диа-
метров колес. Если передаточное отношение редуктора данного локомо-
тива в процессе эксплуатации не меняется, то диаметры колес умень-
шаются из-за износа и периодических обточек. Приводимые в ПТР
характеристики обычно относят к номинальным диаметрам колес или
реже - к среднеизношенным.
В практике бывают случаи, когда тяговые электродвигатели од-
ного и того же типа используют на разных локомотивах, имеющих раз-
личные передаточные отношения редукторов. Порядок пересчета ха-
рактеристик при изменении р и D сводится к следующему. Если локо-
мотив имеет передаточное отношение редуктора pt и диаметр движу-
щих колес Dp то, как следует из формулы (28), скорость его движения,
км/ч,
О1=0,18SZ?, в/щ.
В случае работы того же тягового электродвигателя на другом ло-
комотиве. имеющем передаточное отношение р2 и диаметр движущих
колес Dj, при той же частоте вращения вала п скорость движения,
км/ч,
Vt=0.188£>4 п/рг.
Разделив второе равенство на первое, получим
Уг Р» Pi
Pi Ms'
откуда скорость движения, км ч,
т. е. скорость движения при неизменной частоте вращения якоря
тягового электродвигателя будет больше при большем диаметре колес-
ных пар и меньшем передаточном отношении редуктора.
29
Силу тяги Гид1, Н, при неизменном вращающем моменте, диаметре
колес Dj и передаточном отношении редуктора определяют по фор-
муле (40):
^кд1 — 2МЦ| rjn/P^
Аналогично при измененных значениях диаметра колеса D2 и пере-
даточного отношения редуктора
2Л1р2 1)п; Dj.
Разделив второе равенство на первое, определяют силу тяги, Н,
1 КД1 =
^КД1-
(48)
£4 14
Из этого равенства видно, что большую силу тяги при неизмен-
ном вращающем моменте тягового электродвигателя получают при
меньшем диаметре колесных пар и большем передаточном отношении
редуктора.
Если нужно при одинаковых нагрузках тяговых электродвигате-
лей получить разные скорости и силы тяги, например при использова-
нии локомотива для грузовой и пассажирской службы, на электрово-
зах и тепловозах меняют передаточное отношение ц, оставляя одина-
ковыми диаметры колес. Чтобы получить большую скорость при срав-
нительно малой силе тяги у пассажирского локомотива, передаточное
отношение должно составлять 1,5—3,0; у грузовых локомотивов, ко-
Рис. 13. Скоростные и электротяго-
вые характеристики тягового элект-
родвигателя при разных ц и D
(сплошные линии — при 01=1250 мм
и Ц1 = 3,826; штриховые — при Di=
= 1200 мм и ц2=3,26)
торые должны иметь большую силу
тяги и меньшую скорость движения,
передаточное отношение больше —
3,5—5,0. Пересчет характеристик
тягового электродвигателя на но-
вые значения и и D целесообраз-
но рассмотреть на примере.
Пример. Даны скоростные и элек-
тротяговые характеристики тягового
электродвигателя ТЛ-2К электровоза
ВЛ 10 при диаметре движущего колеса
Dj 1250 мм и передаточном отноше-
нии (числе) зубчатой передачи щ=3,826
(сплошные линии на рис. 13).
Требуется определить скоростные
и электротяговые характеристики этого
электродвигателя при диаметре движу-
щего колеса D — 1200 мы и передаточ-
ном отношении зубчатой передачи
ц, = 3.26.
Решение. 1. По кривым рис. 13
находим значения с, и ГНЯ1 при токах
150, 200, 250, 300, 400. 480, 550, 600,
700, 800 А и заносим их в графы 2 и 3
табл. 4.
2. Для каждого тока берем ско-
рость о, и по формуле (47) определяем
30
Таблица 4
1 Заданные значения Полученные значения Ток. /д. А За да иные значения Получении е значения
| V,. км/ч 'кд г 11 V,. км/ч 'кд в* н О1 . км/ч 'кдх- 11 е,. км/ч 'кд г н
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
150 87,5 8 100 98,6 7 200 480 48,7 49 700 54.9 44 200
200 70,6 14 000 79,6 12400 550 46,7 59 500 52.6 53 000
250 63,9 20 400 72,0 18 200 600 45,4 66 500 51.2 59 200
300 58.0 26 100 65.4 23 200 700 43,6 80 000 49,1 71 200
400 52.2 39 500 58,8 35 200 800 41,8 93 600 47,1 83 300
скорость ч, при том же токе, но измененном диаметре колеса и передаточном
числе зубчатой передачи.-
01
Ог щ
------и.
1200 3,826
1250 3.26
«I 1,127о,.
Из отношений диаметров колес и передаточных чисел видно, что уменьшение
D ведет к снижению скорости, а уменьшение ц — к ее увеличению. Умножая
на 1,127 значения скорости из графы 2 табл. 4, получим соответствующие ско-
рости vt. При /д — 150 А скорость v2 87,5-1,127 = 98,6 км/ч и т, д. Полу-
ченные результаты заносим в графу 4 табл. 4.
3. Силу тяги для изменеиного диаметра колеса и передаточного отношения
пересчитываем по формуле (48):
_DI±, _1250_Л26_ Ой9Л
^кл* D, ц, КЛ1 1200 3,826 Л,,д|
Отметим, что 0,89 = 1/1,127. Умножая силы тяги Гцд, (из графы 3 табл. 4)
при разных токах на 0,89, получим значения FKnt для этих же токов. Для /д "
= 150 А сила тяги FHM 0,89-8100 -= 7200 Н. Результаты расчета заносим в
графу 5 табл. 4 (с округлением до 100 Н).
По данным граф 1, 3 и 5 построены кривые о, (/д) н FKai (/д) на рис. 13 (штри-
ховые линии).
12. Скоростные и электротяговые характеристики
при различных способах возбуждения
тяговых электродвигателей
Из формул (30) и (42) видно, что скорость и сила тяги зависят
от магнитного потока. Поэтому нужно выяснить, как изменяется маг-
нитный поток или пропорциональная ему величина СФ от тока якоря.
При последовательном возбуждении ток якоря и ток возбуждения
одинаковы (при полном возбуждении) и магнитный поток или СФ
изменяются по магнитной или нагрузочной характеристике (при
/д - /в) (кривая 1 на рис. 14). В электродвигателях параллельного
или независимого возбуждения магнитный поток создается неизмен-
ным по значению током возбуждения. В машинах без компенсационной
обмотки с увеличением тока якоря магнитный поток несколько снижа-
31
Рис. 14. Зависимость СФ от тока тяговых
электродвигателей различного возбужде-
ния:
I — последовательного; 2 — параллельного или
независимого; 3 — смешанного
Рис. 15. Электромеханиче-
ские характеристики тяго-
вого электродвигателя по-
следовательного возбужде-
ния
ется из-за размагничивающего действия реакции якоря (кривая 2);
в компенсированных машинах он остается постоянным при разных
токах якоря. В электрических машинах смешанного возбуждения маг-
нитный поток создается обмотками параллельного и последователь-
ного возбуждения; при токе /я = 0 — он создается только одной об-
моткой параллельного возбуждения (точка СФ0 на кривой 3). Если
магнитодвижущая сила обмотки последовательного возбуждения дейст-
вует согласно с магнитодвижущей силой обмотки параллельного возбуж-
дения, то с увеличением тока якоря магнитный поток и СФ возрастают
(от точки СФ0 вправо). Из-за насыщения магнитной системы увеличе-
ние СФ идет замедленно по сравнению с машинами последователь-
ного возбуждения. В случае встречного включения обмоток их маг-
нитодвижущие силы вычитаются и с увеличением тока якоря магнит-
ный поток и СФ уменьшаются по магнитной характеристике (кривая 3
левее точки СФ0). На рис. 14 первый квадрант соответствует режиму
двигателя, а второй — режиму генератора. При последовательном
возбуждении тягового электродвигателя с увеличением тока /д возра-
стает и магнитный поток. Как видно из формулы (30), при постоянном
напряжении С/д числитель с увеличением тока несколько уменьшает-
ся за счет увеличения падения напряжения в обмотках (/дг), а знаме-
натель возрастает. Следовательно, скорость движения с увеличением
тока Iд будет снижаться вначале интенсивно, а затем более плавно в
соответствии с темпом увеличения магнитного потока, который при
больших токах возрастает незначительно из-за насыщения магнитной
системы (рис. 15).
Характеристику, при которой с изменением тока или силы тяги
скорость движения изменяется значительно, называют мягкой', если
же изменения скорости малы, характеристику называют жесткой.
Тяговый электродвигатель последовательного возбуждения обладает
32
мягкой скоростной характеристикой в зоне малых токов и более жест-
кой при больших токах /„.
Электромагнитная сила тяги в соответствии с формулой (41) в
зоне малых токов, когда магнитный поток изменяется в зависимости
от тока /д по прямой линии, пропорциональна квадрату тока. В зоне
больших токов /д из-за насыщения магнитной системы магнитный поток
изменяется незначительно и сила тяги возрастает почти пропорцио-
нально току. Поэтому характеристика F„M (/д) при малых токах
близка к параболе, а при больших к прямой линии.
Электротяговая характеристика Flia(/;i) располагается в соот-
ветствии с уравнением (42) ниже кривой Гкд „и (/„) на величину AF,
вызванную магнитными и механическими потерями в тяговом элек-
тродвигателе и потерями в передаче. Эта характеристика пересекает
ось абсцисс в точке Ot (см рис. 15), которая соответствует холостому
ходу электродви гател я.
Кривая к и. д. 1)(/л) имеет обычный для электрических машин
вид с наибольшими значениями в зоне номинальных токов нагрузки.
При холостом ходе (точка О|) к. п. д. равен нулю и вся подводимая
мощность расходуется на покрытие потерь в тяговом электродвигате-
ле (в основном механических) и передаче. Повышение нагрузки вызы-
вает относительное уменьшение механических потерь и к. п.д. резко
возрастает. В зоне больших токов к. п. д. снижается вследствие влия-
ния повышенных потерь в меди обмоток.
При параллельном или независимом возбуждении скоростная ха-
рактеристика v (/a) жесткая из-за незначительного изменения магнит-
ного потока. Снижение скорости движения с увеличением тока вызва-
но возрастающим падением напряжения в обмотках тягового электро-
двигателя. Электромагнитная сила тяги изменяется пропорциональ-
но току /д в связи с тем, что магнитный поток остается почти постоян-
ным (незначительно изменяется вследствие действия реакции якоря).
Электротяговая характеристика (/а) располагается ниже харак-
теристики FK;1 ,м (/д) на величину AF, возникающую из-за магнитных
и механических потерь в электродвигателе и потерь в передаче.
Если принять магнитный поток постоянным при разных токах /я,
то с увеличением скорости будет в соответствии с формулой (31) воз-
растать э. д. с., наводимая в обмотке якоря, вызывая снижение тока
/д. При скорости с0 э. д. с. сравняется с подведенным напряжением,
а ток будет равен нулю. Дальнейшее повышение скорости движения
вызовет наведение в обмотке якоря э. д. с., превышающей подведенное
напряжение, ток будет идти от тягового электродвигателя в сеть
—/дИли /д,,; это генераторный режим электродвигателя. С изменением
направления тока падение напряжения в формуле (30) будет прибав-
ляться и с увеличением тока скорость будет возрастать, как указано
на рис. 16. Произведение положительного магнитного потока на от-
рицательный ток даст в соответствии с формулой (41) отрицательное
значение электромагнитной силы тяги. Это тормозная электромагнит-
ная сила — F.,v, показанная в третьем квадранте. Тормозная сила —
больше электромагнитной на величину &F, так как сила, вызван-
ная магнитными и механическими потерями в электродвигателе и по-
33
Рис, 16. Электромеханические харак
герметики тягового электродвигателя
параллельного возбуждения
Рис. 17. Электромеханические харак-
теристики тягового электродвигателя
смешанного возбуждения
терями в передаче, действует в одном направлении с тормозной силой.
Точка О, соответствует холостому ходу тягового электродвигателя.
Тяговые электродвигатели смешанного возбуждения имеют харак-
теристики, приведенные на рис. 17. При согласном включении обмоток
параллельного и последовательного возбуждения характеристики и.
(7д) занимают промежуточное положение между характеристика-
ми электродвигателей последовательного и параллельного возбужде-
ния. При увеличении скорости движения ток в режиме двигателя умень-
шается, а затем переходит через нуль и изменяет направление. Тяговый
электродвигатель переходит в генераторный режим, при котором об-
мотка последовательного возбуждения действует встречно с обмоткой
параллельного возбуждения. С увеличением тока /др генераторного
режима магнитный поток машины уменьшается. Тормозная сила в со-
ответствии с формулами (41) и (42) вначале возрастает за счет более
интенсивного роста тока /ам и меньшего снижения магнитного потока
Ф (из-за насыщения магнитной системы), а затем, достигнув максиму-
ма — Гкд max. начинает снижаться вследствие более интенсивного
уменьшения магнитного потока, вызываемого обмоткой последователь-
ного возбуждения.
13. Выбор характеристик тяговых электродвигателей
для тяги поездов
Требования, предъявляемые к тяговым электродвигателям. Тя-
говые электродвигатели локомотивов должны удовлетворять специфи-
ческим требованиям, предъявляемым условиями тяги поездов. Основ-
ными из этих требований являются:
равномерное распределение нагрузок между параллельно работаю-
щими тяговыми электродвигателями;
возможно меньшие изменения нагрузки электродвигателей при ко-
лебаниях напряжения в контактной сети;
.34
наименьшие изменения потребляемой мощности тяговыми электро-
двигателями при движении поезда по различным элементам профиля
пути;
возможно более полное использование пропускной способности
линии;
экономичное регулирование скорости в широком диапазоне;
наименьший расход энергии на тягу поездов;
использование рекуперативного торможения;
наилучшее использование сил сцепления колесных пар с рельсами;
надежность в работе тяговых электродвигателей.
Как удовлетворяют этим требованиям тяговые электродвигатели
последовательного и параллельного возбуждения?
Равномернее распределение нагрузки между тяговыми электродви-
гателями. Локомотивы, как правило, имеют несколько тяговых элек-
тродвигателей. включенных в параллельные ветви. При изготовлении
и ремонте электродвигателей неизбежны различные отклонения в
размерах деталей, технологии обработки и качестве применяемых ма-
териалов в допустимых пределах. Поэтому скоростные и электротя-
говые характеристики каждого тягового электродвигателя несколько
отличаются от других. Разные колесные пары локомотива также мо-
гут иметь отклонения в диаметрах колес (см. параграф 7). Эти откло-
нения являются причиной неравномерного распределения нагрузок
на параллельно включенные тяговые электродвигатели. На рис. 18
показаны несовпадающие скоростные и электротяговые характери-
стики двух тяговых электродвигателей, имеющих индексы / и 2.
При одинаковых скоростях движения vt разница в потребляемых то-
ках /д| и /д2 у тяговых электродвигателей последовательного воз-
буждения (см. рис. 18, а) сравнительно невелика. У электродвигате-
лей параллельного возбуждения (см. рис. 18, б) разница в токах в не-
сколько раз больше. Силы тяги FK1U и FHai при токах /Д1 и /д2 у элек-
тродвигателей последовательного возбуждения отличаются незначи-
1’ис, 18. Влияние расхождения характеристик и диаметров колесных пар на
нагрузку параллельно включенных тяговых электродвигателей при последова-
тельном (а) и параллельном (б) возбуждении
35
Рис. 19. Влияние изменения напряжения на нагрузку тяговых злсктродннгатс-
лей при последовательном (а) и параллельном (б) возбуждении
тельно, а при параллельном возбуждении их расхождение в несколько
раз больше. Таким образом мягкие характеристики тяговых электро-
двигателей последовательного возбуждения обеспечивают более равно
мерные нагрузки тяговых электродвигателей по сравнению с жест-
кими характеристиками двигателей параллельного возбуждения.
Изменение нагрузок тяговых электродвигателей электроподвиж-
ного состава при колебаниях напряжения в контактной сети. Как
видно из формулы (30), скорость движения при одинаковых нагрузках
зависит от напряжения на тяговом электродвигателе. Это напряжение
зависит от уровня напряжения в контактной сети. Следовательно, при
изменении напряжения в контактной сети изменяется и скоростная
характеристика На рис. 19 показаны две скоростные характеристи-
ки, из которых одна относится к напряжению £/,. а вторая к Ut.
Сила тяги от напряжения не зависит (она зависит в основном от тока
и магнитного потока). Поэтому на рис 19 показаны по одной электро-
тяговой характеристике.
При работе тяговых электродвигателей по скоростной характери-
стике, соответствующей напряжению Ut, и скачкообразном изменении
напряжения до Ut переход на скоростную характеристику, соответст-
вующую Ut, происходит по горизонтальной линии, так как скорость
движения поезда за время скачка практически не изменится. При этом
изменение тока от /д( до /Д1 у электродвигателей последовательного
возбуждения с мягкой характеристикой невелико (рис. 19, а), а у
двигателей параллельного возбуждения с жесткой характеристикой
значительное, (^ответственно и сила тяги /-'КД| и А'ия1 у электродви-
гателей последовательного возбуждения изменяется мало, а у элек-
тродвигателей параллельного возбуждения — много больше
(рис. 19, б).
Таким образом, колебания напряжения вызывают у тяговых элек-
тродвигателей последовательного возбуждения незначительные из-
менения нагрузок. При параллельном возбуждении толчки тока и
силы тяги получаются значительно больше и могут отразиться на плав-
ности движении поезда
36
Изменение мощности, потребляемой тяговыми электродвигателя-
ми при движении по различным элементам профиля пути. В зависи-
мости от условий движения поезда тяговые электродвигатели разви-
вают разные мощности. При движении по легким участкам профиля
они работают при небольших нагрузках и потребляемых мощностях.
В случае движения поезда большой массы по подъему электродвигате-
ли работают с большими нагрузками и мощностями. Если машинист
нс меняет режима ведения поезда, то при тяговых электродвигателях
параллельного возбуждения из-за жестких характеристик скорость
движения по подъему уменьшается незначительно, и развиваемая ими
мощность, равная произведению скорости на силу тяги, возрастает
почти пропорционально силе тяги.
Большая мощность, потребляемая только в отдельные моменты
времени, когда поезд идет по тяжелому подъему, вызывает неоправ-
данное удорожание системы электроснабжения вследствие необходи-
мости установки более мощного оборудования на тяговых подстанци-
ях и повышения площади сечения проводов контактной сети.
Тяговые электродвигатели последовательного возбуждения при
повышении силы тяги снижают скорость движения (благодаря мягким
характеристикам) и потребляемая ими мощность оказывается мень-
ше, чем у двигателей параллельного возбуждения.
Таким образом, при движении поезда по тяжелым подъемам тяго-
вые электродвигатели последовательного возбуждения потребляют
из сети меньшие мощности, а следовательно, и токи по сравнению с
двигателями параллельного возбуждения и равномернее нагружают
систему электроснабжения.
Использование пропускной способности линии. Тяговые электро-
двигатели последовательного возбуждения обеспечивают движение
по тяжелым подъемам с меньшими скоростями, чем на более легких
участках пути. Участки с такими тяжелыми подъемами лимитируют
число пропускаемых пар поездов. В случае применения тяговых элек-
тродвигателей параллельного возбуждения с жесткими характеристи-
ками скорость движения поездов по всем элементам профиля пути
будет примерно одинакова и на тяжелых подъемах больше, чем при
двигателях последовательного возбуждения.
Но условиям использования пропускной способности тяговые дви-
гатели параллельного возбуждения имеют преимущество. Это преиму-
щество жестких харакгернстик можно при мягких характеристиках
частично компенсировать за счет использования машинистом более
высоких характеристик (ослабленного возбуждения).
Экономичное регулирование скорости движения. Скорость движе-
ния поезда при электродвигателях параллельного и смешанного воз-
буждения легко можно регулировать изменением магнитного потока
за счет воздействия на небольшой по значению ток возбуждения. При
электродвигателях последовательного возбуждения регулирование маг-
нитного потока требует усложнения силовой цепи и дополнительного
оборудования (индуктивные шунты, контакторы, резисторы) из-за
больших токов, проходящих через обмотки возбуждения. Однако в
37
«том случае требуется меньшее число ступеней регулирования благо-
даря мягким характеристикам.
Расход энергии на тягу поездов. При постоянной скорости движе-
ния требуется совершать меньшую работу по перемещению поезда, по-
этому расход энергии при использовании жестких характеристик дви-
гателей параллельного возбуждения получается меньшим. При мяг-
ких характеристиках электродвигателей последовательного возбужде-
ния скорость движения меняется в зависимости от профиля пути в ши-
роких пределах. При равной средней скорости здесь требуется совер-
шить большую работу и израсходовать несколько больше энергии.
Это связано с тем, что силы сопротивления движению возрастают при
повышении скорости более интенсивно, чем увеличивается скорость.
Частично такой перерасход энергии компенсируется снижением потерь
в пусковом реостате за счет более низких скоростей выхода на безре-
остатные характеристики.
Поэтому в пригородном движении с большим числом пусков и раз-
гонов тяговые двигатели последовательного возбуждения имеют мень-
ший расход энергии, а в условиях магистральных дорог — несколько
больший по сравнению с двигателями параллельного возбуждения.
Переход на рекуперативное торможение. Рекуперативное торможе-
ние позволяет уменьшить расход электрической энергии на тягу по-
ездов благодаря ее возврату в сеть при движении поезда по спуску.
Тяговые электрические машины параллельного и смешанного возбуж-
дения переходят в режим рекуперации (в генераторный режим с отда-
чей энергии в сеть) автоматически при увеличении скорости движения
(выше скорости и0 на рис. 16 и 17).
Тяговые электродвигатели последовательного возбуждения в ре-
жиме рекуперации устойчиво работать не могут (подробнее см. пара-
граф 49). Поэтому на электровозах и моторных вагонах их переводят
на независимое возбуждение от специального статического или вра-
щающегося преобразователя, усложняя оборудование и схемы элек-
троподвижного состава.
Условия сцепления колес с рельсами. Для рассмотрения этих ус-
ловий на рис. 20 построены кривые силы тяги на ободах колесной па-
ры в зависимости от скорости при
жесткой 3 и мягкой 2 характеристи-
ках тяговых электродвигателей.
Кривая Е,.ц соответствует ограниче-
нию силы тяги по сцеплению.
В точке А сила тяги реализуется
на пределе по сцеплению и поезд
движется со скоростью и. Если ус-
ловия сцепления ухудшаются, на-
пример при наезде колеса на масля-
ное пятно, когда ограничение по
сцеплению соответствует линии 4
и сила сцепления снизится на
Л£гН, то сила тяги окажется боль-
ше силы сцепления и начнется
Рис. 20. Влияние жесткости харак-
гсристик на использование силы тя-
ги по сцеплению
ЗЯ
проскальзывание колеса относительно рельса — боксование. При
жесткой характеристике с увеличением скорости резко снижается
сила тяги и в точке В сила тяги сравняется с уменьшенной силой
сцепле! ия. На ободах колес скорость будет о, при скорости поезда I’.
Следовательно, колесная пара, кроме качения по рельсу, еще и скользит
относительно рельса с небольшой скоростью At,,.
Сила трения проскальзывающей колесной пары уменьшав гея с
увеличением скорости проскальзывания. При небольшой скорости
скольжения Аи( коэффициент трения остается высоким (но меньшим
коэффициента сцепления) и при проходе колесной парой места с пони-
женным сцеплением она восстановит сцепление колес с рельсами
В аналогичном случае при мягкой характеристике сила тяги и пони-
женная сила сцепления сравняются в точке С, которой соответствует
большее скольжение колес До, и соответственно меньший коэффициент
трения. Вероятность самостоятельного восстановления сцепления
после прохода места с пониженным сцеплением здесь значительно
меньше и для прекращения боксования приходится подавать под коле-
са песок или снижать силу тяги.
В связи с тем что при тяговых электродвигателях с жесткими
характеристиками восстановление сцепления колесных пар с рельсами
происходит быстрее, среднее значение силы тяги по сцеплению, а сле-
довательно, и коэффициент сцепления локомотива получается больше,
чем при электродвигателях с мягкими характеристиками.
Таким образом, тяговые электродвигатели параллельного возбуж-
дения обеспечивают более высокий коэффициент сцепления по срав-
нению с тяговыми электродвигателями последовательного возбуждения.
На силу тяги по сцеплению влияет также схема соединения тяговых
электродвигателей. При параллельном соединении двух тяговых дви-
гателей последовательного возбуждения процесс срыва сцепления идет
аналогично рассмотренному. При последовательном соединении, на-
пример двух тяговых электродвигателей с совпадающими характери-
стиками. напряжение U делится между ними поровну (/д| = l/lt.
Однако при срыве сцепления одной колесной парой, например первой,
напряжения между двигателями, связанными с боксующей и небоксую-
щей колесными парами, перераспределяются. Поскольку электродви-
гатели соединены последовательно, токи и магнитные потоки у них
одинаковы. Однако боксующая колесная пара имеет большую скорость
на ободе колеса и в обмотке якоря связанного с ней тягового электро-
двигателя наводится в соответствии с формулой (31) большая э. д. с.,
а следовательно, он работает под большим напряжением Сд, >• L/aJ
Напряжение на втором тяговом электродвигателе при этом снижает-
ся, так как сумма (/а1 и ия1 должна быть равна подведенному напря-
жению U.
Большему напряжению соответствует более гциеокая скоростная
характеристика 5, при работе по которой скорость скольжения колес-
ной пары будет еще больше (точка С,), а вероятность самостоятельного
восстановления сцепления еще меньше. Поэтому коэффициент сцеп-
ления локомотива при последовательном соединении тяговых электро-
двигателей меньше, чем при параллельном. На электровозах перемен-
39
ного тока тяговые электродвигатели включены параллельно между
собой, а на электровозах постоянного тока не менее двух электродви-
гателей последовательно. Поэтому коэффициент сцепления электро-
возов переменного тока выше коэффициента сцепления электровозов
постоииного тока.
Конструктивные особенности. Тяговые электродвигатели парал-
лельного и смешанного возбуждения имеют на главных полюсах об-
мотки параллельного возбуждения, состоящего из большого числа
витков провода малой площадью сечения. Механическая и электриче-
ская прочность таких обмоток значительно меньше, чем обмоток с ма-
лым числом витков шины большой площадью сечения, которые имеют
тяговые электродвигатели последовательного возбуждения. В связи
с малым числом витков обмоток полюсов электродвигателей последо-
вательного возбуждения переходные процессы в них проходят более
спокойно.
Таким образом, по надежности работы тяговые электродвигатели
последовательного возбуждения имеют преимущества перед электро-
двигателями параллельного возбуждения.
Тяговые электродвигатели смешанного возбуждения по равномер-
ности распределения нагрузок, влиянию изменения напряжения на
нагрузку, изменению мощности в зависимости от профиля пути, вли-
янию на пропускную способность, по экономичности регулирования
и расхода энергии на тягу поездов занимают промежуточное положе-
ние между электродвигателями последовательного и параллельного
возбуждения.
Из анализа предъявляемых требований к тяговым двигателям вид-
но, что каждая система возбуждения имеет свои преимущества и недо-
статки. Однако по таким наиболее важным показателям, как равно-
мерность распределения нагрузок, меныпее изменение нагрузки при
колебаниях напряжения в сети, меныпее изменение мощности при дви-
жении по различным элементам профиля пути и надежность конструк-
ции, тяговые электродвигатели последовательного возбуждения имеют
преимущества. Поэтому их и используют для тяги поездов на желез-
ных дорогах. В целях устранения недостатков мягких характеристик
уменьшения срывов сцепления колесных пар с рельсами — исполь-
зуют всевозможные противобоксовочные средства, а для обеспечения
рекуперации переводят тяговые электродвигатели на независимое воз-
буждение, хотя при этом приходится усложнять оборудование электро-
подвижного состава.
С целью повышения силы тяги по сцеплению партия электровозов
ВЛвО* переведена на независимое возбуждение тяговых электро-
двигателей. Обмотки возбуждения их питаются через тиристорный пре-
образователь. Полученные жесткие характеристики улучшили условия
сцепления колес с рельсами, но вызвали ухудшение равномерности
распределения нагрузок между параллельно включенными тяговыми
электродвигателями и потребовали применения специальных мер по
уменьшению разброса характеристик.
40
14. Тяговые характеристики электроподвижного состава
Скоростная и электротяговая характеристики позволяют опреде-
лить силу тяги при данной скорости движения в такой последователь-
ности: по скорости находят ток тягового электродвигателя /д, а по
нему силу тяги, развиваемую колесной парой. Однако для опреде-
ления сил, действующих на поезд, необходимо определять силу тяги
локомотива непосредственно от скорости движения. Для этого поль-
зуются тяговой характеристикой, показывающей зависимость силы
тяги локомотива F,s от скорости движения и. Ее строят по скоростной
и электротяговой характеристикам следующим образом.
Силу тяги локомотива FK, Н, равную произведению силы тяги,
реализуемой каждой колесной парой, на число движущих колесных
пар или тяговых электродвигателей, определяют по формуле
Fк —якд кд, (49)
где лкд — число тяговых электродвигателей локомотива или движущих колес-
ных пар.
Практически из электромеханических характеристик, отнесенных
к ободу колеса (рис. 21, а), задаются током /Д1 и определяют скорость
движения и, и силу тяги FKal. Затем эту силу умножают на число тя-
говых электродвигателей или движущих колесных пар и получают по
формуле (49) силу тяги локомотива FHl. Значение скорости откладыва
ют по оси абсцисс графика (рис. 21, б), а силу тяги FKt по оси ор-
динат. Полученная точка с координатами и, и ЕН1 находится на тяго-
вой характеристике электроподвижного состава.
Аналогично задаются токами /Д4, /дз и находят скорости движе-
ния vt, v3, силы тяги Л'кдц, ЕКдз, а затем рассчитывают силы тяги
FKt, Ркя и находят точки для построения тяговой характеристики
и т. д. Соединив полученные точки плавной кривой, получают тяговую
характеристику. Обычно берут 8 10 точек, причем на скоростных
характеристиках точки берут чаще в местах резкого изменения на-
правления линии и реже при небольших изгибах характеристик с
обязательным использованием точек, соответствующих номинальным
(часовому и продолжительному) режимам. Каждому способу возбуж-
дения тягового электродвигателя соответствует своя тяговая характе-
ристика, однако все они показывают снижение силы тяги FK при уве-
личении скорости. На рис. 22 приведены тяговые характеристики
электроподвижного состава при различных возбуждениях тяго-
вых электродвигателей, отличающихся степенью снижения силы тяги
с увеличением скорости движения, которую характеризует коэффи-
циент жесткости характеристик X. Тяговые характеристики, при
которых сила тяги резко снижается с ростом скорости (большая ве-
личинах), называют жесткими (кривая 2), а при небольшом снижении
силы тяги — мягкими (кривая / или Г в зоне малых сил тяги и боль-
ших скоростей). Тяговые характеристики при электродвигателях па-
раллельного возбуждения жесткие. Тяговые характеристики при
электродвигателях последовательного возбуждения имеют разную
жесткость в зависимости от степени насыщения магнитной системы.
II
Рис. 21. Построение тяговой харак-
теристики электроподвижного со-
става
Рис. 23 Ограни
чення тяговых ха-
рактеристик
Рис. 22. Тяговые
характеристики
э.п.с. с двигателя
мн различного воз-
буждения
При тяговых электродвигателях с высоким насыщением тяговые ха-
рактеристики имеют большую жесткость и в зоне высоких скоростей
обеспечивают сравнительно небольшие силы тяги (кривая /), а значит,
в этой зоне не полностью используется мощность электродвигателей.
Поэтому у современных электродвигателей предусматривают сравни-
тельно малое насыщение магнитной системы и мягкие характеристики
(кривая /')- позволяющие полнее использовать мощности в зоне высо-
ких скоростей.
Тяговая характеристика при электродвигателях со смешанным
возбуждением (кривая 3 на рис. 22) по своей жесткости занимает
среднее положение между характеристиками электродвигателей па-
раллельного и последовательного возбуждения.
Рабочая зона на тяговых характеристиках ограничивается усло-
виями надежной работы электроподвижного состава. В зоне высоких
скоростей тяговая характеристика (рис. 23) ограничена наибольшей
допустимой (или конструкционной) скоростью движения электропод-
вижного состава (линия /). В зоне больших значений силы тяги тяго-
вая характеристика обычно ограничена или силой тяги, развиваемой
электродвигателем при наибольшем допустимом токе по коммутации
(кривая 2), или по условиям сцепления колесных лар с рельсами
(кривая 3).
При больших токах тягового электродвигателя ухудшается ком-
мутация, вызванная недопустимым искрением под щетками, кото-
рое может перейти в круговой огонь по коллектору. Наибольший до-
пустимый ток по коммутации при номинальном напряжении это ток,
который при стендовых испытаниях не вызывает опасного для работы
электродвигателя искрения под щетками. В соответствии с ГОСТ
2582 81* установлен наибольший ток по коммутации для тяговых
двигателей, равный их двойному номинальному (часовому) току
(2/дч). В эксплуатационных условиях наибольший ток по коммута-
ции понижают до (1,4 -J- 1,7)/дч в связи с более тяжелыми условиями
работы тяговых электродвигателей по сравнению с работой на стенде
вследствие динамических воздействий, колебаний напряжения сети,
42
повышенной влажности воздуха. Ограничение силы тяги по коммута-
ции определяют следующим образом: для заданного значения наи-
большего тока по электротяговым характеристикам тягового двига-
теля определяют силу тяги Е„я, пересчитывают ее в FK и наносят на
тяговую характеристику (линия 2).
Сила тяги по сцеплению колес с рельсами зависит от нагрузки
передаваемой колесными парами на рельсы, условий сцепления и
конструктивных особенностей электроподвижного состава. Ее опре-
деляют по формуле (14).
В случае изменения передаточного отношения зубчатой передачи
и диаметра бандажей изменяются и тяговые характеристики. Пересчет
тяговых характеристик в этом случае можно выполнить, пользуясь
перестроением электромеханических характеристик (см. параграф II).
Характеристики можно также перестроить, задаваясь значениями и
и при pj и Dt и пересчитывая их на цг и D2 по формулам (47) и
(48). В этом случае вместо FK, в формулу (48) подставляют FK.
15. Удельные тяговые характеристики
Зависимость удельной силы тяги от скорости движения называют
удельной тяговой характеристикой. Удельную силу тяги /к, Н/кН,
определяют по силе тяги электровоза, тепловоза или моторного вагона
и весу поезда mg по формуле (2).
Удельную тяговую характеристику строят на основании тяговой
характеристики. При этом для каждой скорости по тяговой характе-
ристике определяют силу тяги и делят на вес поезда mg. Получен-
ную точку, соответствующую значениям /К1 и наносят в осях ко-
ординат /к и V. Для удобства выполнения последующих расчетов гра-
фическими методами построения выполняют во втором квадранте.
По оси ординат откладывают скорость, а по оси абсцисс влево от точ-
ки пересечения осей удельную силу тяги.
Значения /к для других скоростей движения определяют аналогич-
но, а затем, соединив полученные точки плавной кривой, получают
характеристику удельных сил тяги от скорости движения.
Рассмотрим на примере вначале построение тяговой характеристики'
восьмиосного электровоза по электромеханическим характеристикам
тягового электродвигателя, а затем — построение по ним удельной
тяговой характеристики.
Пример. На рис. 13 приведены скоростные и электротяговые характеристи-
ки электродвигателя ТЛ-2К электровоза ВЛ 10 при диаметрах колесных пар
D, 1250 мм и передаточном отношении редуктора щ = 3,826 (сплошные ли-
пин) и пересчитанные характеристики на колесные пары диаметром D, = 1200 мм
и р.2 3,26. Масса состава тс -- 3500 т. Масса электровоза ВЛ 10 тл — 184 т.
Наибольшая сила тяги ограничена сцеплением колес с рельсами. Необходимо
рассчитать и построить тяговые и удельные тяговые характеристики.
Решение. I. Из кривых рис. 13 или табл. 4 берем значения скорости
и силы тяги при различных значениях тока и заносим их а графы 1—3
табл. 5.
43
Рис. 24. Тяговые характеристики
нмсьмкосного электровоза:
/-при диаметре колесных пар 0,-1250 мм
и передаточном отношении редуктора
И,-З.Я26. 2 — при О>-1200 мм и №-3.26
Рис. 25. Удельные тяговые характе-
ристики восьмиосного электровоза
при массе поезда т=3684 т:
/ — при 0,-1250 мм и №=3.626; 2—при
От-12(Х> мм и №“3.26; J — ограничение
по сцеплсиню колесных пар с рельсами
2. Силу тяги электродвигателя умножаем на число тяговых двигателей
электровоза якд = 8 и значения ?’,< заносим в графу 4 табл. 5. Например, при
/я = 150 Л Гк;1 = 8100 Н, Fn = пкл F„n = 8-8100 — 64 800 Н. По скорости
v и силе тяги FK строим тяговые характеристики электровоза (кривые / и 2
на рис. 24).
3. Кривую ограничения силы тяги по сцеплению определяем для скоростей
0; 5; 10; 20; 30; 40; 50 и 60 км/ч исходя из расчетного коэффициента сцепления по
формулам (7) и (14). Так, для скорости 50 км/ч:
3
-0.28-1--------------0,0007-50 = 0,248,
т 50-Ь 20-50
сч= 1000/пл #фк= 1000-184-9,81-0,248 — 456 300 Н.
Таблица 5
1л. А р, км/ч F.», И F». Н /к. Н/кН
1 2 3 4 5
Определение FK и /к при 0^1250 мм и ц( = 3.826
150 87,5 8 100 64 800 1.76
200 70.6 14 000 112 000 3,04
250 63,9 20 400 163 200 4,42
300 58.0 26 100 208 800 5.66
400 52.2 39 500 316 000 8,57
480 48,7 49 700 397 600 10,79
550 46.7 59 500 476 000 12,92
600 45,4 66 500 532 000 14.44
700 43,6 80 000 640 000 17,37
800 41,8 93 600 748 800 20,33
44
Окончание табл. 5
/л. Л V. км/ч Гн». Н Гн. н /н. Н/кН
1 2 3 4 5
Определение F* и при Dj= 1200 мм и цг = 3.2б'
150 98,6 7 200 57 600 1,56
200 81,9 12 400 99 200 2,69
250 72,0 18 200 145 600 3,95
300 65,4 23 200 185 600 5,04
400 58,8 35 200 281 600 7,64
480 54,9 44 200 353 600 9,60
550 52,6 53 000 424 000 11,51
600 51.2 59 200 473 600 12,86
700 49,1 71 200 569 600 15,46
800 47.1 83 300 666 400 18,09
Определение точек ограничения силы тяги по сцеплению колес с рельсами
— 0 625 600 17,00
— 5 — 545 600 14,80
— 10 — 524 400 14,20
—. 20 — 501 600 13,60
“• 30 —. 485 000 13,20
— 40 — 470 100 12,80
™ » 50 — 456 300 12,40
60 — 442 300 12,00
4. Значение удельной силы тяги для каждой скорости определяем по форму-
ле (2), разделив значение силы тяги FK на вес поезда mg = (mc + тл) g =
- (3500 + 184) 9,81 - 36 125 кН.
Так, при Dv pj и /д = 600 А скорость v = 45,4 км/ч, FK = 532 000 II и
к mg
532 000
3G 125
= 14,44 Н,кН
Результаты расчета сводим в графу 5 табл. 5 и по ним строим удельные тя-
говые характеристики (рис. 25).
ГЛАВА 3
РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ
ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА
ПОСТОЯННОГО ТОКА
16. Способы регулирования скорости движения
электроподвижного состава
Локомотивы должны обеспечивать трогание поезда с места, раз-
гон и движение с различными скоростями, ускорениями и замедления-
ми. Как видно из формулы (30), скорость движения определяется под-
веденным к тяговым электродвигателям напряжением, падением на-
пряжения в цепи и магнитным потоком. Разберем влияние каждого
из этих факторов на скорость движения.
В системе постоянного тока номинальное напряжение в контактной
сети, а следовательно, и на токоприемнике электроподвижного соста-
ва равно 3000 В. Тяговые электродвигатели выполняют, как правило,
на напряжение 1500 В с изоляцией обмоток на 3000 В. Поэтому под
напряжение контактной сети можно включить последовательно не
менее двух тяговых электродвигателей. Если включить последова-
тельно большее число электродвигателей, напряжение на каждом из
них будет соответственно меньше.
На восьмносных электровозах ВЛ 10, ВЛ8 применяют три схемы
соединения тяговых электродвигателей (рис. 26): последовательное
(С) восьми электродвигателей (рис. 26, а) с напряжением на каждом
тяговом электродвигателе (7Д -- 3000/8 375 В, последовательно-
параллельное (СП) по четыре электродвигателя последовательно в две
параллельные ветви (рис. 26, б) с напряжением ия 3000/4 750 В
и параллельное (11) соединение четырех групп электродвигателей по
два двигателя последовательно (рис. 26, в) с напряжением UA =
3000/2 = 1500 В.
На шестиосных электровозах ВЛ23, ВЛ22м, ЧС2Т и ЧС2 приме-
няют также три схемы соединения групп тяговых электродвигателей:
последовательное шести электродвигателей с напряжением на каждом
электродвигателе (Уд — 3000.6 - 500 В, последовательно-параллель-
ное по три электродвигателя последовательно в две параллельные вет-
ви с напряжением UA — 3000/3 — 1000 В и параллельное соединение
по два электродвигателя в три параллельные ветви с напряжением
Un - 3000/2 = 1500 В.
На четырехосных электровозах и электропоездах ЭР2, ЭРI исполь-
зуют две схемы соединения тяговых электродвигателей: последова-
тельное с напряжением на каждом электродвигателе 11я 3000/4 —
- 750 В и параллельное соединения групп электродвигателей, вклю-
ченных по два электродвигателя последовательно в две параллельных
ветви с напряжением ил — 3000/2 — 1500 В. На электропоезде ЭР22
тяговые электродвигатели рассчитаны на напряжение 750 В, поэтому
применяют только последовательное их включение.
46
Перечисленные примеры показывают, что, изменяя схемы включе-
ния групп тяговых электродвигателей, можно включать их под разные
напряжения. Причем ступени напряжения получаются большими.
Сравнительно плавное изменение напряжения получают при последо-
вательном включении в цепь тяговых электродвигателей реостата R
(рис. 27), сопротивление которого можно регулировать. Однако в ре-
остате теряется много энергии, потребляемой из контактной сети, что
вызывает снижение к. п.д. электроподвижного состава и нагрев само-
го реостата. Поэтому его включают кратковременно только на период
пуска и разгона электроподвижного состава и называют пусковым ре-
остатом
Магнитный поток можно регулировать изменением магнитодви-
жущей силы или магнитной проводимости. При неизменной магнитной
проводимости на магнитный поток можно воздействовать, изменяя маг-
нитодвижущую силу, равную произведению тока возбуждения на
число витков обмотки возбуждения. Для регулирования скорости дви-
жения можно изменять ток и число витков. Па электроиодвижиом
составе и тепловозах с тяговыми электродвигателями последователь-
ного возбуждения применяют ослабление возбуждения для увеличения
скорости движения.
Наибольшее распространение получил способ ослабления возбуж-
дения шунтированием обмоток возбуждения, при котором параллельно
обмотке включают шунтирующий контур (рис. 28, а), состоящий из
резистора Ru, и индуктивного шунта ИШ. При этом через обмотку
возбуждения проходит только часть тока якоря /я, а остальная его
часть замыкается через шунтирующий контур. При меныпем токе воз-
буждения (по сравнению с током якоря) в магнитной системе наво-
дится меньший магнитный поток, и, как следует из формулы (30),
Рнс. 26. Способы включения тяговых электродвигателей
на восьмиосных электровозах при п<х-ледовательном соеди-
нении (о), последовательно-параллельном (б) и параллель
ном (в)
Рис. 27. Включе-
ние пускового рео-
стата в чепь тяго-
вого электродвига-
тели
47
Рис. 28. Способы ослабления возбуж-
дения тяговых электродвигателей:
к — шунтированием обмотки вотбужде-
ния; б — отключением части витков об
мотки возбуждения
скорость при том же токе /д полу-
чается больше, чем в режиме пол-
ного возбуж<)ения, при котором весь
ток якоря проходит по обмоткам
возбуждения. Обычно сопротивле-
ние резистора регулируют, в
результате чего получают несколь-
ко ступеней возбуждения.
Индуктивный шунт необходим
для сохранения соотношения токов
в обмотке возбуждения и шунти-
рующем контуре при переходных
процессах. В самом деле, если бы
не было в шунтирующем контуре
индуктивного шунта и индуктивное
сопротивление контура было незна-
чительным, возрастающий в цепи
обмотки якоря ток в основном зам-
кнулся бы через шунтирующий
контур, чрезмерно ослабив возбуждение. Через обмотку возбуждения
пройдет меньшая часть тока, так как в этой цепи он встретит большее
индуктивное сопротивление.
Второй способ изменения возбуждения основан на отключении ча-
сти витков катушек. Каждая катушка полюса тягового электродвига-
теля должна быть секционирована и из нее нужно делать дополни-
тельные выводы (рис. 28, б). При режиме полного возбуждения вклю-
чен контактор 1 и выключен контактор 2. При этом ток проходит че-
рез все витки ш обмотки возбуждения. Магнитодвижущая сила полу-
чается наибольшей. Для получения режима ослабленного возбуждения
отключают контактор 1 н включают контактор 2. Ток проходит толь-
ко через часть витков катушек возбуждения и магнитодвижущая
сила, а следовательно, и магнитный поток оказываются меньшими.
Этот способ ослабления возбуждения не нашел применения на наших
электроподвижном составе и тепловозах из-за усложнения конструк-
ции электродвигателей, так как для каждой ступени ослабления воз-
буждения необходимо добавлять по одному выводу из каждой катушки
возбуждения, размещение которых в сжатых габаритах двигателя прак-
тически невозможно.
Рассмотрим изменение характеристик тяговых двигателей при ис-
пользовании рассмотренных способов регулирования скорости.
17. Характеристики при измененном напряжении
на тяговых электродвигателях
Заданные электромеханические и тяговые характеристики для од-
ного напряжения, соответствующего, допустим, параллельному соеди-
нению тяговых электродвигателей, могут быть пересчитаны на другое
напряжение, например, при последовательном соединении. Такой пе-
18
расчет необходим также в случае изменения напряжении контактной
сети.
Порядок пересчета скоростной характеристики при изменении
напряжения на тяговом электродвигателе с О;1, до UiVt следующий.
Из формулы (30) скорость электроподвижного состава при напряжении
на тяговом электродвигателе С/д1 и токе /л
Сд1 ~^г
щ СФ
Аналогично скорость при том же токе /д, а следовательно, и пото-
ке Ф, но при напряжении ил1
Vsf — t я '
Разделив второе равенство на первое, получим
t'i 0Л1 — 1лг
^д,-/дг ’
т. е. скорости пропорциональны электродвижущим силам двигателя.
Откуда скорость, км/ч,
— 1лг
vt--—--------е,. (50)
Lat ~ ‘л г
Практически характеристики при изменении напряжения строят
следующим образом. На заданной характеристике скорости при напря-
жении £/Д| выбирают ряд точек а,, а,. ... (рис. 29) и определяют их
ординаты: О,а,, 02аг...соответствующие скорости движения элек-
троподвижного состава при напряжении 1/д1.
Для точного расчета определяют падение напряжения в обмот-
ках тягового электродвигателя /дг при каждом значении тока, а за-
тем по формуле (50) — скорость при напряжении Uяг для тех же зна-
чений тока. Полученные скорости в масштабе откладывают на оси ор-
динат и получают точки bt, bt, Ья,... Соединив эти точки плавной кри-
вой, получают скоростную характеристику при напряжении t/32.
Падение напряжения в тяговом электродвигателе, имеющем мощ-
ность в несколько сотен киловатт, по сравнению с номинальным на-
пряжением незначительно, (2—4%). Если им пренебречь, то из фор-
мулы (50) получим, что скорость движения при неизменной нагрузке
примерно пропорциональна подведенному напряжению
или
P| b’gflUit. (52)
Для оценки качественной стороны процесса или приближенного
расчета скоростей можно использовать формулу (52). Так, если на-
пряжение U3i в два раза меньше 1/д>, то ординаты точек Ь2, Ья. ...
примерно в два раза меньше ординат точек а,, а,, а,. ....
49
Рнс. 29. Скоростные и электротяговая ха-
рактеристики при различных напряжениях
на тяговых электродвигателях
Рис. 30. Перестроение тяговой
характеристики на измененное
напряжение
Электромагнитная сила тяги на ободе колеса, как видно из форму-
лы (41), от напряжения Uл не зависит. Силу тяги F,.4 F кл вя AF
можно также считать не зависящей от напряжения С/д. Поэтому на
рис. 29 показана одна электротяговая характеристика, по которой
при каждом токе определяют силу тяги при напряжениях U м и 0 14
Тяговые характеристики электроподвижного состава с двигателя-
ми последовательного возбуждения пересчитывают аналогично ско-
ростным характеристикам. Так как практически сила тяги при неиз-
менном токе не зависит от напряжения, то при одной и той же силе тя-
ги скорость определяют по формуле (50).
На рис. 30 показано перестроение тяговой характеристики 1. со-
ответствующей напряжению (/Д|, на напряжение U2i. При силе тяги
FH1 скорость движения снижается в соответствии с формулой (50)
до Р|', при силе тяги FK1 скорость снижается с г, до v2. 11о полученным
таким образом восьми— десяти точкам строят тяговую характеристи-
ку при напряжении Uat (кривая 2).
18. Характеристики при регулировании возбуждения
тяговых электродвигателей
Степень изменения магнитного потока тягового электродвигателя
характеризуют коэффициентом регулирования возбуждения, равным
отношению магнитодвижущей силы главных полюсов при ослаблен-
ном возбуждении (/вш)ов к магнитодвижущей силе при полном воз-
буждении Р = (/«ьу)01, (/вш)пв.
При шунтировании обмотки возбуждения тягового электродви-
гателя последовательного возбуждения ток /„ меньше тока якоря /д.
а число витков неизменно, поэтому коэффициент р равен отношению
тока возбуждения /„ к току якоря /я, т. е. р /в /д.
50
Если ослабление возбуждения осуществляется изменением числа
витков обмотки полюса, то коэффициент р определяется как отноше-
ние оставшейся части включенных витков u>j к общему их числу w.
Коэффициент регулирования возбуждения иногда выражают также
в процентах.
Степень ослабления возбуждения можно допускать до определен-
ного предела, ниже которого нарушаются нормальные потенциальные
условия на коллекторе тягового электродвигателя, что может приве-
сти к круговому огню. Обычно наименьший коэффициент регулиро-
вания возбуждения составляет 0,3—0,5. В тяговых электродвигателях
с компенсационной обмоткой можно допускать более глубокое ослаб-
ление возбуждения.
Скоростные и электротяговые характеристики тягового электро-
двигателя при неизменном напряжении и ослаблении возбуждения
определяют исходя из характеристик электродвигателя при полном
возбуждении. Скорость движения при полном возбуждении опв и токе
/д для схемы рис. 31, и по формуле (30), км/ч:
{/я-/д(г«+гв)
°пи Гд
где /я — ток якоря при полном
— сопротивление обмоток
ционной обмотки. Ом;
гв — сопротивление обмотки возбуждения. Ом.
Скорость того же электроподвижного состава при ослабленном
возбуждении и токе /д ов, км/ч,
^Д— ^дов ('»+ргв)
п . = ~ 1>4)
Сф ,
д
возбуждении 0 = I, А;
якоря, дополнительных полюсов и компенса-
Из сравнения формул (53) и (54) при /д = /дов трудно определить
отношение о„и о,|В, так как закон изменения магнитного потока от то-
ка возбуждения не имеет простого
аналитического выражения. Если
же рассмотреть скорость v0B при
токе якоря /дов /д р (рис. 31, б),
которому соответствует ток в об-
мотке возбуждения /в — 0/дов
₽/д Р /д. то при /яов
= /д/р, км/ч:
/д
ид---7“ (Гвт РЛВ)
где Ф^, g — магнитный поток
Рис. 3). Схема включения тягового
электродвигателя:
а — при полном возбуждении; б — при
ослабленном
(55)
при
ослабленном возбуждении и токе якоря
^дов /д/₽'
51
После деления равенства (55) и на равенство (53) и перенесения
°п»/д ИЗ знаменателя левой части в числитель правой получим ско-
рость при ослабленном возбуждении, км/ч:
^--Лг.+Рл,) сф
,, ______Ё_________________3— . (56)
ов,д/₽ ия-1л(гв-^гя) Сфо»1я^
где уов ! — скорость при токе электродвигателя, равном /д.ф, а »пв, —
при токе электродвигателя /д.
Следовательно, для определения скорости при ослабленном воз-
буждении необходимо знать напряжение ил, ток /д, сопротивления
обмоток тягового электродвигателя, магнитные или нагрузочные ха-
рактеристики и скорость при полном возбуждении. При качественной
оценке процессов или для приближенных расчетов можно пользовать-
ся более простой формулой. Если пренебречь разницей в размагничи-
вающем действии реакции якоря при токах якоря /д и /д.р, то магнит-
ные потоки Фпв1д и Фов/д/0 будут равны, так как равны токи в об-
мотках возбуждения (/в = /д). Падение напряжения в обмотках элек-
тродвигателя сравнительно невелико, и если пренебречь разницей в
падении напряжения, указанной в числителе и знаменателе, то полу-
чим:
/д
иА—Г (г«+₽'в) СФП,.
Р______________'а (
/д (б> ~ Сф„ ,р
или
₽ов Гд /р * упв /д- (57>
Построение скоростной характеристики при оставленном возбуж-
дении на основании выражения (57) проводят стедующим образом.
На скоростной характеристике при полном возбуждении (сплошная
линия на рис. 32, а) берут произвольную точку а, соответствующую
скорости и, и току /д1. На оси абсцисс откладывают ток /Д| ов =
= /я1.р и через эту точку проводят вертикальную штриховую линию.
Поскольку скорость остается неизменной, точку а, соответствующую
значениям /Д1 и о,, сносят вправо до пересечения с вертикальной штри-
ховой линией. Полученная точка а,, соответствующая скорости о,
при токе /д, ов, находится на скоростной характеристике электродви-
гателя при ослабленном возбуждении.
Аналогично для режима работы тягового электродвигателя с дру-
гим током /д, (точка Ь) строят точку bt при токе 1 лг „в и скорости иг
в режиме ослабленного возбуждения и т. д. Кривая, проведенная через
точки й|, Ь, и другие точки, полученные таким же образом, будет ско-
ростной характеристикой тягового электродвигателя при заданном
коэффициенте ослабления возбуждения. Эта кривая, как и следует из
формулы (30), расположена выше скоростной характеристики тягово-
го электродвигателя при полном возбуждении.
И
Рис. 32. Построение характеристики
ном возбуждении:
a CkOfwcTMoA; б электротяговой
Такой способ построения скоростной характеристики тягового
электродвигателя не учитывает изменение падения напряжения в об-
мотках электродвигателя и изменение магнитного потока при увели-
чении тока якоря (в некомпенсированном двигателе). Если же учесть
эти изменения, то скоростная характеристика при ослабленном воз-
буждении будет несколько отличаться от найденной кривой. Однако
это расхождение небольшое и рассмотренный способ можно исполь-
зовать для приближенных расчетов. Для более точного пересчета
нужно использовать формулу (56).
Характеристики к. п. д. при полном и ослабленном возбуждении
тягового электродвигателя, как видно из рис. 32, а, пересекаются меж-
ду собой. В зоне больших токов нагрузки к. п. д. при ослабленном воз-
буждении выше, чем при полном, за счет меньших электрических по-
терь. При малых токах к. п. д. при ослабленном возбуждении ниже,
чем при полном, вследствие более высоких значений механических по-
терь, вызванных большей скоростью движения.
Силу тяги FКд ов при ослабленном возбуждении также определяют
по силе тяги при полном возбуждении ЕКд па (рис. 32. б). Сила тяги
при полном возбуждении Акя „„ и токе /д по уравнению (46), Н:
^кдп» / ~3.6L д /д ЧП11 I / ь'пк , , (58)
А А *1
где о . — скорость при токе /а и полном возбуждении, км/ч;
Л
г|по j — к. п. д. электровоза при токе (л и полном возбуждении.
Аналогично сила тяги при ослабленном возбуждении Енд о» и то'
Ке ов /дф. Н:
Г Д С 6'Д /д/fi .-Q.
Fxa ов /_/₽ ~3'6 _ %в /,/Р •
Д %В / /р 3
53
где ь’ов / ж — скорость при ослабленном возбуждении и токе /дли* /д Р,
хм ч;
Лои I /Ц ~ *• п- д- ПРИ тсх же условиях.
Поделив выражение (58) на выражение (59), получим
Лкдпя/ гов / ц 1..Z,
--------— р-------- — t
он /д р 1’п» /1 %/д/0
откуда
| ®п» /д ’•ов/д.'р
^кдпн/ р Р 7 ~ п ’ Гкдпн/ • I60!
л он /я ,.р Чип / ( я
Так как из выражения (57) следует, что скорость v„B при токе
/а примерно равна скорости vOB при токе /л 0. принимаем эти скорости
равными между собой и. пренебрегая разницей "в к. и. д. »]ов при /я р
но сравнению с г|„в при /ч, составляющей не более 1%, получаем про-
стую формулу для приближенных расчетов, Н,
*кдон/д,'0 * р ^кдпя/д’ (®В
Иными словами, сила тяги при ослабленном возбуждении в токе
якоря /др в I р раз больше силы тяги при полном возбуждении и токе
^л-
Кривую силы тяги ?ка пв при ослабленном возбуждении строят
следующим образом. Точку, расположенную на кривой силы тяги
^кд| пн при полном возбуждении, с координатами 1а1 и FK^t пв (точ-
ка с на рис. 32, б) переносят вправо до линии, соответствующей току
/я( пн Ли р. а затем перемещают ее вверх по линии /Я1 пв до зна-
чения силы тяги Гид, пв р (точка cj. Подобным образом находят дру-
гие точки (dj и т. д.) и. соединив их плавной кривой, получают харак-
теристику касательной силы тяги колесной пары при ослабленном
возбуждении (штриховая линия, проходящая через точки с,, dt). Эта
линия расположена ниже характеристики силы тяги при полном воз-
буждении. Для более точного построения характеристики при ослаб-
ленном возбуждении используют формулу (60).
На электровозах ВЛ 10 с тяговыми электродвигателями ТЛ-2К
и электровозах ВЛ8 и ВЛ23 с тяговыми электродвигателями НБ-406
предусмотрены четыре ступени ослабления возбуждения; р, = 0.75;
р2 0,55; ра. 0.43; р, 0,36. На электровозах ВЛ 22“ с тяговыми
электродвигателями ДПЭ-400 и электропоездах ЭР2 и ЭР1 с тяговыми
электродвигателями УРТ-110 две ступени; р, 0,67 и р2 0,50.
Электропоезда ЭР22 с тяговыми электродвигателями РТ-113 имеют
шесть ступеней ослабления возбуждения: р, 0,76; р2 0,60;
Р, 0,48: Р4 0,40; р5 0,33: р„ 0,29 (примерно)
Тяговую характеристику локомотива при ослабленном возбужде-
нии получают, перестраивая тяговую характеристику при полном воз-
буждении приближенным методом без построения промежуточных
электромеханических характеристик в следующем порядке. Возьмем
54
Рис. 33. Построение тяговой харак-
теристики при ослабленном нозбуж-
дении
F... В. Найдя ояддоугих то-
произвольную точку а на тяговой
характеристике электровоза или
моторвагонного поезда при полном
возбуждении, которой соответст-
вует скорость и, и сила тяги FKI 11В
(рис. 33).
В соответствии с приведенными
рассуждениями в режиме ослаблен-
ного возбуждении при гой же ско-
рости сила тяги всех электродвига-
телей Л|>( „„ возрастает до 0.
На рис. 33 показано перемещение
точки а вверх (по ординате) до точ-
ки Я|. соответствующей силе тяги
/•«1 »>< 0 «и Рассуждая ана-
логично. точку Ь. соответствующую
скорости иа и силе тяги FKi
нужно перенести в положение Ь,.
соответствующее силе тяги FHi ............ _ , ___________
чек и соединив их кривой, получают тяговую характеристику локомо-
тива при ослабленном возбуждении (штриховая линия, проходящая
через точки at. bt).
Для более сочного пересчета тяговой характеристики локомотива
используют электромеханические характеристики тяговых электро-
двигателей при ослабленном возбуждении, снятые в процессе испыта-
ния электродвигателей или пересчитанные с характеристик при пат-
ном возбуждении точным методом по формуле (60).
19. Процесс изменения скорости при изменении напряжения
и ослаблении возбуждения
Изменение напряжения на электродвигателе и ослабтение воз-
буждения вызывают изменение нагрузки, так как скорость движения
мгновенно измениться не может вследствие большой массы поезда
Рассмотрим влияние мгновенного увеличения напряжения на изме-
нение скорости поезда в случае движения по участку с постоянным пла-
ном и профилем пути.
Предпатожим, что тяговый электродвигатель работает при напря-
жении U.n. которому соответствует скоростная характеристика 1
(рис. 34). Установившийся режим его работы определяется неизменной
скоростью У|. током /;() и силой тяги 5КД[ (точки а и Ь). Установившая-
ся скорость движения по законам механики может быть тачадю в том
случае, когда сумма действующих сил на поезд равна нулю, или в на-
шем случае, когда сила тяги А’„д). умноженная на число сцепных осей,
уравновешивает силы сопротивления движению поезда. При устано-
вившейся скорости напряжение на тяговом электродвигателе в соот-
ветствии с формулой (32) уравновешивается э. д. с. и падением напря-
жения в его обмотках. При повышении напряжения до С/д4. которому
55
Рис. 34. Последовательность измене-
ния режимов работы тягового элек-
тродвигателя при скачкообразном
изменении напряжения
Рис. 35 Последовательность измене-
ния режимов работы тягового элект-
родвигателя при включении ослабле-
ния возбуждения
соответствует скоростная характеристика 2, нарушаются баланс на-
пряжения, э. д. с. и падения напряжения в обмотках электродвигаге
ля. В первый момент э. д. с. не изменяется, так как скорость движения
и магнитный поток остаются практически постоянными. Повышенная
разность между более высоким напряжением илг и неизменной э. д. с.
компенсируется увеличением тока /д. Такое увеличение тока вызывает
появление э. д. с. самоиндукции, которая также компенсирует в пере-
ходной период повышенную величину Uл — СФи.
На графике изменение режима работы тяговых электродвигателей
происходит по горизонтальной линии а а1 при неизменной скорости
и изменении тока с /Д1 до 1лг. При увеличении тока возрастает и маг-
нитный поток, а в соответствии с формулой (42) возрастает и сила тяги
с /-'„д! до FKat (от точки b до точки bt), нарушая равновесие сил, дей-
ствующих на поезд. Сила тяги превышает по значению силы сопротив-
ления, поэтому скорость движения начинает увеличиваться. Нараста-
ние скорости происходит во времени медленно по отрезку кривой
«10, характеристики 2. С повышением скорости движения снижается
ток /д и уменьшается сила тяги по кривой bxbt.
Нарастание скорости v и снижение силы тяги Гкд будут продолжать-
ся до нового установившегося режима, который наступит при равно-
весии сил тяги и сил сопротивления движению поезда. Такое равно-
весие будет при силе тяги, немного превышающей силу F^al, так как
сопротивление движению при большей скорости будет иметь несколь-
ко большее значение (подробно изменение сил сопротивления движению
рассматривается в главе 6). Новому установившемуся режиму соот-
ветствует сила тяги FHaa> FMai- При этом установится ток /д, и
скорость vt. Однако разница между силами и FKai, а следователь-
но, и между токами /д,и /Д1 незначительна. Поэтому практически мож-
56
но считать, что изменение напряжения в контактной сети вызовет из-
менение скорости, а сила тяги и ток тяговых электродвигателей будут
иметь первоначальное значение (до изменения напряжения). Если на-
пряжение на электродвигателях уменьшится, то процесс происходит
аналогично разобранному, но в сторону уменьшения скорости v.
Последовательность изменения режима работы тягового электро-
двигателя при ослаблении возбуждения показана на рис. 35. Работа
тягового электродвигателя при полном возбуждении протекает по
скоростной харак теристике / и характеристике силы тяги 3. Установив-
шийся режим работы электродвигателей соответствует точкам а и ft
и характеризуется скоростью и,. током /д, и силой тяги FKal. При по-
стоянном напряжении (7Д и ослаблении возбуждения режим работы
электродвигателя изменится. Включение параллельно обмотке воз-
буждения шунтирующего контура при практически неизменных ско-
рости движения и магнитном потоке вызывает уменьшение сопро-
тивления цепи тягового электродвигателя. Вследствие этого наруша-
ется баланс напряжения, э. д. с. и падения напряжения в обмотках,
что вызывает увеличение тока /Д1 до /д,. Изменение режима соответст-
вует переходу из точки а на характеристике полного возбуждения в
точку и, на кривой 2ослабленного возбуждения. Сила тяги электродви-
гателя возрастает до в точке ft, на кривой 4, соответствующей ос-
лабленному возбуждению.
Сила тяги Ендз, умноженная на число электродвигателей, будет
больше сил сопротивления движению, и поезд начнет увеличивать ско-
рость. С увеличением скорости ток электродвигателя, а следователь-
но, и магнитный поток уменьшатся и соответственно сила тяги снизит-
ся по характеристике 4. Новое равновесное состояние наступит в точ-
ке ft,. При этом силы сопротивления движению поезда, несколько воз-
росшие с увеличением скорости, уравновесятся силой тяги электро-
подвижного состава, равной Fидэ, умноженной на число электродви-
гателей. Силе тяги F кля соответствует ток /дя, а следовательно, и ско-
рость о, (точка а,).
Изменение скорости поезда, как уже указывалось, происходит
сравнительно медленно, и до момента установления новой скорости
обычно успевают измениться напряжение на электродвигателе, про-
филь пути и т. и. Поэтому установившийся режим работы тяговых
электродвигателей бывает очень редко. Чаще скорость движения или
увеличивается, или уменьшается в зависимости от профиля пути и
действий машиниста.
20. Пуск электроподвижного состава
Тяговые электродвигатели в период пуска должны обеспечить
плавное трогание, а затем разгон электроподвижного состава с раз-
личными ускорениями. Изменение схем соединения тяговых электро-
двигателей вызывает изменение напряжения слишком большими сту-
пенями и не обеспечивает плавный пуск. Поэтому на каждом соедине-
нии тяговых электродвигателей в их цепь включают пусковой реостат,
57
О — СФи
(63)
сопротивление которою можно изменять мелкими ступенями. Подве-
денное напряжение (см. рис. 27) уравновешивается э. д. с. тягового
электродвигателя и падением напряжения в его обмотках и в реостате,
В:
U Е । /я (г | Л).
где R - сопротивление реостата. Ом.
Так как э. д. с. Е СФв, выражение для скорости имеет вид:
У-/Д(г 1 R)
° ------ы------• <62’
Отсюда видно, что при одном и том же напряжении U, токе /д и
магнитном потоке Ф при большем сопротивлении реостата R устано-
вившаяся скорость получается меньше. Счедовательно, реостатные ха-
рактеристики v (/д) располагаются тем ниже, чем большее сопротив-
ление реостата R включено в цепь.
Из формулы (62) ток, А,
В момент трогания с места при v 0, а следовательно, и СФи = О
гок тягового электродвигателя, А, /а U/(R + г). Поэтому ток в
момент трогания определяется напряжением U и сопротивлениями ре-
остата R и обмоток тягового электродвигателя г.
При пуске сила тяги должна нарастать, по возможности, плавно,
без больших толчков. Поэтому сопротивление R реостата должно быть
подобрано так, чтобы обеспечить в первый момент небольшой ток элек-
тродвигателей и малую силу тяги Гкдля плавного нарастания натяже-
ния автосиепных устройств. Затем для увеличения тока, а значит, и
силы тяги сопротивление реостата нужно постепенно уменьшать.
Когда сила тяги превысит силы сопротивления движению, поезд нач-
нет двигаться с некоторым ускорением. С увеличением скорости дви-
жения в тяговом электродвигателе будет наводиться возрастающая по
значению э. д. с. Ток /я, как видно из выражения (63), а следовательно,
и сила тяги будут уменьшаться, вследствие чего ускорение движения
также уменьшится. Таким образом, при постоянном сопротивлении ре-
остата в цепи тяговых электродвигателей ускорение не будет постоян-
ным. Для получения постоянного ускорения нужно одновременно с
изменением скорости движения изменять и сопротивление так, чтобы
ток /д, а следовательно, и сила тяги FKa оставались постоянными.
Если обозначить ток при пуске через /Д||, то из выражения (62)
получим необходимое сопротивление реостата, Ом,
U — СФи
R —---------г. (М)
'ДН
Следовательно, при неизменных напряжении U, пусковом токе
/ди и магнитном потоке Ф зависимость сопротивления R реостата от
скорости v представляет собой прямую линию. Для построения этой
5В
зависимости нужно иметь две точки, которые
находят из следующих условий. В момент
трогания, когда скорость v 0. сопротив-
ление
(65)
Рис. 36. Зависимость из-
менения сопротивления
реостата от скорости
движения при постоян-
ном пусковом токе
W=67/au —г
Из этого выражения находят первуюточку
прямой R (v). Вторую точку находят при ско-
рости выхода на ходовую характеристику,
когда пусковой реостат должен быть выведен
из цепи, т. е, R 0.
В системе координат v и /я показана скоростная характеристика
тягового электродвигателя и указан пусковой ток /дп. Систему ко-
ординат R и и размещают во втором квадранте так, чтобы ось сопротив-
ления R реостата была направлена влево, как показано на рис. 36.
Сопротивление Rt реостата при скорости v 0 определяют по формуле
(65) и находят первую точку b искомой прямой. Вторая точка с нахо-
дится на оси v при скорости о,,. Прямая Ьс показывает, что для сохра-
нения постоянного значения тока /Д|, необходимо плавное уменьшение
сопротивления пускового реостата с увеличением скорости и.
Однако из-за больших мощностей тяговых электродвигателей и зна-
чительных токов пускового реостата осуществить плавное изменение
сопротивления R реостата нельзя. Поэтому на электроподвижиом со-
ставе применяют ступенчатый вывод отдельных секций реостата. Де-
лают это так: при уменьшении тока до какого-то значения выключают
ступень реостата. Тогда ток /д резко возрастает и вызывает соответст-
вующее увеличение силы тяги. Под действием повышенной силы тяги
скорость движения будет возрастать и одновременно будет увеличи-
ваться э. д. с. Последнее снова вызовет уменьшение тока. Для нового
повышения тока необходимо выключить следующую ступень реоста-
та и т. д.
Для плавного пуска и уменьшения колебаний силы тяги Екя и
тока /д нужно сопротивление реостата в цепи тягового электродвига-
теля уменьшать небольшими ступенями. При этом требуется большее
число ступеней пускового реостата, что усложняет электрические цепи
и увеличивает число контакторов. Поэтому на практике ступени пуско-
вого реостата рассчитывают, задаваясь током /дп (или максимальным
током электродвигателя /а ,„ач) и допустимыми изменениями тока при
переходе с одной ступени на другую, которые характеризуются ко-
эффициентом неравномерности пускового тока
*н ( G т»х~/дт|п) 1 (2/длЬ
(66)
где /дп1|п минимальный ток перед выключением ступени пускового реостата.
Средний ток при пуске
/дп ' ( /д max + /д ш|п)/2
(67)
Из выражений (66) и (67) находят значения /ат1п и /Д111ах (или
^Дп>1п И /Д11).
59
Коэффициент к„ для электровозов принимают равным 0,04 - 0,08.
Для электропоездов с ускорением до 0,4 0,5 м/с*, где допускается
большая неравномерность силы тяги и тока при разгоне, коэффициент
к„ берут больше — до 0,15, а при ускорении 0,6-0,7 м/с*— до
0,08 -0,10.
Обычно пусковой ток выбирают из условия использования наиболь-
шего допустимого тока тяговых двигателей или из условия реализа-
ции наибольшей силы тяги по сцеплению колес с рельсами. С учетом
работы тяговых электродвигателей в эксплуатации и необходимого за-
паса по надежной коммутации принимают /Д|| 1,3 4- 1,5/дч и со-
ответственно /д max = 1.5 Ч- 1,7/дч, где /дч — ток номинального ча-
сового режима электродвигателя, А.
В случае ограничения по сцеплению среднее значение силы тяги
определяют по формуле
^КД 11 100СтЛ(,я4’и.
где m„ltg — средняя нагрузка от колесной пары на рельсы;
— расчетный коэффициент сцепления.
Затем, пользуясь электротяговой характеристикой, определяют ток
/дп Для полученного значения FKan, а далее по заданному значению
к.< рассчитывают /д ,„ах и /Дгп,„.
Если задан коэффициент неравномерности силы тяги при пуске
«й. который имеет несколько большее значение, чем коэффициент не-
равномерности тока при пуске к,„ то максимальную и минимальную
силы тяги, Н, определяют по формулам:
^КД П»?Х = ^КДП (1 4" Кн): (68)
^кдпНп ^кдпО *«)•
Токи /д П1ах ,/д т1п, соответствующие этим силам тяги, определяют
по электротяговым характеристикам.
21. Расчет ступеней пускового реостата
и построение пусковой диаграммы
Расчет ступеней пускового реостата и построение реостатных ха-
рактеристик обычно выполняют графическим методом. В системе ко-
ординат v и /д наносят скоростную характеристику тягового электро-
двигателя — кривую mba (рис. 37) и отмечают значения пусковых то-
ков /д тах и /дтщ- По формуле (65) определяют сопротивления ре-
остата /?! и R2, соответствующие токам /я ,пах и /д П1|П при и = 0.
Значения этих сопротивлений откладывают на оси R (точки d н с).
Точки а' и ft' на оси v получают, снося влево значения скорости
при выходе на ходовую характеристику с токами /а „,ах и /д т|п
(точки а и ft). Прямая da’ соответствует изменению сопротивления R
реостата в зависимости от скорости v при неизменном токе /д тах, пря-
мая eft' — изменению R от скорости v при токе /д mtn.
Максимальный пусковой ток /д тах получают, включив в цепь
тягового электродвигателя реостат с сопротивлением Rt Если бы при
60
Рис. 37. Расчет сопротивления реостата
увеличении скорости сопротивление /? изменялось по линии da', то
скорость v изменялась бы по прямой а,а. Поскольку же сопротивление
/?! реостата не изменяется, а э. д. с. с возрастанием скорости увеличива-
ется. ток /л будет уменьшаться. Скорость при этом изменяется по кри-
вой ахЬг.
Точку bt находят следующим образом. Точку е пересечения вер-
тикальной линии de' с наклонной прямой cb', соответствующей току
!л min при скорости V,, переносим вправо до пересечения с вертикаль-
ной линией bxb (!л шц,). При уменьшении тока до /д П1|П машинист или
специальное реле выключит секцию реостата. Изменение сопротивле-
ния реостата происходит при практически неизменной скорости.
Оставшееся сопротивление пускового реостата должно быть таким,
чтобы ток не превысил значения /д „1ах. Это соответствует переходу из
точки Ьг в точку аг. Точке аг соответствует точка [, находящаяся на
прямой da' при скорости о,. Этой точке соответствует сопротивление
реостата, которое необходимо оставить в цепи тягового электро-
двигателя, чтобы ток в цепи был равен /д „,ах. Стедовательно, отрезок
ef, равный разности сопротивлений R, и /?3, соответствует ступени
пускового реостата, которую нужно вывести из цепи. Под действием
тока /д ,„ах скорость движения будет снова возрастать (кривая агЬ^.
Когда при скорости vt ток снизится до значения /д „,1п (точки g
и Ьд), сопротивление реостата снова уменьшается до значения /?<
(переход из точки g в точку Л); ток при этом возрастает до /д тах. При
скорости v3 и сопротивлении R; ток снова будет равен /дтш (точка
bj. В этот момент реостат можно совсем выключить. Ток возрастет до
шах и тяговый электродвигатель выйдет на ходовую (безреостатную)
характеристику в точке а. Таким образом, при построении реостатных
характеристик строят зависимости сопротивления R реостата от ско-
рости и при неизменных токах /д nigx (da) и /д тщ (cb'). Затем между
этими прямыми поочередно проводят вертикальные и горизонтальные
61
линии, начиная от точки d, соответствующей сопротивлению R при
токе / д л ж.
Скорости, при которых происходит вывод секций пускового рео-
стата (Up и4, и3 и т. д.), переносят в систему координат и и /д. Пересе-
чения горизонтальных линий с вертикальными, соответствующими то-
кам /д и /л „цп, дают точки, через которые проходят реостатные
характеристики.
В процессе построения ступеней реостата последняя горизонталь-
ная линия ka может оказаться на любой высоте между скоростями
и„ и иь, т. е. выход на ходовую характеристику может произойти не
при наибольшем токе и наименьшей скорости, а при каком-то про-
межуточном значении между /д тах и /д ,|1(п. При выполнении расче-
тов перемещение точки выхода на ходовую характеристику достигают
небольшим изменением колебаний пускового тока.
На практике построение ступенчатой линии def ... а' начинают
сверху с точки а . При этом чаще всего последняя вертикальная линия
оказывается между точками cud и, следовательно, сопротивление
реостата будет больше значения /?г Соответствующая ей скоростная
характеристика, очевидно, будет пересекать ось абсцисс (при и 0)
между токами /д Ш|П и /д шах. Увеличение сопротивления реостата
больше /?, допустимо, так как наибольшее сопротивление определяет
не разгон электроподвижного состава в зоне токов /д 111ах — /д тш,
а условия плавного трогания и маневровой работы, которые рассма-
триваются ниже.
Чтобы построить реостатные характеристики, двух точек при
/д шах и /д min недостаточно. Необходимые восемь—десять точек
находят построением при других токах. Например, на графике и(/д)
проводят вертикальную линию при токе /да, а в системе координат
R и v строят наклонную прямую т'п, соответствующую току /да,
тем же порядком, как и линии cb' и da'.
При сопротивлении /?, реостата и токе /дтщ скорость была ut.
Если дальнейшее движение будет продолжаться при этом сопротив-
лении реостата, то с увеличением скорости ток, очевидно, будет умень-
шаться. Проделав построения, аналогичные рассмотренным ранее,
определяют, что при токе /да и сопротивлении R} реостата скорость
равна и{ (точка bj). При сопротивлении R3 реостата (токе /яа) скорость
равна ui и т. д. Эти характеристики в области больших токов расхо-
дятся, а в области малых сближаются. Поэтому при больших токах,
для которых выполняют расчет ступеней реостата, выключение сек-
ции вызывает наибольшие броски тока, а следовательно, и силы тяги.
Кривые, характеризующие зависимость скорости движения и от
тока /я при различных сопротивлениях R реостата с указанием на
них перехода с одной позиции на другую при наибольших токах, назы-
вают пусковой диаграммой. Иногда на этой диаграмме указывают так-
же переход и при меньших токах.
Кроме ступеней реостата, полученных расчетом при заданном пус-
ковом токе, на электроподвижном составе предусматривают дополни-
тельные ступени, на которых пусковой ток имеет меньшие значения.
Эти ступени (Alt, называемые маневровыми, позволяют постепен-
62
но увеличивать силу тяги и плавно трогать электроподвижной состав
с места. Дополнительные ступени бывают необходимы и при переходе
с одной» соединения тяговых двигателей на другое в том случае, когда
во время переключений стоками, меньшими, чем /д |И)|„ могут возник-
нуть чрезмерно большие броски тока.
На электровозах делают четыре восемь маневровых ступеней
Сопротивление первой ступени реостата определяют из условий тро-
гания (при v 0) локомотива без состава на площадке с ускорением
Рис. ЗВ. Пускояаи диаграмма восьмиосноп» алекгроноза ВЛ10
63
0,4— 0,5 м/с*. На электропоездах с ускорениями 0,8—1,0 м с* при авто-
матическом пуске предусматривают обычно одну маневровую ступень,
сопротивление которой рассчитывают исходя из начального ускорения
при и О около 0,5—0,6 м/с*. Если ускорение не превышает 0,6 м с*,
то маневровые ступени на электропоездах не делают.
Остальные маневровые ступени определяют исходя из равномер-
ного деления интервала между током первой маневровой позиции
и током /д „11п при v 0 на допустимые колебания тока, равные
/д шах - /д ты- На первых маневровых ступенях некоторых электро-
возов включают ослабление возбуждения, чтобы уменьшить силу тяги
без увеличения сопротивления реостата.
Рассмотренный способ расчета ступеней пускового реостата и по-
строение пусковой диаграммы для одного тягового электродвигателя
можно использовать и в случае включения п последовательно соеди-
ненных и а параллельно соединенных тяговых электродвигателей. Со-
противление реостата. Ом.
nR;a. (70)
Если предусмотрено несколько схем соединения тяговых электро-
двигателей, то определение необходимых сопротивлений ступеней ре-
остата и построение пусковых диаграмм выполняют графическим ме-
тодом аналогично рассмотренному выше с учетом напряжения, при-
ходящегося на один электродвигатель.
Каждой ступени сопротивления реостата соответствует определен-
ная позиция рукоятки контроллера машиниста.
На рис. 38 приведена для примера пусковая диаграмма восьми-
осного электровоза ВЛ 10, имеющего 37 позиций и три соединения тя-
говых электродвигателей (С, СП и П). Позиции 16, 27 и 37-я без-
реостатные или ходовые, позиции с 1-й по 8-ю маневровые, пози-
ции 17 19-я и 28 ЗО-я переходные, которые уменьшают броски
тока при переходе с 16-й позиции на 17-ю и с 27-й на 28-ю в зоне ма-
лых нагрузок. Но эти переходные позиции вызывают уменьшение
тока, а значит, и силы тяги при разгоне с большими нагрузками тяго-
вых электродвигателей. Чтобы эти снижения силы тяги меньше влия-
ли на разгон поезда, обычно на этих позициях машинист не задержи-
вается, ускоренно переводя рукоятку контроллера на последующие по-
зиции, на которых можно получить большие токи и силу тяги.
22. Коэффициент пусковых потерь
Для оценки потерь энергии в реостате при пуске используют
коэффициент пусковых потерь к,„ равный отношению потерянной
в реостате энергии к электромагнитной энергии тяговых электродви-
гателей. Для его определения на графике наносят напряжение, э. д. с.
и падение напряжения в цепи тяговых электродвигателей в функции
времени (рис. 39. а). При пуске с неизменным током напряжение U
уравновешивается э. д. с. и падением напряжения в реостате и обмотках
тяговых электродвигателей. При среднем токе /ли
lwR | 1яиг.
64
Рис. 39. Распределение напряжения (а) и мощности (б) между тяговыми элект-
родвигателями и пусковым реостатом при разгоне
Если скорость равна нулю, то э. д. с. также равна нулю и
~ ДП 1“ ДП '
На графике рис. 39, а падению напряжения в реостате соответст-
вует отрезок db, а падению напряжения в обмотках тягового электро-
двигателя — Od.
Пуск тягового электродвигателя с неизменным током /дп, силой
тяги ?„д происходите небольшим изменением ускорения, которое мож-
но принять постоянным. При этом скорость v будет изменяться но за-
кону прямой линии
v~atn,
где а — ускорение, м/с*;
t„ — время пуска, с.
Пуск с неизменным по значению током, а следовательно, и магнит-
ным потоком вызовет изменение э. д. с. £ = СФо пропорционально
скорости движения, а значит, и времени, т. е. по закону прямой ли-
нии. По такому же закону будет возрастать напряжение на тяговом
электродвигателе, равное сумме э. д. с. и падения напряжения на его
обмотках. По окончании пуска через время tn реостат будет выведен
из цепи и напряжение на тяговом электродвигателе будет равно под-
веденному напряжению U — отрезку ае на рис. 39, а. Если из него
вычесть неизменное значение падения напряжения в обмотках тягово-
го электродвигателя /яаг отрезок ес — Od, то оставшийся отрезок
будет равен э. д. с. в конце пуска — ас. Следовательно, наклонная
линия Ос показывает изменение э. д. с. в период пуска, а линия de —
напряжение на тяговом электродвигателе. Падение напряжения на
реостате при пуске выразится разностью ординат линий be и de.
Если ординаты U и Е умножить на ток /яп, то получим распре-
деление мощностей при пуске тягового электродвигателя, как показа-
но на рис. 39, б, где 1Ляа подведенная мощность; 1'пг — электри-
3 Зак. зов 65
ческие потери мощности в обмотках тягового электродвигателя;
IgnR — потери мощности в пусковом реостате; Е/яп — электрома!
нитная мощность двигателя.
Произведение мощности на время составляет энергию, поэтому
площадь треугольника dbe в соответствующем масштабе характеризует
потери энергии в реостате, площадь четырехугольника Oder в соот-
ветствующем масштабе представляет собой потери электрической
энергии в обмотках тягового электродвигателя, а площадь треуголь-
ника аОс соответствует электромагнитной энергии тягового электро-
двигателя. Площадь четырехугольника ОЬеа характеризует энергию,
затраченную на пуск тягового электродвигателя.
Площадь треугольника dbe равна площади треугольника Оса, т. е.
потери энергии в пусковом реостате в этом случае равны электромаг-
нитной энергии тягового электродвигателя н коэффициент пусковых
потерь
SMhe
где SA — площадь треугольника.
Рассмотренные диаграммы распределения напряжения и мощности
(см. рис. 39, а и б) не учитывают механические и магнитные потери в
тяговом электродвигателе, потери в передаче. Также не принималось
во внимание изменение сопротивления движению с увеличением ско-
рости. Однако эти факторы мало влияют на распределение энергии за
период пуска и действительная диаграмма незначительно отличается
от построенной. Если все тяговые электродвигатели электроподвиж-
ного состава соединены постоянно последовательно или параллельно,
потери в реостате аналогично рассмотренному случаю будут равны
электромагнитной мощности (к„ 1) или половине от подведенной
энергии. Если же переключить электродвигатели с последовательно-
го на параллельное соединение, то потери в реостате снизятся.
В случае разгона электроподвижного состава, имеющего два тя-
говых двигателя, каждый из которых рассчитан для работы под на-
пряжением U, при последовательном соединении тяговых электродви-
гателей (рис. 40) ток, потребляемый из сети, равен /д„ и потребляемая
мощность равна U!лп. Для упрощения рассуждений примем электри-
ческие потери в обмотках электродвигателей равными нулю. Скорость
движения на последовательном соединении при выключенном реоста-
те будет равна половине скорости при параллельном соединении тя-
говых электродвигателей, так как напряжение на каждом электродви-
гателе t/д равно U/2. При равноускоренном движении разгон до этой
скорости займет половину полного времени разгона /п 2.
Энергия, затраченная на пуск, изображена прямоугольником
ОЬас (рис. 41), который прямая Оа делит на два треугольника. Площадь
треугольника ОЬа соответствует энергии, потерянной в реостате, пло-
щадь треугольника Оас — электромагнитной энергии при последо-
вательном соединении тяговых электродвигателей.
Далее разгон электроподвижного состава с пусковым током /Д1|
проводится на параллельном соединении тяговых электродвигателей
66
Рис. 40. Схемы соединения тяговых
электродвигателей:
и — после дона тельное; «—параллельное
Рис. 41. Диаграмма распределения
мощности при двухступенчатом пу-
ске
с включенным в цепь реостатом, который при дальнейшем разгоне бу-
дет постепенно выключаться. Во вторую половину пускового периода
к электроподвижному составу подведена мощность 2/Д1|47 (рис. 40, б).
В момент /„ 2 ордината ас (см. рис. 41) соответствует электромагнитной
мощное in тяговых машин, а ордината ad cd ас — потерям мощ-
ности в реостате, который включают в цепь тяговых электродвигате-
лей при переключении. В дальнейшем при разгоне потери в реостате
снижаются и к концу разгона становятся равными нулю. Следова-
тельно, площадь треугольника adg показывает потери энергии в рео-
стате при параллельном соединении тяговых электродвигателей, а
площадь трапеции cage соответственно характеризует электромагнит-
ную энергию тяговых электродвигателей.
Количество энергии, затрачиваемой на пуск электроподвижного
состава с переключением тяговых электродвигателей, выражено фигу-
рой Obudge Потери в реостате определяют как сумму площадей тре-
угольников ОЬа и adg. Электромагнитной энергии тяговых электро-
двигателей соответствует площадь треугольника Oge.
Таким образом, при пуске электроподвижного состава с переклю-
чением тяговых электродвигателей потери в реостате меньше и коэф-
фициент пусковых потерь
SAWxi -t S&adu 2 I
SA Oge 4 2
Потерн в этом случае в два раза меньше, чем при пуске без пере-
ключения тяговых электродвигателей.
На восьмиосных электровозах, работающих при напряжении в
контактной сети 3000 В, применяют три способа соединения тяговых
электродвигателей: последовательное, последовательно-параллельное
и параллельное. Диаграмма распределения мощности и энергии при
трехступенчатом пуске госьмиосного электровоза приведена на
рис. 42, а. В этом случае коэффициент пусковых потерь к„ равен при-
близительно 3/я, т. е. потери при трехступенчатом пуске восьмиосно-
го электровоза примерно в 2.7 раза меньше, чем при одноступенчатом.
3’ 67
Рис. 42. Диаграммы распределения мощности при трехступенчатом пуске вось-
миосного »лектровоза (а); шестиосного (б)
Аналогичная диаграмма для шестиосного электровоза при трехступен-
чатом пуске показана на рис. 42, б. Нетрудно видеть,что кп в этом слу-
чае равен */3.
Таким образом, пуск тяговых электродвигателей с переключени-
ем их соединения выгоден из-за уменьшения потерь в реостате. Кроме
того, переключение электродвигателей дает возможность получить до-
полнительные ходовые (безреостатные) позиции электроподвижного со-
става. Однако силовые цепи при этом усложняются. Практически на
электровозах предусматривают до трех соединений электродвигателей,
а на электропоездах —до двух.
23. Импульсное регулирование напряжения
Включение реостата при пуске приводит к потерям электрической
энергии, особенно заметным на электропоездах в пригородном движе-
нии при большом числе остановок, где они составляют 12 15% об-
щих затрат на тягу поездов.
Эти потери можно значительно уменьшить, если использовать сис-
тему безреостатного пуска — импульсное регулирование подведенного к
тяговым электродвигателям напряжения, среднее значение которого
можно плавно изменять. При этом способе на тяговые электродвигате-
ли подают полное напряжение контактной сети кратковременными им-
пульсами. Схема электроподвижного состава с импульсным регулиро-
ванием рассматривается при изучении устройства электровозов и элект-
ропоездов, поэтому здесь отметим лишь, что в цепь тягового электро-
двигателя ,М (рис. 43) включают индуктивность L, в которой должна
запасаться энергия, и тиристорный ключ ТК — специальное устройст-
во на тиристорах, с помощью которого подаются и снимаются кратко-
68
временные импульсы напряжения контактной сети. Параллельно тя-
говому электродвигателю и индуктивности L включен полупроводнико-
вый вентиль До. На входе установлен фильтр, состоящий из индуктив-
ности и емкости Сф.
Если открыть ключ ТК, то по цепи через индуктивность L и обмот-
ки тягового электродвигателя пойдет нарастающий ток /д. Если бы
при трогании поезда напряжение прикладывалось в течение длитель-
ного времени, то ток /д достиг бы очень большого значения из-за боль-
шого приложенного напряжения и малого сопротивления цепи. Но
через короткий промежуток времени напряжение ключом ТК снимается
и ток из контактной сети прерывается. Однако через тяговый элект-
родвигатель ток продолжает проходить за счет электромагнитной энер-
гии. накопленной в индуктивности L, замыкаясь через полупроводни-
ковый вентиль До. Этот ток снижается и, если бы снова не было подано
напряжение, он бы упал до нуля. Но через короткий промежуток вре-
мени ключ ТК снова открывается и ток /д под действием напряжения
сети начинает возрастать.
На рис. 44 показаны изменения напряжения U и тока во времени в
каждый период Т. В течение времени tt — tt тиристорный ключ открыт,
на тяговый электродвигатель и индуктивность L подается напряжение,
вследствие чего ток /д возрастает. Затем в течение времени 1г — tt ти-
ристорный ключ ТК закрыт, ток /д снижается. Затем цикл повторяется
в следующем периоде. Из сравнения рис. 44, а и б видно, что среднее
напряжение на тяговом электродвигателе (/дср изменяется в зависи-
мости от соотношения времени открытого ключа ТК к периоду Т. Чем
больше это отношение, тем больше Uacp. В пределе, когда ключ ТК не
будет закрываться, напряжение </ДСр будет разно напряжению сети
(потерями напряжения в тиристорах ключа ТК и в катушках индуктив-
ности пренебрегаем).
Следовательно, изменяя время ta выключения цепи, тиристорным
ключом ТК можно регулировать среднее напряжение на тяговом элект-
родвигателе. Этот метод регулирования напряжения называют широт-
но-импульсным. Существует также частотно-импульсный метод ре-
гулирования напряжения, при котором время /, — tt остается неизмен-
ным, а изменяется период Т (или ча-
стота).
В связи с тем что момент времени за-
крытия /2 тиристорного ключа ТК можно
изменять плавно, среднее напряжение
на тяговом электродвигателе, а следова-
тельно, и скорость движения электро-
подвижного состава регулируют также
плавно.
В системе импульсного регулирова-
ния тяговые электродвигатели работают
при пульсирующем токе (см. рис. 44).
Вследствие большой частоты импульсов
эти пульсации тока невелики.
Рис. 43. Упрощенная схема им-
пульсного регулирования на-
пряжения
69
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
Рис. 44. Изменение напряжения и тока при импульсном регулировании:
и — при меньшем времени открытого состояния, д при большем
В отличие от реостатного пуска при импульсном регулировании ток
не изменяется от минимального до максимального значения, а может ос-
таваться постоянным благодаря плавному изменению напряжения.
Поэтому на пусковой диаграмме показывают область, в которой рас-
полагаются характеристики при любом промежуточном значении на-
пряжения.
Систему импульсного регулирования используют также для плав-
ного изменения сопротивления пускового реостата между ступенями
и бесступенчатого регулирования ослабления возбуждения. В первом
случае тиристорный ключ включается параллельно ступеням реостата,
во втором случае — параллельно обмоткам возбуждения тяговых элект-
родвигателей.
24. Электромеханические и тяговые характеристики
при разных уровнях напряжения и возбуждения
Электромеханические характеристики тяговых электродвигателей
и тяговые характеристики электроподвижного состава приводят при
разных уровнях напряжения на тяговых электродвигателях при пол-
ном и всех ступенях ослабления возбуждения, предусмотренных на
электровозе или моторном вагоне (ходовые характеристики). Реостат-
ные характеристики на них не показывают.
На тяговые характеристики наносят ограничивающие линии, соот-
ветствующие наибольшим допустимым скоростям движения и наиболь-
шим значениям силы тяг и по току тяговых электродвигателей (по ус-
ловиям нормальной коммутации) или по условиям сцепления колес с
рельсами.
Электромеханические характеристики тягового электродвигателя
ТЛ-2К и тяговые характеристики восьмиосных электровозов ВЛ 10,
ВЛ10> приведены на рис. 45 и 46. Как видим, эти электровозы имеют
70
но три соединения тяговых электродвигателей и на каждом соедине-
нии предусмотрено, кроме полного (ПВ), по четыре ступени ослабле-
ния возбуждения (ОВ1—ОВ4).
Характеристики в зоне наибольших скоростей движения огра-
ничены конструкционной скоростью (100 км/ч для электровоза
ВЛ 10). Для ботее полного использования мощности и сцепного веса
локомотива нужно развивать по возможности большие силы тяги. На
этих электровозах они ограничены сцеплением колес с рельсами. При
переходе с одной реостатной позиции на следующую возникают броски
тока, а следовательно, и силы тяги от FH с„ „11п до ец (рис. 46, а). На
тяговых характеристиках эти значения при разгоне показаны тонкими
линиями, расположенными выше и ниже линии ограничения по сцепле-
нию. В расчетах используют линию HS, соответствующую средним зна-
чениям силы тяги по сцеплению FKCU, определяемой по формулам
(7) и (14).
Если взять силы тяги /•'„ сп при различных скоростях, поделить их
на число тяговых электродвигателей и по кривым Fwl (/д) (см. рис. 45)
определить токи /д, то получим линию СД, характеризующую средние
токи электродвигателей при различных скоростях в период разгона
После выхода в точку S (см. рис. 46, а) в расчетах учитывают работу
по характеристике полного возбуждения с последующим переходом на
Рис. 45. Электромеханические характеристики тягоного электродвигателя
ТЛ-2К
71
характеристику ослабленного возбуждения при неизменной скорости
движения по вертикальной линии. Если на характеристику ОВ1 пере-
ходить при скорости меньшей, чем в точке В, то окажется, что после
перехода при неизменной скорости сила тяги будет больше FKenmio и
вероятно возникновение боксования колесных пар. Наиболее целесооб-
разен переход из точки В в точку С, соответствующую FHCUm„- Пере-
ход при большей скорости приведет к недоиспользованию мощности
и силы тяги локомотива, так как на характеристике 0В1 сила тяги реа-
лизуется больше, чем на характеристике ПВ (при одинаковых скоро-
стях движения). Далее работа идет по характеристике OBI на отрезке
CD; из точки D переход на характеристику 0В2 в точку Е и т. д. до
Рис. 46. Тяговые характеристики электровозов
72
точки Р. При более высоких скоростях расчет ведут по характеристике
ОВЗ. Последнюю характеристику 0В4 при наименьшем значении 0 в
расчетах не учитывают; ее оставляют в резерве для использования ма-
шинистом, например при нагоне опоздания. В расчетах использование
ослабления возбуждения на С и СП также нс учитывают, хотя на прак-
тике машинисты их широко применяют. Для более точного определе-
ния скоростей переходов, сил тяги и токов характеристики дополняют
таблицей переходов (табл. 6).
В соответствии с табл. 6 на скоростные характеристики (см. рис. 45)
нанесены линии переходов на характеристики 0В1 — 0В4 и изменения
при этом тока /а.
ВЛ10 (о) и ВЛ10» (б)
73
Таблица 6
Переход 14 км/ч Г». кН /а. А
С ПН на ОВ1 48,5 398.3—518,0 495—620
С OBI на ОВ2 52 397.3—508,2 515-667
С ОВ2 на ОВЗ 56 394,4—474.8 570-695
С ОВЗ на ОВ4 59,5 399.3—470,9 610- 725
Для упрощения расчетов на практике не учитывают изменения силы
тяги при переходе на характеристики ослабленного возбуждения, а за-
меняют их средними значениями (линия ST на рис. 46). Таким образом,
для определения сил тяги используют при разгоне ограничивающую
линию АТ по сцеплению колес с рельсами до предпоследней тяговой
характеристики ОВЗ параллельного соединения групп тяговых элект-
родвигателей и далее берут силы тяги по этой характеристике. На тя-
говых характеристиках электровоза ВЛ10у (рис. 46, б) за счет большей
его массы ограничивающая линия расположена выше, чем на характе-
ристиках электровоза ВЛ 10.
На пассажирских электровозах и электропоездах наибольшая сила
тяги ограничивается током, при котором не нарушается надежная ком-
мутация тяговых двигателей. В случае превышения наибольшего до-
пустимого тока /Птах возможно образование кругового огня по кол-
лектору. На рис. 47 приведены тяговые характеристики пассажирс-
кого шестиосного электровоза ЧС2Т. Этот электровоз имеет три схемы
соединения тяговых электродвигателей и по пять ступеней ослабления
возбуждения на каждом соединении. Средняя сила тяги при пуске ог-
раничивается током /д „ - 820 А. При работе с полным возбуждением
ограничивающая линия AS горизонтальна. Переходы на характерис-
тики ослабленного возбуждения вызывают броски сил тяги до значе-
ний, соответствующих току /д ,nav С переходом на позиции более глубо-
кого ослабления возбуждения при одинаковых токах Iл„ снижается
сила тяги в связи с уменьшением магнитного потока (F„ д • 3,6 СФ/Я—
- AF). Поэтому току /Д|| соответствует наклонная линия ST. Пико-
вые значения силы тяги при переходах также снижаются.
У восьмиосных грузовых электровозов ВЛ8 (рис. 48) ограничива-
ющие линии по току (коммутации) и сцеплению пересекаются. Ограни-
чение по коммутации показано при токе /Д1| 510 А линией ABD,
по сцеплению линией KL (Ftl сц). Из двух ограничений берут то, при
котором может быть реализована меньшая сила тяги. Таким образом
при скоростях от 0 до 9,3 км/ч действует ограничение по току коммута-
ции, далее по сцеплению до выхода на характеристику ПВ. При пере-
ходе на характеристику OBI и при более высоких скоростях на харак-
теристики ОВ2, ОВЗ снова действует ограничение по току коммутации
Электрифицированные железнодорожные линии постоянного тока
обслуживают следующие электровозы: на грузонапряженных участках
с тяжелым профилем восьмиосные грузовые электровозы ВЛ 10; ВЛ10>
с повышенной массой 200 т вместо 184 т и соответственно большей на
~4
грузкой от осей на рельсы; ВЛ11, способные работать в три и четыре
четырехосные секции (12 или 16 движущих колесных пар) при управ-
лении с одного поста по системе многих единиц. На электровозах ВЛ)1
последовательное соединение тяговых электродвигателей в рабочих ре-
жимах не используется. На всех этих электровозах установлены тяго-
вые электродвигатели типа ТЛ-2К номинальной мощностью часового
режима 670 кВт. Работают также восьмносные грузовые электровозы
ВЛ8 с восемью тяговыми электродвигателями типа НБ-406 мощностью
часового режима 525 кВт. Все восьмиосные электровозы имеют реку-
перативный тормоз. На более легких участках используют грузовые
шестиосные электровозы ВЛ23 с тяговыми электродвигателями НБ-406
и шестиосные грузовые электровозы ВЛ22М с тяговыми электродвига-
телями ДПЭ-400 мощностью часового режима 400 кВт.
В дальнем пассажирском движении используются шестиосные
электровозы ЧС2Т с шестью тяговыми электродвигателями AL4846dT
мощностью часового режима 770 кВт, оборудованные реостатным тор-
мозом, и шестиосные электровозы ЧС2 с тяговыми электродвигателями
AL4846eT мощностью часового режима 700 кВт.
Находится в эксплуатации скоростной пассажирский восьмиос-
ный электровоз ЧС200с тяговыми электродвигателями типа АБ4741ДТ
мощностью часового режима 1050 кВт, рассчитанный на наибольшую
скорость в эксплуатации 200 км/ч.
Рис. 47. Тяговые характеристики электровоза ЧС2*
75
Рис. 48. Тяговые характеристики электровоза ВЛ8
В пригородном движении работают электропоезда ЭР2 и ЭР1,
состоящие из пяти или шести секций, каждая из которых содержит один
моторный и один прицепной вагоны длиной по 19,6 м (из которых два
головных с обтекаемыми очертаниями). На каждом моторном вагоне
установлено по четыре тяговых электродвигателя мощностью часового
режима 200 кВт каждый.
Используются (небольшое число) электропоезда ЭР22В, состоящие
из четырех моторных и четырех прицепных вагонов длиной по 24,5 м.
На каждом моторном вагоне установлено по четыре тяговых электро-
двигателя мощностью часового режима 220 кВт. Эти электропоезда
оборудованы рекуперативно-реостатным тормозом. На линии Москва—
Ленинград эксплуатируется скоростной электропоезд ЭР200, рассчи-
танный на наибольшую скорость 200 км/ч и оборудованный реостат-
ным и электромагнитным тормозами (помимо механического колодоч-
ного тормоза).
76
ГЛАВА 4
ХАРАКТЕРИСТИКИ
ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА
ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
25. Общие сведения
Электрическая тяга на постоянном токе с напряжением в контакт-
ной сети 3000 В сыграла большую роль в повышении пропускной и про
возной способности, особенно на наиболее тяжелых и грузонапряжен-
ных линиях.
Однако с ростом грузовых и пассажирских перевозок эта система
оказалась недостаточно эффективной из-за сравнительно низкого на-
пряжения. При этом электроподвижной состав потребляет большие
токи и, чтобы потери энергии небыли чрезвычайно большими, необхо-
димо иметь большую площадь сечения проводов контактной сети и рас-
полагать тяговые подстанции на коротких расстояниях одна от дру-
гой— в пределах 10- 25 км. Поэтому в нашей стране наряду с си-
стемой постоянного тока все шире применяется более перспектив-
ная система однофазного переменного тока промышленной частоты
(50 Гц) с напряжением в контактной сети 25000 В.
Передача электрической энергии от тяговых подстанций к элект-
роподвижному составу под напряжением 25 000 В вместо 3000 В при
системе постоянного тока позволяет снизить токи, потребляемые элект-
ровозами и электропоездами, а следовательно, уменьшить площадь
сечения проводов контактной сети и увеличить расстояние между
тяговыми подстанциями до 40—60 км при одновременном их упро-
щении.
На электроподвижной состав однофазного тока устанавливают спе-
циальное оборудование для преобразования напряжения и тока и ре-
гулирования напряжения. Наибольшее распространение получил
электроподвижной состав со статическими преобразователями и тяго-
выми электродвигателями постоянного (пульсирующего) тока. На
электровозе или моторном вагоне этого типа устанавливают преобра-
зователь, состоящий из трансформатора, понижающего напряжение
контактной сети 25 000 В до нужного значения, и выпрямителя, преоб-
разующего переменный ток в постоянный пульсирующий, которым и
питаются тяговые электродвигатели. В качестве статических преобра-
зователей переменного тока в постоянный используются полупроводни-
ковые вентили.
В настоящее время проводятся работы по использованию бескол-
лекторных тяговых электродвигателей: асинхронных и вентильных.
• При использовании асинхронных тяговых двигателей на электропод-
вижном составе должен быть статический преобразователь фаз (с од-
ной на три) и статический преобразователь частоты для регулирования
скорости движения.
77
Вентильный тяговый двигатель является электродвигателем посто-
янного тока, в котором роль коллектора по коммутации тока выполня-
ет вентильный преобразователь, устанавливаемый в кузове электро-
подвижного состава.
В статических преобразователях фаз и частоты и в вентильном при-
меняют управляемые полупроводниковые вентили тиристоры.
Бесколлекторные тяговые электродвигатели должны повысить на-
дежность работы электроподвижного состава и снизить затраты на
обслуживание, так как упрощается уход за тяговым электродвигате-
лем и исключается серьезный недостаток коллекторных электродвига-
телей — возникновение кругового огня по коллектору.
Бесколлекторные тяговые электродвигатели имеют значительно
меньшие габариты на единицу мощности. Поэтому в сжатых габаритах
электроподвижного состава можно разместить бесколлекторные тяго-
вые электродвигатели мощностью около 1000—1500 кВт на каждую
колесную пару. Это в 1,5—1,7 раза больше мощности тяговых элект-
родвигателей постоянного тока.
Линии, электрифицированные на переменном токе, обслуживают
электровозы и электропоезда различных серий. На грузонапряженных
участках с тяжелым профилем работают восьмиосные электровозы
ВЛ80р, ВЛ80с, ВЛ80т, ВЛ80к с тяговыми электродвигателями НБ-
4I8K мощностью 790 кВт. Электровозы ВЛ80₽ имеют рекуперативный
электрический тормоз, электровозы ВЛ800 и ВЛ80т оборудованы рео-
статным электрическим тормозом. На более легких участках применя-
ют шестиосные электровозы ВЛ60* с тяговыми электродвигателями
НБ-412К мощностью 775 кВт.
В дальнем пассажирском движении используются шестиосные элект-
ровозы ЧС4Т, ЧС4 и ВЛ60п*. Электровоз ЧС4Т оборудован реостат-
ным тормозом. На некоторых стыковых участках постоянного и пере-
менного тока работают грузовые электровозы на два рода тока: вось-
миосные ВЛ82 и ВЛ82“. Пригородные линии обслуживают электро-
поезда переменного тока серии ЭР9П, имеющие одинаковое механичес-
кое оборудование с электропоездами ЭР2.
26. Внешние характеристики преобразовательной установки
На рис. 49 показана упрощенная схема электроподвижного состава
переменного тока.
Тяговый трансформатор Тр служит для снижения напряжения кон-
тактной сети UD = 25 000 В до значения, необходимого для работы тя-
говых электродвигателей. В выпрямителе В переменный ток преобра-
зуется в постоянный пульсирующий ток. Пульсации тока ухудшают
коммутацию тяговых электродвигателей. Поэтому в цепь выпрямлен-
ного тока /в включают сглаживающий реактор СР. уменьшающий
пульсации тока до ±-0,25 /в.
Степень сглаживания пульсирующего тока оценивают коэффици-
ентом относительной пульсации кио, равным отношению пульсаций
тока к постоянной составляющей выпрямленного тока. При пульсации
тока в пределах ±0,25 /„ коэффициент к„о — 0,5.
78
Тяговые электродвигатели .И/
и М2 и т. д. на электровозах вклю
чают между собой параллельно. На
электропоездах их включают иногда
п осл едовател ьно-11 а ра ллел ьно (на-
пример, на электропоездах ЭР9П).
При этом выпрямленный ток
* »/д- (7П
где а — число параллельных ветвей тя-
говых электродвигателей, под-
ключенных к выпрямителю.
Рис. 49. Упрощенная электрическая
схема электроподвижного состава пе-
ременного тока
Кроме включения сглаживающего реактора, уменьшение пульса-
ции магнитного потока, необходимое для улучшения коммутации тяго-
вого электродвигателя и снижения магнитных потерь, достигают сни-
жением пульсаций тока в обмотке возбуждения благодаря постоянно-
му включению параллельно ей резистора гш, имеющего незначительное
индуктивное сопротивление и большое активное сопротивление.
Если условно разложить пульсирующий выпрямленный ток на пере-
менную и постоянную составляющие, то переменная составляющая
пульсирующего тока замыкается в основном через шунтирующий резис-
тор, имеющий значительно меныпее индуктивное сопротивление, чем
обмотка возбуждения, а постоянная составляющая — в основном через
обмотку возбуждения, имеющую активное сопротивление значитель-
но меньшее, чем шунтирующий резистор гш.
В связи с включением постоянного резистора гЛ| тяговые электро-
двигатели электроподвижного состава переменного тока работают не
при полном возбуждении, а при так называемом нормальном возбуж-
дении (НВ), которому соответствует 0 0,92—0,97.
Напряжение на тяговых электродвигателях регулируют, воздей-
ствуя на коэффициент трансформации трансформатора путем измене-
ния ступенями числа витков обмоток трансформатора Такие ступени
напряжения па тяговых электродвигателях называют ступенями регу-
лирования.
На отечественном электроподвижном составе используют регули-
рование на стороне низшего напряжения трансформатора (система низ-
ковольтного регулирования), при котором вторичная обмотка транс-
форматора секционирована и можно включать разное число витков.
На электровозах ЧС4 и ЧС4Т, получаемых из ЧССР, применено регули-
рование на первичной стороне тягового трансформатора (система высо-
ковол ьтного регул и рова н и я).
Напряжение на преобразовательной установке не остается постоян-
ным, а изменяется в зависимости от тока нагрузки. С увеличением то-
ка тягового электродвигателя, а следовательно, и выпрямленного тока
выпрямленное напряжение уменьшается вследствие увеличения перио-
да коммутации тока в вентилях выпрямителя, увеличения падения на-
пряжения в обмотках трансформатора и сглаживающего реактора, а
также в вентилях
79
Напряжение на тяговых электродвигателях или выпрямленное на-
пряжение
Ь’в=Ь'в.-(х х+ /?ов) />-Д</.ент. (72)
где U&) — выпрямленное напряжение при холостом ходе (/„ 0), В;
X — коэффициент, учитывающий влияние пульсаций выпрямлен-
ного тока на реактивное падение напряжения трансформатора
(при кп0 = 0,5 коэффициент X 1.J);
X — индуктивное сопротивление обмоток трансформатора. Ом;
/?об — общее активное сопротивление преобразовательной установки,
приведенное к вторичной обмотке тягового трансформатора. Ом;
Д^вент — падение напряжения в вентилях, В.
Выпрямленное напряжение при холостом ходе, В,
2 Vi
1'*=--------- 1/«=0.91/д, (73,
я
где Ut — напряжение на вторичной обмотке тягового трансформатора, В.
Индуктивное сопротивление X обмоток трансформатора зависит от
индуктивной составляющей напряжения короткого замыкания 1/Х1Н
выражаемой в процентах от номинального напряжения трансформато-
ра; обычно 1/хи = Юч-14%.
Индуктивное сопротивление. Ом,
^хн ('»'< 100/вН),
где 1вн — номинальный выпрямленный ток. А, равный номинальному току
тягового электродвигателя, умноженному на число параллельно
включенных двигателей по формуле (71).
Общее активное сопротивление преобразовательной установки при
мостовой схеме выпрямления
Rod v(ff,/K»-| R,)^ | /?ер
где/?!./?а — активные сопротивления соответственно первичной и вторичной
обмоток трансформатора. Ом;
кт — коэффициент трансформации тягового трансформатора;
K^UelUt^,9UeIU^-. (74)
Rep — активное сопротивление сглаживающего реактора, Ом;
v — коэффициент, учитывающий, что и период коммутации активное
падение напряжения не действует в цепи выпрямленного тока и
его составляющая не входит в сумму падения выпрямленного напря-
жения. В практических расчетах коэффициент v принимают не-
зависящим от выпрямленного тока и при напряжениях короткого
замыкания трансформатора 10—15% номинального V — 0,7;
кНэф — коэффициент эффективности выпрямленного тока, равный отноше-
нию эффективного (действующего) значения выпрямленного тока
к его среднему значению:
к в эф 1 в эФ*1 7 - _______175)
Он зависит от степени сглаживания выпрямленного тока: квэф = |' j 4. 0,13кпо;
при к|1О — 0,5 коэффициент 1,04.
«эф — коэффициент эффективности переменного тока, определяемый от-
ношением эффективного значения тока вторичной обмотки транс-
форматора к выпрямленному току: кэф = /»//». Он зависит от ко-
эффициента относительной пульсации: к.,ф ~ 0,88-f-0,18к1|О; при
*по = 0,5 к|ф = 0,94.
80
Падение напряжения Л(7Ь(11Т на силовом полупроводниковом крем-
ниевом вентиле типов ВЛ200, В200, ВЛ320 составляет при номиналь-
ных нагрузках тяговых электродвигателей не более 0,7 В. С измене-
нием нагрузки падение напряжения на вентиле изменяется, но незна-
чительно, поэтому в расчетах его принимают постоянным, равным 0,5—
0,6 В.
В связи с тем что падение напряжения групп последовательно вклю-
ченных вентилей по сравнению с номинальным напряжением на тяго-
вых электродвигателях незначительно, в расчетах им иногда пренебре-
гают. В выражении (72) величину
2
А ~ Х-|-Лоб = /?э (76)
называют эквивалентным сопротивлением преобразовательной уста-
новки, Ом. Тогда выражение для выпрямленного напряжения. В,
— Ralf (77)
Для расчета удобно эквивалентное сопротивление преобразователь-
ной установки Ra привести к току одного тягового электродвигателя.
Ом: R'3 — aRa. Тогда выпрямленное напряжение, В,
—R3 I ц А^'вент- (78)
Если известны параметры трансформатора, сглаживающего реак-
тора и коэффициент трансформации, по формулам (72), (77) или (78)
можно определить зависимость изменения выпрямленного напряжения
от тока нагрузки тягового электродвигателя или преобразовательной
установки. Зависимость выпрямленного напряжения от тока тягового
электродвигателя (или от выпрямленного тока) на каждой ступени ре-
гулирования при номинальном напряжении контактной сети называют
внешней характеристикой преобразовательной установки. Электропод-
вижной состав имеет несколько внешних характеристик. Каждая из
них пронумерована и соответствует определенной ступени регулирова-
ния напряжения.
Внешнюю характеристику, соответствующую высшей ступени ре-
гулирования напряжения, называют номинальной. На этой характе-
ристике находится точка номинального напряжения на тяговых двига-
телях ия„, соответствующая номинальному току нагрузки, и точка на-
пряжения иво„ (рис. 50) при холостом ходе (/„ «= 0).
Выражения (77) или (78) показывают, что внешняя характеристика
при неизменной величине Ra или R3 является прямой линией. Угол ее
наклона зависит от эквивалентного сопротивления, на которое наиболь-
шее влияние оказывает индуктивное сопротивление X обмоток тягового
трансформатора. В связи с тем что при регулировании выпрямленного
напряжения изменением числа включенных витков обмоток трансфор-
матора величина Ra или R3 изменяется, углы наклона внешних харак
теристик, соответствующих разным ступеням регулирования напряже-
ния, также изменяются.
Отечественные электровозы ВЛ80с, ВЛ80т, В Л 80* и ВЛ60* имеют
регулирование со стороны низшего напряжения и встречно-согласное
81
преобразовательной установки элект-
ропоезда ЭР9П
Рис. 50. Внешние характеристики
преобразовательной установки элскт
ровозов ВЛ80г, ВЛ80т, ВЛ80’
включение полуобмоток трансформатора. Верхняя и нижняя характе-
ристики (см. рис. 50) имеют больший угол наклона , так как на пози-
циях, которым они соответствуют, включены все секции обмотки тран-
сформатора и, следовательно, значения X и наибольшие. Средние
характеристики имеют меньший наклон из-за меньшего числа включен-
ных секций обмотки трансформатора. В случае регулирования напря-
жения со стороны высшего напряжения трансформатора наиболее по-
логими являются внешние характеристики на начальных и наивысших
ступенях регулирования. Характеристики средних позиций имеют
больший угол наклона.
На электропоездах ЭР9П применено регулирование напряжения на
вторичной стороне трансформатора без использования встречно-сог-
ласного включения обмоток. Поэтому здесь на более высоких ступенях
регулирования включается большее число витков обмотки трансфор-
матора и внешние характеристики (рис. 51) имеют больший наклон по
сравнению с характеристиками низших ступеней регулирования. Ис-
ключение составляет маневровая ступень 1М, на которой в цепь тяго-
вых электродвигателей включен резистор для ограничения тока, а сле-
довательно, и силы тяги в первый момент пуска (с целью ограничения
ускорения поезда).
27. Характеристики тяговых электродвигателей
при питании через преобразовательную установку
Снижение выпрямленного напряжения с увеличением нагрузки вы-
зывает изменение скоростных характеристик тягового электродвига-
теля. Только при номинальном токе электродвигателей подводимое к
ним выпрямленное напряжение имеет номинальное значение. При на-
грузках, меньших номинальной, напряжение будет выше номинального,
а следовательно, будет выше и скорость движения по сравнению со ско-
82
характе-
установ-
Рис. 52. Влияние внешней
рнстикн преобразовательной
кн на характеристики тяговых элект-
родвигателей
ростыо при номинальном напряже-
нии. При нагрузках выше ном и
нальнон напряжение и скорость
будут ниже, чем при номинальном
напряжении.
При параллельном соединении
тяговых электродвигателей на элек-
троподвижном составе напряжение,
подведенное к каждому электродви-
ателю ия, равно напряжению Un.
Если известна скоростная харак-
еристика 4 (рис. 52), снятая при
1еизмснном напряжении U№„ (пря-
мая /) на электродвигателях с уче-
том постоянного ослабления воз-
зуждения (при нормальном возбуж-
№нии), то характеристику при из-
меняющемся напряжении всоответ-
твии с внешней характеристикой 2 преобразовательной установки
•троят следующим образом. При номинальном токе /я.,, а следователь-
ю, н /Нц тяговый электродвигатель находится под напряжением Uи„ и
жоростная характеристика проходит через точку А При токе нагруз-
ки /л) </ди, которому соответствует ток /В|</и(1, напряжение
L/„i оказывается больше, чем U„„. При более высоком напряжении ско-
рость движения будет выше (точка В, вместо точки В). При токе /м
;или /д2) большем, чем /вн, напряжение Uet на внешней характеристи-
ке 2 окажется ниже и скорость также будет ниже (точка С, вместо
С). Аналогично можно найти точки при других токах и через получен-
ные точки провести скоростную характеристику (кривая 5) при измене-
нии напряжения по закону внешней характеристики 2. Расчет обычно
выполняют аналитически. Скорость движения электроподвижного со-
става с электродвигателями постоянного тока находят по формуле
(30). Подставив в нее при параллельном соединении тяговых электро-
двигателей значение Uл U„ с использованием выражения (78). полу-
чим, км/ч.
/- ДП —А( аг1| г (/? ' г,) /д
° ------------™------------• I79’
СФ
где г, — сопротивление обмоток тягового электродвигателя. Ом, с учетом по-
стоянного шунтирования обмотки возбуждения.
В случае последовательно-параллельного соединения тяговых элек-
тродвигателей (UK0 - л1/ло) скорость, км/ч,
.. AC*,,,-,
п
° СФ
По известной скорости движения t>, при номинальном напряжении
на электродвигателе С/ди — U„„ (параллельное соединение тяговых
электродвигателей) скорость движения vt, км/ч, при выпрямленном на-
83
/4
(HOI
п
пряжении, определяемом внешней характеристикой преобразователь-
ной установки, рассчитывают по формуле
^ д„- Л^'вЯП'--(/?э i G) Лч
^ДИ — Г1
(81 >
При последовательно-параллельном соединении тяговых электро
двигателей скорость, км/ч.
(82)
Сила тяги электродвигателя при каждом токе /д или /„не зависит
от напряжения и при его питании через преобразовательную уста-
новку электротяговая характеристика 3 остается неизменной.
Кроме регулирования скорости изменением выпрямленного напря-
жения, используют ослабление возбуждения, так же как и на электро-
подвижном составе постоянного тока.
Если характеристики электродвигателя снимались при полном воз-
буждении, то их можно пересчитать на нормальное и ослабленное воз-
буждение способом, указанным в параграфе 18.
28. Регулирование скорости движения
и построение пусковой диаграммы
Скорость движения электроподвижного состава однофазного тока
со статическими преобразователями регулируют изменением напряже-
ния и ослаблением возбуждения. Пусковой реостат здесь не применяют
вследствие его неэкономичности. Число ступеней регулирования на-
пряжения зависит от числа включаемых секций обмоток трансформато-
ра и способа их включения. Напряжения ступеней определяют по до-
пустимым изменениям силы тяги при пуске, т. е. по значению коэффи-
циента неравномерности пуска..
Сила тяги электроподвижного состава и ток тягового электродви-
гателя при пуске ограничиваются условиями сцепления или допусти-
мым током тяговых электродвигателей по коммутации аналогично рас-
смотренному в параграфе 24. Для электровозов переменного тока рас-
четный коэффициент сцепления определяют по формуле (9).
Максимальный ток тяговых электродвигателей по условиям комму-
тации устанавливают /д п)в, - (1,4-=-1,6) /дч, соответственно ток /Л11 =
<1,24-1,4)/.,,.
Пусковую диаграмму, показывающую зависимость скорости движе
ния оттока электродвигателей на различных ступенях регулирования с
горизонтальными линиями перехода с одной ступени на другую, можно
определить несколькими способами в зависимости от заданных условий,
но обычно ее находят графическим методом. В осях координат v (/я)
наносят характеристику тягового электродвигателя, построенную с
учетом внешней характеристики преобразовательной установки (крн-
М
Рис. 53. Принцип построения пусковой диаграммы с учетом внешней характери-
стики преобразовательной установки
вая /, рис. 53) и проводят вертикальные линии, соответствующие /Ят1„
и Аттах- 4° ()СИ абсцисс влево откладывают значение напряжения хо-
лостого хода t/д о, а по оси ординат вниз значение R',.
В том случае, когда пусковую диаграмму строят для определения
ступеней регулирования и значения неизвестны, можно использо-
вать данные уже построенных трансформаторов.ддя электровозов или
электропоездов и взять значения /?' по аналогии с ними.
Из формулы (80) видно, что для каждого значения тока, в том числе
и для токов /птах и /лт1п. можно определить зависимость v (t/flO)
по известным значениям R'it г(, СФ. А(/иеит и п. Значение СФ можно
взять из нагрузочных характеристик тяговых электродвигателей при
нормальном возбуждении, значения R'3 определяют из кривых
R', (t/до) (кривая 2).
При скорости выхода на характеристику / электродвигатели будут
находиться под напряжением высшей ступени регулирования, кото-
рой соответствует напряжение холостого хода 6дв„ (точки k и g со-
ответственно при токах /д галх и /д ш|п). Пользуясь формулой (80), мож-
но для каждого значения тока /д, в том числе и для 1ятяк и /д mln),
определить скорость v при нескольких (пяти—шести) значениях напря-
жения холостого хода t/n0, в том числе при V— 0. Плавные кривые,
соединяющие полученные точки, показаны на рис. 53: для тока /д 1Иаж—
кривая 3, для тока /ДШ1П — кривая 4.
Необходимо рассмотреть, как будет меняться ток электродвигате-
лей /д и скорость v при постоянном значении напряжения (7Д 0. Если
под действием тока /д„,ах тяговый электродвигатель разовьет силу тя-
ги и поезд придет в движение, то за счет наведения э.д.с. в обмотке яко-
ря ток в электродвигателе будет уменьшаться. При скорости Oj (отре-
зок ab|) ток в электродвигателе уменьшится до /д iniD, так как точка Ь{
находится на кривой bg, соответствующей току /д ,п1п. Следовательно,
при изменении скорости в пределах abt ток будет изменяться от /дп,а1
до Лт пип- Зависимости v (/д) соответствует кривая cd.
85
Если при скорости о, увеличить напряжение ияо, то, естественно,
возрастет и ток /д. Повышение напряжения при практически неизмен-
ной скорости происходит по горизонтальной линии, проведенной вле-
во из точки bt. Чтобы при этом ток /д не превысил величины /дтах.
напряжение U)t о должно быть увеличено на отрезок Ь^ и составить
величину oky (точка а, лежит на кривой ak, соответствующей току
/д и.»»)- Прирост напряжения вызовет увеличение тока по горизонталь-
ной линии dcx. Под действием тока и силы тяги скорость будет возрас-
тать дальше, а ток с ее увеличением снижаться. При скорости
равной отрезку kxb2, ток уменьшится до значения /Д1В1„ (точки bt и
di). Следовательно, зависимость v (/Л) представится кривой c,dt.
Рассуждая аналогично, определяем необходимые приращения
напряжения b2at, затем Ь^ая и т. д. и характеристики v (/д) для каж-
дой ступени регулирования с//,. и т. д. Таким образом, опреде-
ление ступеней регулирования сводится к построению вертикальных
и горизонтальных линий между кривыми v (Uл0) при /д„,ич и /ЛП1(11.
Последняя горизонтальная линия может не попасть в точку k, поэтому
построение горизонтальных и вертикальных линий начинают от
точки k в направлении к точке а.
Для построения маневровых характеристик, на которых потребля-
емый ток электродвигателя меньше пускового тока, линии v \ило).
проведены и в зоне отрицательных скоростей. В этой зоне нужно пост-
роить такое число ступеней, которое необходимо для получения на-
именьшего тока на первой маневровой позиции. Ток электродвигате-
лей на первой маневровой ступени определяют по кривым Екл(/д),
как и при системе постоянного тока, исходя из допустимого ускорения
электроподвижного состава на горизонтальном прямолинейном пути.
Иногда при проведении расчетов допустимо упрощенное определение
значения тока на первой позиции: 30% оттока часового режима (7Д| -
0.3 /д ,, при о 0).
Таким образом ступенчатая линия kb^a^a^b, и т.д. обеспечивает
построение кривых v (/д) с изменением тока при переходе на каждую
последующую позицию в пределах /Д|11ам /Ят|п-
Для построения характеристик v (/я) на промежуточных ступенях
регулирования, кроме токов /Д„11К и /д необходимо задаться еще
несколькими значениями тока. На рис 53 показано построение точек
при токе /Д|. Для пего строят кривую тем же методом, что и для токов
Лзшах и Aimin (кривая 5). Пересечения вертикальных линий, соответ-
ствующих напряжению 1/л„ на каждой ступени регулирования, с кри-
выми v ((/д „) дают скорости движения при данном токе /я ( (точки р,,
р2, ря и т.д.). Перенеся эти точки вправо до пересечения с линией, со-
ответствующей току /Д| в первом квадранте, определим точки s, s,. s4,
s, и т. д. Кривые, проведенные через точки cds, cldlsl и т. д.. являются
характеристиками тягового электродвигателя на соответствующей сту-
пени регулирования.
На пусковой диаграмме изменение тока при пуске с реализацией
наибольших допустимых токов тяговых электродвигателей изобража-
ют жирными линиями. Кроме того, на нее наносят характеристики при
ослабленном возбуждении, которые строят так же. как и для электро-
на
подвижного состава постоянного тока. Та-
кое построение пусковой диаграммы дает
возможность получить постоянные броски
тока при переключении ступеней трансфор-
матора. Приращения напряжения при этом
требуются неодинаковые: в зоне низких
скоростей они меньше. Однако для упро-
щения конструкции трансформатора и сни-
жения числа контакторов переключателя
ступеней часто применяют схемы, обеспечи-
вающие равномерные приращения напря-
жения.
Так, на отечественных электровозах
при низковольтном регулировании исполь-
зуют встречно-согласное включение частей
обмоток трансформатора. В начале пуска
Рис. 54. Зависимость /?э от
U,и в относительных еди-
ницах:
/— при низковольтном рсгули
рованни и встречно-согласном
включении полуобмоток транс
форматора; 2 — при высоко
эольтном регулировамнн
нерегулируемую и регулируемую части
обмоток, имеющие небольшую разницу в числе витков, включают
встречно. Э. д. с. регулируемой части вычитается из э.д.с. нерегулиру-
емой части, и напряжение на преобразовательной установке получа-
ется минимальным. Затем регулируемую часть обмотки ступенями вы-
ключают и выпрямленное напряжение повышается. Далее регулируе-
мую часть обмотки совершенно выключают и напряжение определяется
только нерегулируемой частью. В этот момент регулируемую часть об-
мотки переключают, чтобы ее э.д.с. совпадала по направлению с э.д.с.
нерегулируемой части. Включением ступенями тех же секций регули-
руемой обмотки достигают дальнейшего повышения напряжения. Мак-
симальное напряжение получают при включении всех секций регули-
руемой обмотки. В связи с этим /?э при низшей и высшей ступенях ре-
гулирования имеет большее значение, а при средних ступенях мень-
шее.
Зависимость R:, от £/в0 в относительных единицах для низковольт-
ного регулирования при встречно-согласном включении обмоток пока-
зана кривой / на рис. 54. Кривая 2 соответствует изменению этих вели-
чин при высоковольтном регулировании. Кривые 1 и 2 могут быть ис-
пользованы для определения R3 на промежуточных ступенях регули-
рования при расчете пусковых диаграмм электровозов.
Секции трансформатора при встречно-согласном включении обмо-
ток, участвующие в работе в зоне малых, а затем повторно в зоне боль-
ших скоростей, дают одинаковые ступени напряжения. При этом брос-
ки тока при низких скоростях получаются большими, а при увеличе-
нии скоростей снижаются. Пусковая диаграмма такого электровоза
(В.ПЙО1) показана на рис. 55.
При переходе с одной ступени регулирования на следующую из-за
особенностей способов включения секций обмоток трансформатора и
переходных дросселей часть полученных ступеней можно использовать
продолжительное время, а часть ступеней — кратковременно (только
при разгоне) Характеристики и позиции главного контроллера, на
которых допустима длительная езда, называют ходовыми и на пуско-
87
Рис. 55. Пусковая диаграмма электровоза ВЛ80т
вых диаграммах выделяют жирными линиями, остальные характерис-
тики и позиции — переходными и показывают более тонкими (или
штриховыми) линиями. Так, на электровозах ВЛвО, ВЛвО7, ВЛвО4,
ВЛ60* ходовыми характеристиками и позициями служат 1,5, 9, 13, 17,
21, 25, 29 и 33-я позиции. На электропоездах ЭР9Г1 встречно-согласное
включение обмоток трансформатора не предусмотрено и ходовыми по-
зициями главного контроллера являются четные.
29. Плавное регулирование напряжения
Если вместо неуправляемых пап у проводниковых вентилей исполь-
зовать управляемые — тиристоры, то напряжение, подведенное к тя-
говым электродвигателям, можно регулировать плавно. В тиристорах
момент открытия вентиля может регулироваться подачей на дополни-
тельный управляющий электрод открывающего импульса. До откры-
тия вентиля напряжение от трансформатора к тяговым электродвига-
телям не подводится. С момента отпирания тиристора тяговые элект-
родвигатели находятся под напряжением.
88
Свойства тиристора таковы, что его нельзя закрыть воздействием на
управляющий электрод. Он может закрыться только при снижении на-
пряжения или тока до нуля или в случае приложения обратного напря-
жения. Поэтому вентиль остается открытым до конца полупериода. Чем
позднее будет открыт тиристор, тем меньше времени тяговые электро-
двигатели будут под напряжением. При этом среднее напряжение на
них будет также меньше. При угле отпирания а — 180° тиристоры во-
обще открываться не будут и выпрямленное напряжение будет равно
нулю, а при а — 0 тиристоры будут работать как неуправляемые вен-
тили и выпрямленное напряжение будет наибольшим.
Таким образом, изменяя угол отпирания тиристоров а от 180" до
нуля (практически от 170 до 10°), можно плавно регулировать выпрям-
ленное напряжение, а следовательно, и напряжение на тяговых элект-
родвигателях от нуля до наибольшего значения.
На рис. 56, а показано синусоидальное изменение напряжения на
вторичной обмотке трансформатора во временн, на рис. 56, б и в —
выпрямленное напряжение Ua. При угле, близком к 180° (см.
рис. 56, б), площадь заштрихованных частей полусинусоид, соответст-
вующих открытым тиристорам, невелика. Следовательно, среднее зна-
чение выпрямленного напряжения t/BCp, определяемое как отношение
площади заштрихованной части синусоиды за полупериод к площади
синусоиды за полупериод 772, также мало. С уменьшением угла а сред-
нее напряжение возрастает (см. рис. 56, в).
Однако при плавном регулировании уменьшается коэффициент мощ-
ности преобразовательной установки, повышается пульсация выпрям-
ленного тока и ухудшается форма кривой тока в первичной обмотке
трансформатора, а следовательно, и в контактной сети. Это приводит
к снижению коэффициента мощности, увеличению влияния системы
электрической тяги на провода связи и возрастанию потерь энергии.
Указанные недостатки проявляются больше при больших значениях
угла а отпирания вентилей. Чтобы уменьшить угол а, целесообразно
плавное регулирование использовать меж-
ду отдельными ступенями напряжения, ко-
торые соответствуют различным значениям
коэффициента трансформации трансформа-
тора.
Каждому значению среднего напряже-
ния, т. е. постоянному углу отпирания
вентилей, соответствуют скоростные харак-
теристики, имеющие обычный вид. Однако
эти характеристики могут занимать любое
место в системе координат v от нуля до
характеристики, соответствующей высшей
ступени регулирования, при которой тири-
сторы открываются в начале каждого полу-
периода.
Такое регулирование напряжения при-
менено на электровозах ВЛ80₽. Тяговый
трансформатор имеет две одинаковые вто-
Рис. 56. Регулирование вы-
прямленного напряжения
изменением угла отпирания
вентилей
89
ричные тяговые обмотки, от которых через тиристорный преобразова-
тель получают питание два параллельно включенных тяговых электро-
двигателя. Каждая обмотка разделена на три секции: две с напряже-
нием по 307, 5 В и одна — 615 В. Они позволяют получить четыре
одинаковые ступени приращения напряжения (307,5 В; 307, 5 4-
J- 307,5 - 615 В; 615 ф- 307,5 = 922,5 В и 615 I 615 1230 В).
В пределах каждой ступени регулирования угол отпирания тиристо-
ров изменяется от 170° до 10—15°, плавно регулируя напряжения на
тяговых электродвигателях при сравнительно высоком коэффициенте
мощности.
30. Характеристики электроподвижного состава
со статическими преобразователями
Тяговые электродвигатели постоянного тока последовательного
возбуждения электроподвижного состава однофазно-постоянного тока
со статическими преобразователями обычно рассчитаны на работу под
напряжением 750—1600 В. Электромеханические характеристики и
и (Лд) тягового электродвигателя НБ-418К, установленного на
электровозах ВЛвО, ВЛ80т, ВЛ80е, приведены на рис. 57 и тягового
Рис 57. Электромеханические характеристики тягового электродвигателя
НБ-418К электровозов ВЛ80с, ВЛ80т, ВЛ80* при £/»=25 кВ и внешняя ха-
рактеристика преобразовательной установки U* (7Я) на 33-й позиции главного
контроллера
90
Рис. 58. Электромеханические характеристики тягового электродвигателя
AL-4442nP электровозов ЧС4’ и ЧС4 при Uc — 25 кВ и внешняя характеристи-
ка преобразовательной установки (/л) на 32-й позиции переключателя сту-
пеней
электродвигателя AL-4442nP, установленного на электровозах ЧС4Т
и ЧС4, приведены на рис. 58.
Характеристики показаны при нормальном возбуждении НВ и на
ступенях ослабления возбуждения ОВ1 — ОВ5.
Скоростные характеристики приведены для высшей ступени регули-
рования напряжения с учетом внешних характеристик преобразова-
тельной установки 1/д(/д). Эти внешние характеристики также нане-
сены на рисунках.
Энергетические показатели электроподвижного состава характери-
зуют коэффициентом мощности х и к.п.д. т). При идеальном сглажива-
нии выпрямленного тока ток в первичной обмотке трансформатора име-
ет прямоугольную форму. Такая форма тока в первичной обмотке транс-
форматора может быть представлена как результат наложения на ос-
новную гармонику синусоидального тока нескольких гармоник выс-
шего порядка. Как известно, сдвиг по фазе между основными гармони-
ками тока и напряжения характеризует cos ф. Коэффициент мощности
учитывает, кроме сдвига по фазе, также и влияние высших гармони-
ческих составляющих несинусоидального тока на нагрузки сети и об-
моток трансформатора.
При угле перекрытия у = 0 выпрямленное напряжение UBf) =
== 0,9 Ut. Если отсутствует сдвиг по фазе между основными гармони-
ками напряжения и выпрямленного тока (cos <р = I), то мощность
выпрямителя, Вт,
Г |М,/„-0.9L’,/, (83)
91
пижного состава в пределах от минимальной FKcnInin До максимальной
/•„ в|||11вК относительно средней величины F„ell. На рис. 60 ограничения
сц„11п и сц ,пах показаны для электровоза ВЛ80к штриховыми ли-
ниями. Именно линия зависимости сц(и), а не FKeu „1НХ (и) соответ-
ствует формулам (9) и (14) (см. главу 1).
Рис. 60. Тяговые характеристики электровозов ВЛ80с, ВЛ80*. ВЛ80'
94
Рис. 61. Тяговые характеристики
электровоза ВЛ80р
Скорости переходов на ступени
ослабления возбуждения и измене-
ния силы тяги показаны тонкими
(ВЛ80к) и штрихпунктирными ли-
ниями (ВЛ80с и ВЛ80т). Для уточ-
нения этих величин, а также токов
при переходах характеристики до-
полняю! таблицами переходов(ана
логично электроподвижному соста-
ву постоянного тока). В качестве
примера приведена табл. 7 перехо-
дов для электровоза В Л 80*.
На рис. 61 приведены тяговые
характеристики электровоза ВЛ80р
с плавным регулированием напря-
жения на тяговых электродвигате-
лях для каждой из четырех зон ре-
гулирования при полностью откры-
тых тиристорах и при 0,5 напряже-
ния зоны. На самом деле, характе-
ристиками перекрыто все поле графика в связи с плавным измене-
нием напряжения за счет изменения угла открытия тиристоров. Линия
.4S показывает ограничение силы тяги по сцеплению. Она рассчиты-
вается по формулам (9) и (14). На рис. 62 показаны тяговые характери-
стики электровозов ЧС4Т и ЧС4 с ограничивающей линией AS потоку
коммутации /ли 1620 А; ограничения потоку /Дц1П и /пПцп изо-
бражены штриховыми ЛИНИЯМИ (/'кишах И Гко mtn)-
При переходах на позиции ослабления возбуждения силы тяги до-
стигают максимальных значений (Гисцтах или FKni„ax), показанных
на тяговых характеристиках. Для упрощения расчетов силы тяги в
95
зоне переходов на позиции ослабления возбуждения принимают усред-
ненными по линиям ST (см. рис. 60, 61, 62) или SiT, (см. рис. 60).
По тяговой характеристике можно построить удельные тяговые ха-
рактеристики порядком, указанным в параграфе 15.
31. Характеристики локомотивов
с бесколлеиторными тяговыми электродвигателями 1
Применяемые в настоящее время тяговые электродвигатели посто-
янного тока нс удовлетворяют требованиям дальнейшего повышения
мощности и надежности работы локомотивов из-за больших габаритов
и наличия коллекторного узла. Поэтому проводятся работы по при-
менению на локомотивах бесколлекторных тяговых электродвигате-
лей. асинхронных и вентильных.
Рассмотрим условия использования на локомотивах асинхронных
тяговых электродвигателей. Как известно, эти двигатели обладают
жесткими естественными характеристиками и при изменении нагрузок
в широких пределах их частота вращения в рабочей зоне изменяется
незначительно и только за счет увеличения скольжения, которое обыч-
но составляет 1—2%. Частота вращения ротора асинхронного электро-
двигателя, об/мин,
я = бо (Д—Д)/р,
где р — число пар полюсов;
А — частота питающего напряжения;
— частота скольжения.
Отсюда видно, что частоту вращения можно регулировать измене-
нием частоты Д или числа пар полюсов двигателя. Для регулирования
частоты вращения асинхронного тягового электродвигателя на элект-
роподвижном составе необходимы статические преобразователи. Пере-
ключения числа пар полюсов, усложняющие схему обмоток двигателя,
обычно в таких системах не используют. Различные силы тяги при каж-
дой частоте вращения достигают регулированием питающего напряже-
ния.
Академиком М. II. Костенко предложен закон оптимального регу-
лирования, при соблюдении которого получаются наилучшие к.п.д. и
коэффициент мощности. Этот закон показывает соотношение между
вращающим моментом, частотой и питающим напряжением
JA_ Д i/jL
t7|ll /|Н ’ ,МН
где Ut и Uln — действительное и номинальное напряжение питания, В;
А и Ан — действительная и номинальная частоты питающего напряже-
ния, Гц;
М и Мн — действительный и номинальный вращающие моменты электро
двигателя. Н м.
Рис. 63. Тяговые характеристики при
различных законах регулирования
Рис. 64. Структурная схема преобра-
зования энергии на электровозе с
асинхронными тяговыми электродви-
гателями
Рис. 65. Форма напряжения фазы
асинхронного тягового электродви-
гателя
Рис. 66. Характеристики асинхронно-
го тягового электродвигателя:
а. Ь. с — мягкие. I' — У — жесткие
97
* Параграф написан инж. С. С. Осиповым.
96
Таким образом, при использова-
нии асинхронного тягового элек-
тродвигателя на локомотивах для
получения характеристик, отлич-
ных от естественных, необходимо
воздействовать на величины, вхо-
дящие в эту формулу. Так, для
работы при постоянном вращаю-
цем моменте, а следовательно, си-
ле тяги необходимо с изменением
частоты Д (скорости движения) про-
порционально увеличивать питаю-
щее напряжение. На рис. 63 пока-
зана такая зависимость Fк (о) (ли-
ния /), характерная для разгона
локомотива.
Движение с неизменной часто-
той Д и скоростью (линия 2) долж-
но сопровождаться изменением на-
пряжения пропорционально корню
квадратному из изменения вращаю-
щего момента или силы тяги. Для
движения с постоянной мощностью
(линия 3) вращающий момент или
сила тяги должны изменяться об-
ратно пропорционально изменению
частоты или скорости движения.
Этот режим позволяет получить
мягкие тяговые характеристики,
близкие к характеристикам элек-
троподвижного состава с тяговыми
электродвигателями постоянного
тока последовательного возбужде-
ния.
Чтобы преобразовать перемен-
ное однофазное напряжение25 кВ,
50 Гц в трехфазное переменное ре-
гулируемой частоты, используют
различные схемы. Одна из струк-
турных схем, приведенная на
рис. 64, состоит из трансформатора
7р, снижающего напряжение, двух-
звенного статического преобразова-
теля: выпрямителя В с плавно ре-
гулируемым напряжением на выхо-
де и автономного инвертора АН, от
которого питается один или не-
сколько асинхронных тяговых
электродвигателей М.
4 Зак. .108
Автономный инвертор благодаря открытию и закрытию входящих в
него тиристоров в определенной последовательности с заданной ча-
стотой формирует на выходе трехфазное напряжение ступенчатой фор-
мы (Чя и */9 напряжения выпрямителя), показанное на рис. 65 жирной
линией. Первая гармоническая составляющая имеет вид, показанный
тонкой линией.
Система управления выпрямителем и автономным инвертором вы-
полнена таким образом, что при медленном изменении частоты враще-
ния колесных пар, например, при увеличении скорости движения локо-
мотива, одновременно изменяется частота питающего асинхронный тя-
говый электродвигатель напряжения. При этом получаются мягкие ха-
рактеристики, показанные на рис. 66 линиями а, b и с.
В случае резкого изменения частоты вращения ротора тягового
двигателя, например при срыве сцепления колесной пары, частота пи-
тающего напряжения, остается неизменной, и тяговый двигатель начи-
нает работать по очень жесткой характеристике, естественной для
асинхронного двигателя. Например, при работе электровоза по харак-
теристике b при скорости V,. питающей частоте и реализуемой силе
тяги FKal срыв сцепления приведет к работе по жесткой характеристи-
ке Г. При скорости vt боксующая колесная пара будет работать по ха-
рактеристике 2' при питающей частоте ft, а при скорости vt — по ха-
рактеристике 3' при /*. Скорости проскальзывания боксующей колес-
ной пары невелики и вероятность восстановления сцепления значитель-
но больше, чем у колесных пар, связанных с тяговыми электродвига-
телями постоянного тока последовательного возбуждения. Такая сис-
тема, имеющая мягкие характеристики всего локомотива и жесткие
каждой колесной пары, является наиболее благоприятной для целей
тяги.
Опытный электровоз с асинхронными тяговыми электродвигателя-
ми (ВЛ80*) находится в стадии испытаний.
В настоящее время проводятся также исследования по использова-
нию асинхронных тяговых электродвигателей на электропоездах, теп-
ловозах, вагонах метрополитенов и городских видах транспорта.
Дальнейшим развитием асинхронного электродвигателя является
линейный двигатель, который можно себе представить как разверну-
тый из цилиндра на плоскость асинхронный двигатель. Статор такого
электрического двигателя будет создавать уже не вращающееся с син-
хронной частотой магнитное поле, а бегущее вдоль статора поле. В ка-
честве ротора может служить, например, алюминиевая шина, играю-
щая роль «беличьей клетки» в короткозамкнутом роторе асинхронного
электродвигателя. Если эту шину укрепить на пути, а линейный ста-
тор — на подвижном составе, то при прохождении переменного тока по
обмоткам статора между ними возникнут силы, под действием которых
подвижной состав придет в движение. В этом случае движение будет и
при отсутствии сцепления колес с рельсами (или дорогой). Такне ли-
нейные двигатели с использованием систем управления, аналогичных
рассмотренной, могу г найти применение на высокоскоростном назем-
ном транспорте, исследования которого проводятся в настоящее время.
98
Вентильные тяговые электродвигатели имеют обмотку возбуждения,
расположенную на роторе, как в синхронных машинах. Она питается
постоянным током через контактные кольца и щетки. Трехфазная об-
мотка якоря размещается на статоре. Вращающий момент возникает
при взаимодействии трехфазного тока обмотки якоря с магнитным пото-
ком вращающегося ротора. Обмотка якоря каждого тягового электро-
двигателя питается от собственного преобразователя фаз и частоты.
При независимом возбуждении вентильного тягового электродвигате-
ля за счет автоматического регулирования напряжения, частоты тока
обмотки статора, а также тока в обмотке ротора получают характерис-
тики, подобные характеристикам систем с асинхронными тяговыми
электродвигателями.
В нашей стране построены и испытываются опытные образцы вось-
миосных электровозов с вентильными тяговыми электродвигателями
(ВЛ80в), которые проходят испытания.
Принцип работы вентильного электродвигателя может быть исполь-
зован в перспективе для разработки линейного синхронного электро-
двигателя.
ГЛАВА 5
ТЯГОВЫЕ СВОЙСТВА
И ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛОВОЗОВ
32. Условия работы дизеля
и использование его для тяги поезда
На тепловозе или дизель-поезде первичным двигателем является
дизель, превращающий химическую энергию, заключенную в топливе,
в механическую работу вращения коленчатого вала. Для того чтобы
дизель начал работать, необходимо вначале за счет принудительного
перемещения поршня сжать до давления 3—5 МПа (30—50 кгс/см*)
находящийся в цилиндре воздух, который при этом нагревается до
температуры 500—600гС, превышающей температуру самовоспламене-
ния дизельного топлива. Впрыскиваемое в этот момент в цилиндр через
форсунки дизельное топливо воспламеняется, увеличивая давление
приблизительно до 10 МПа (100 кгс/см*). Под действием этого дав-
ления поршень перемещается в обратном направлении, совершая по-
лезную работу (рабочий ход поршня).
Таким образом для пуска дизеля необходимо вначале затратить
энергию на сжатие воздуха в цилиндре от постороннего источника, а
затем уже получить на его валу полезную работу. Обычно пуск осуще
ствляют, вращая коленчатый вал дизеля главным генератором или
электрическим стартером, получающим питание от аккумуляторной
батареи.
Устойчивая работа дизеля по условиям сжатия воздуха и нормаль-
ного процесса сжигания топлива возможна только начиная с частоты
вращения примерно в два-три раза меньшей номинальной частоты вра-
щения коленчатого вала. Отсюда и диапазон частот вращения оказы-
вается ограниченным, с одной стороны, этой минимальной, а с другой—
номинальной частотами вращения. Регулировать давление в цилинд-
рах дизеля в широких пределах невозможно. Поэтому мощность дизе-
ля можно увеличить за счет повышения частоты вращения коленчато-
го вала.
Условия пуска дизеля, диапазон частот вращения и изменения мощ-
ности не позволяют связать его коленчатый вал непосредственно со
сцепными колесными парами тепловоза или дизель-поезда, на которых
вращающий момент должен регулироваться в широких пределах при
скоростях движения поезда от нуля до наибольшей. Поэтому между ди-
зелем и движущими колесными парами вводят специальное звено, на-
зываемое передачей.
Передача должна обеспечить:
отъединение коленчатого вала дизеля от движущих колесных пар
тепловоза или дизель-поезда;
100
изменение соотношения частот вращения колесных пар и вала ди-
зеля, с тем чтобы при неизменной частоте вращения вала дизеля поезд
мог двигаться с разными скоростями;
плавное регулирование силы тяги локомотива;
изменение направления движения локомотива;
возможно меньшие потери энергии.
Кроме того, передача должна иметь возможно меньшие массу и га-
бариты при высокой надежности работы.
Отъединение вала дизеля от колесных пар позволяет вначале запу-
стить дизель, довести вращение его вала до нужной частоты и только
после этого включить передачу и передать вращающий момент на дви-
жущие колесные пары, чтобы тронуть поезд с места. При движении
поезда передача должна обеспечивать реализацию всей мощности дизе-
ля при различных скоростях движения.
Наибольшее распространение на магистральных тепловозах полу-
чила электрическая передача, при которой с валом дизеля соединяют
вал якоря или ротора электрического генератора (главного генератора).
От него получают электрическую энергию тяговые электродвигатели,
связанные с движущими колесными парами тепловоза.
Применяется также (в основном на маневровых тепловозах) гидрав-
лическая передача, состоящая из гидротрансформатора и гидромуфты,
включаемых между валом дизеля и движущими колесными парами.
При дизелях малой мощности (до 300—350 кВт) обычно на мотовозах
и автомотрисах используют механическую передачу, имеющую ко-
робку скоростей, в которой находятся зубчатые колеса различных диа-
метров. Приводя в зацепление пары зубчатых колес с разным соотно-
шением зубьев, получают несколько ступеней изменения силы тяги и
скорости движения локомотива.
Таким образом, наибольшая сила тяги, развиваемая движущими
колесными парами, ограничивается по дизелю, передаче и, как было
указано в главе 1, по сцеплению колесных пар с рельсами.
33. Сила тяги тепловоза по дизелю
По условиям тяги поезда локомотив должен развивать наиболь-
шую силу тяги при трогании и разгоне поезда, а также при движении
по тяжелым подъемам. При этом мощность локомотива, равная работе,
выполняемой в единицу времени, пропорциональна произведению си-
лы тяги и скорости движения. Следовательно, в период трогания при
малых скоростях движения мощность требуется меньше, чем при сле-
довании по тяжелому подъему с большей скоростью.
Если силу тяги поддерживать постоянной при всех скоростях дви-
жения (линия 2 на рис. 67), то мощность с увеличением скорости дви-
жения должна возрастать по закону прямой линии I. Однако при этом
наибольшая мощность дизеля будет использоваться только в зоне на-
ибольших скоростей, а в зоне меньших скоростей она будет недоисполь-
зована. В том случае, когда локомотив имеет какую-то постоянную
мощность (линия 3, на рис. 68), при меньших скоростях он может раз-
101
Рис. 67. Зависимость
мощности от скоро-
сти (/) при постоян-
ной силе тяги (2)
Рис. 69. Индикаторная диа-
грамма двухтактного дизеля
тепловоза
вивать большую силу тяги, а с увеличением скорости сила тяги должна
снижаться по гиперболе (кривая 2). Такая зависимость и должна вы-
держиваться у тепловоза при работе дизеля с постоянной мощностью.
В период разгона постоянной силе тяги (прямая /) соответствует воз-
растающая мощность (прямая 4).
Зависимость силы тяги тепловоза от скорости — гиперболическая
тяговая характеристика, т. е. она имеет вид гиперболы. Чтобы опре-
делить силу тяги тепловоза, рассмотрим коротко процессы, происходя-
щие в дизеле, с помощью индикаторной диаграммы, показывающей
изменение давления в цилиндре в зависимости от положения поршня
или от объема цилиндра. Например, если поршень в двухтактном ди-
зеле движется от нижней мертвой точки (НМТ) а (рис. 69) к верхней
(ВМТ) Ь, вначале цилиндр продувается и в нем находится воздух под
небольшим давлением, незначительно превышающим атмосферное ратм,
а затем идет процесс сжатия, и давление постепенно увеличивается.
В точке b в сжатый и нагретый воздух впрыскивается топливо, которое
воспламеняется и давление резко повышается. Процесс горения завер-
шается в точке с. Под действием давления газов поршень начинает пере-
мещаться к НМТ. От точки с до точки d происходит расширение газов
и совершается полезная работа. При движении отточки d к точке а про-
исходит продувка цилиндра, т. е. выпуск отработавших газов и на-
полнение цилиндра воздухом, а далее цикл повторяется.
Как видно из рисунка, при перемещении поршня давление газов, а
следовательно, и сила нажатия на поршень изменяются в больших
пределах. Площадь диаграммы, очерченной линией abcda, соответствует
полезной работе газов за один цикл. Определить эту' площадь сложно,
поэтому в расчетах используют среднее индикаторное давление р(,
т. е. постоянное по значению давление, при котором совершается та
же работа за цикл, что и действительная работа газов. Его определяют
исходя из заштрихованного прямоугольника, площадь которого равна
площади фигуры abcda, а одна из сторон — ходу поршня или разнице
объемов цилиндра в НМТ и ВМТ. Среднее индикаторное давление воз-
растает с увеличением давления в цилиндрах, зависящего от массы
воздуха и соответствующего количества топлива в цилиндре. Исходя
из среднего индикаторного давления в цилиндре определяют силу тя-
ги локомотива.
102
Работу' LK, Дж. выполняемую тепловозом за один оборот колесной
пары, можно выразить как произведение силы тяги FK, Н, на расстоя-
ние nD, м, проходимое локомотивом за один оборот колесной пары,
£„=/„ лD. <92>
Работа газа в п цилиндрах, совершаемая за один оборот коленчато-
го вала, выражается силой, действующей на каждый поршень p(nDJ/4,
умноженной на ход поршня и на число цилиндров. Тогда работа, от-
несенная к коленчатому валу дизеля, Дж/об,
21
----— пь,. (93)
где Pt — среднее индикаторное давление в цилиндрах, Па;
Ов — диаметр цилиндра, м;
7 — ход поршня, м;
т — тактность дизеля — число ходов поршня за 1 цикл;
г — число цилиндров дизеля;
т|м — к. п. д. дизеля.
При передаче вращающего момента с вала дизеля на колесные пары
часть мощности теряется в передаче. Эти потери учитывает к.п.д. пере-
дачи т)п. Кроме того, работа, совершаемая дизелем, частично расходу-
ется на вращение вспомогательных механизмов тепловоза (масляных и
водяных насосов, компрессоров, вентиляторов холодильника и др.).
Учтем эту работу к.п.д. т]ип.
Отношение частот вращения коленчатого вала дизеля пя и движу-
щих колес п„ называют передаточным отношением ц. Дизель за р обо-
ротов коленчатого вала с учетом перечисленных потерь выполняет ра-
боту, равную работе силы тяги за один оборот колесной пары,
Пвсп Ли
ИЛИ
е 2/
FK nD=pt ——гцг)м П»сп Пп-
Откуда сила тяги тепловоза, развиваемая дизелем, Н,
Pl D* i
r*— 2D т ^®сп т'п’
Иными словами, сила тяги тепловоза зависит от суммарного объ-
ема цилиндров, определяемого Оц, /, г, среднего индикаторного давле-
ния pt, тактности дизеля т, передаточного отношения ц передачи и диа-
метров колесных пар D.
Для данного тепловоза размеры и число цилиндров, тактность ди-
зеля, диаметры колесных пар постоянны. При неизменной частоте вра-
щения вала дизеля и передаточного отношения передачи силу тяги
можно регулировать, изменяя среднее индикаторное давление в ци-
линдрах, которое зависит от количества поданного в цилиндр воздуха
и топлива. Для наиболее полного сгорания топлива в цилиндре необ-
ходимо в него подать определенное количество воздуха. Теоретически
соотношение количества воздуха и топлива определяют, используя за-
103
(94)
(95)
кономерности химической реакции горения топлива. Однако из-за не-
полного перемешивания топлива и воздуха в цилиндре воздуха должно
быть больше теоретического. Отношение необходимого количества воз-
духа к теоретическому называют коэффициентом избытка воздуха,
который равен 1,5 —2. Отклонение от этого соотношения нецелесооб-
разно. Так, увеличение подачи топлива при постоянном количестве воз-
духа, выходящее за пределы коэффициента избытка воздуха, приводит
к неполному сгоранию топлива и не повышает среднее индикаторное
давление в цилиндрах. Отсюда следует, что существует предельное
значение среднего индикаторного давления в цилиндре, выше которо-
го поднять его не удается, а значит, и нельзя при данной скорости по-
лучить силу тяги выше определенного значения. Для увеличения сред-
него индикаторного давления в цилиндрах, а следовательно, силы тя-
ги и мощности дизеля увеличивают массу подаваемого в цилиндры
воздуха за счет наддува и соответственно массу впрыскиваемого дизель-
ного топлива. При наддуве массу поступающего в цилиндры воздуха
увеличивают за счет предварительного его сжатия на 0,04—0,2 МПа
(0,4—2,0 кгс/см2). Поскольку при таком предварительном сжатии воз-
дух нагревается, его перед подачей в цилиндры охлаждают. При этом
плотность воздуха возрастает и его масса в том же объеме увеличивает-
ся. Благодаря наддуву и охлаждению воздуха перед поступлением в
цилиндры мощность дизеля повышается на 50% и выше.
Так, число цилиндров и их размеры дизеля 2Д100 тепловозов ТЭЗ и
дизеля 10Д100 тепловоза 2ТЭ10В одинаковы, а мощности отличаются
в 1,5 раза. В результате повышения давления наддува с 0,127 до 0,215
МПа (с 1,3 до 2,2 кгс/см2) и охлаждения воздуха перед подачей в ци-
линдры дизель 10Д100 имеет мощность 2210 кВт вместо 1470 кВт у
дизеля 2Д100.
Мощность дизеля регулируют изменением частоты вращения ко-
ленчатого вала путем изменения подачи топлива в цилиндры. Обычно
тепловозы имеют 8—16 ступеней регулирования частоты вращения
(положений рукоятки контроллера машиниста). Режим, соответствую-
щий полной мощности дизеля, называют номинальным.
На массу поступающего в цилиндры дизеля воздуха влияют также
температура и атмосферное давление. Повышение температуры воздуха
на Г С вызывает уменьшение мощности дизель-генераторной установки
тепловоза примерно на 2 кВт. Понижение атмосферного давления при
подъеме на каждые 100 м вызывает снижение мощности дизель-генера-
торной установки примерно на 5 кВт.
В Правилах тяговых расчетов для поездной работы предусмотрены
формулы и таблицы для определения снижения силы тяги при откло-
нении атмосферных условий от нормальных (температура + 20° С и
атмосферное давление 1013 гПа):
^Н=^Кв(1 Kt---*p)t (96)
где FK — сила тяги, Н, при отклонении атмосферных условий от нормальных;
F„e — сила тяги, II, при нормальных атмосферных условиях;
Кр — коэффициенты, учитывающие снижение мощности дизеля соот-
ветственно при увеличении температуры наружного воздуха и
уменьшении атмосферного давления, принимаемых по табл. 8.
104
Таблица 8
Серим теп лот» дм Тио дилеля Значение коэффициента при температуре окружающего оздуха. *С Значение коэффициента кв зави- симости от атмосферного давления, гПа (мм рт. ст.)
20 15 30 35 40 906 (ЬЙО) 933 (700) 960 эко (740) 1013 (760)
2ТЭ116 1А-5Д49. 2Д70 0 0.02 0.04 о.оь 0.08 0.088 0,066 0.044 0.022 0
2ТЭЮВ, 2ТЭ10Л. ТЭ10. тэпю. ТЭП60 ГОДНО. 11Д45. Д50 0 0,025 0.05 0.075 0.1 0.115 0,086 0.057 0.028 0
ТЭЗ. ТЭ7 2Д100 0 0,023 0.045 0.068 0.09 0,105 0.078 0.051 0.025 0
Из табл. 8 видно, что, например для дизеля 10Д100 тепловоза
2ТЭ10В, при температуре + ЗО С и давлении 933 гПа коэффициенты
к, 0,05 и кр 0,086; следовательно, сила тяги
fK fн«(1“0.05 - 0.086) -0.864f1(e,
г. е. сила тяги снизится почти на 14%.
При работе дизеля в условиях высоких температур использование
полной мощности дизеля определяется охлаждающей способностью
холодильника, который должен поддерживать установленную темпера-
туру воды и масла. Частота вращения коленчатого вала дизеля не
должна превышать номинальную, так как при ее увеличении наруша-
ется нормальное сгорание топлива в цилиндрах, снижается к.п.д. ди-
зеля и повышается износ его деталей.
34. Сила тяги тепловоза по передаче
Как видно из формулы (95), для данного дизеля при неизменных ди-
аметре колесных пар, к.п.д. и постоянном среднем индикаторном дав-
лении силу тяги можно регулировать, изменяя передаточное отноше-
ние р. Характер изменения р в зависимости от скорости определяется
типом передачи. Сила тяги и тяговая характеристика тепловоза также
зависят от типа передачи
Если предположить, что вал дизеля имеет непосредственную пере-
дачу к колесным парам и передаточное отношение р остается постоян-
ным, то изменять частоту вращения колесных пар можно только изме-
нением частоты вращения коленчатого вала дизеля лд. Как уже отме-
чалось. ее можно регулировать в сравнительно небольших пределах от
минимальной до номинальной, следовательно, и скорость движения бу-
дет изменяться н узких пределах. Сила тяги, реализуемая колесными
парами, как видно из формулы (95). изменяется также в небольших ире-
105
делах. Поэтому тяговая характеристика будет соответствовать рис. 70.
Диапазон скоростей ою1п — vIIiax соответствует пределам изменения
частоты вращения дизеля от минимальной до номинальной Некоторое
снижение силы тяги вызвано изменением к.п.д. дизеля и к.п.д. переда-
чи. При скоростях ниже номинальной дизель не может устойчиво рабо-
тать и развивать силу тяги. Такая тяговая характеристика для тепло-
возов, как уже указывалось, непригодна.
В случае использования механической передачи между коленчатым
валом дизеля и колесными парами ставят коробку передач, обеспечи-
вающую передачу вращающего момента через разные пары шестерен с
различными числами зубьев. Переключая отдельные пары шестерен,
получают разные передаточные отношения р (обычно три-четыре сту-
пени) и таким образом влияют на силу тяги тепловоза. В пределах
каждой ступени сила тяги изменяется незначительно. Каждой ступе-
ни передачи соответствует своя тяговая характеристика (рис 71)
и диапазон скоростей. За счет большого передаточного отношения при
малых скоростях t)lluin- i>|max получена наибольшая сила тяги, вы-
раженная кривой /•'„I (v). С увеличением скорости переходят на пере-
дачу с меньшим передаточным отношением, при которой сила тяги при
скоростях Рцпип — Иаш»х имеет меньшее значение—кривая £«*(»).
Для работы при более высоких скоростях osmi„ — os тах используют
наименьшее передаточное отношение. Сила тяги при этом реализуется
меньшая (кривая FK3 (v)l.
Механическая передача, позволяющая получать наибольшие силы
тяги в зоне малых скоростей и последующее их уменьшение с увеличе-
нием скорости, по сравнению с непосредственной передачей больше
удовлетворяет требованиям тяги поездов. Коробка передач имеет прос-
тую конструкцию и сравнительно малые потери при передаче вращаю-
щего момента. Все это и привело к использованию в некоторых случаях
механической передачи при небольших мощностях дизелей — на мо-
товозах, автомотрисах и некоторых дизель-поездах.
Для более гибкой связи коленчатого вала дизеля с колесными па-
рами тепловоза иногда применяют гидравлическую передачу, включаю-
щую в себя гидротрансформаторы и гидромуфты.
Гидротрансформатор работает следующим образом. От дизеля вра,-
щение передается на центробежное насосное колесо, создающее в зам-
кнутом объеме, наполненном рабочей жидкостью, динамический напор,
который через направляющий аппарат передается на турбинное колесо,
связанное с колесными парами Под напором рабочей жидкости, в ка-
честве которой используют минеральное масло, турбинное колесо, а
значит, и колесные пары приводятся во вращение Обычно насосное
колесо гидротрансформатора соединяют с валом дизеля через повыша-
ющую зубчатую передачу. При более высоких частотах вращения гид-
равлическая передача конструктивно имеет меньшие габаритные раз-
меры, чем при малых частотах вращения. При постоянных частоте вра-
щения п„ и вращающем моменте И„ насосного колеса вращающий мо-
мент М, на турбинном колесе снижается с увеличением частоты его
вращения лт. Из характеристик одноступенчатого гидротрансформа-
тора (рис. 72) видно, что с увеличением частоты вращения турбинного
106
колеса (при постоянной частоте враще-
ния насосного колеса) вращающий мо-
мент ,МТ уменьшается.
Отношение момента турбинного ко-
леса Л1 , к моменту насосного колеса
Мн при остановленном турбинном ко-
лесе (лт = 0) называют коэффициентом
трансформации момента. В частности,
для случая, представленного на рис. 72,
этот коэффициент к — 4,7. На это значе-
ние вращающий момент на турбинном
колесе превышает вращающий момент на
насосном колесе. Практически коэффи-
циент трансформации момента может
быть в пределах к — 24-11. Таким об-
разом гидравлическая передача обеспе-
чивает при трогании с места тепловоза
наибольшую силу тяги и уменьшение ее
с возрастанием скорости, что важно для
тяги поезда. Другими словами, гидро-
трансформатор работает с плавно изме-
няющимся передаточным отношением р.
При работе гидравлической передачи
масло встречает сопротивление из-за
ударов, трения, движения по искрив-
ленным каналам. Эти потери вызывают
нагревание масла. Чтобы температура
масла не превышала 80—90е С, часть его
отводят в холодильник, который должен
быть рассчитан на нормальную работу
гидравлической передачи при номиналь-
ной мощности дизеля. К.п.д. гидротранс-
форматора, как видно из рис. 72, изме-
няется в широких пределах, однако наи-
более экономичная работа дизеля охва-
тывает сравнительно узкую зону при со-
отношении частот вращения лт/л„ =
= 0,34-0,6 и не перекрывает всего диа-
пазона скорости движения тепловоза,
В период трогания и при движении с по-
вышенными скоростями движения тепло-
воза гидротрансформатор имеет очень
низкий к.п.д.
Гидромуфта имеет только насосное
и турбинное колеса. Из-за отсутствия
направляющего аппарата вращающий
момент на насосном колесе равен мо-
менту на турбинном колесе. Характери-
стики гидромуфты, показывающие зави-
---------- Г.<у)
Vmi. V„„ V
Рис. 70. Тяговая характери-
стика тепловоза при непосред-
ственной передаче
Рис. 71. Тяговая характери-
стика тепловоза при механи-
ческой трехступенчатой пере-
даче
Рис. 72. Характеристики одно-
ступенчатого гидротрансфор-
матора
Рис. 73. Характеристики гид-
ромуфты
107
симость относительной частоты вращения насосного колеса лн/пН1|<)М
и к.п.д. гидромуфты Цгм от относительной частоты вращения турбин-
ного колеса п ,1п„ ,|ОМ при постоянном номинальном вращающем мо-
менте М (М/Ммим ~ 1). приведены на рис. 73.
Частота вращения турбинного колеса лт меньше частоты вращения
насосного колеса л„. Отношение разности частот вращения пи — пт к
частоте вращения насосного колеса п» называют скольжением гидро-
муфты
а»(лн—пт)/лн.
Скольжение при малых частотах вращения велико, а с увеличением
частоты вращения уменьшается и при номинальной частоте nllHOM
составляет 0,03—0,04. К.п.д. гидромуфты, как видно из рис. 73, воз-
растает с увеличением частоты вращения лт и при наибольшей частоте
вращения составляет 0,96—0,97. Характеристики гидротрансформато-
ров и гидромуфт не полностью отвечают требованиям, предъявляемым
к тяговым характеристикам тепловоза. Гидротрансформатор позволя-
ет увеличить силу тяги при трогании и малых скоростях движения, но
при высоких скоростях он работает при малом к.п.д. Гидромуфта, на-
оборот, обеспечивает экономичную работу в зоне высоких скоростей,
но не можег изменить силу тяги. Поэтому в гидравлических передачах
используют в различных комбинациях несколько гидротрансформа-
торов с различными параметрами и гидромуфт, включая их в работу
поочередно.
Гидравлические передачи установлены на некоторых сериях манев-
ровых тепловозов (ТГМ1, ТГМЗ, ТГМ4, ТГМ4А, ТГМ6Л и др.).
Наибольшее распространение на магистральных тепловозах полу-
чила электрическая передача, при которой дизель передает вращение на
главный генератор, преобразующий механическую энергию в электри-
ческую. От него получают энергию тяговые электрические двигатели,
валы которых связаны через зубчатую передачу со сцепными колесны-
ми парами тепловоза. Тяговые электродвигатели превращают электри-
ческую энергию снова в механическую.
Мощность главного генератора Nr меньше эффективной мощности
дизеля Л’е вследствие расхода мощности на привод вспомогательных
устройств тепловоза (компрессора, вентиляторов и т. д.), на что в сред-
нем тратится 8—12 % мощности и потерь в генераторе
.Vr = JVe Пвсп Пг>
где Пвсп — условный к. п. д„ учитывающий затрату энергии на работу вспомо-
гательных устройств;
т)г — к. п. д. генератора.
Мощность, отнесенную к колесным парам тепловоза, можно вы-
разить через мощность генератора Л'г с учетом потерь в тяговых элект-
родвигателях и в редукторе при передаче вращающего момента с вала
двигателя на колесные пары
— Од Па.
где Нд — к- п- Д- тягового электродвигателя;
Пп — к. п. д. редуктора.
108
Так как jVr - Urlr, мощность, Вт,
~ 7'г/г Лд Пп • (97)
где Ь'г — напряжение на главном генераторе. В;
/г — ток главного генератора. А.
Механическая мощность, затрачиваемая на движение поезда, про-
порциональна произведению силы тяги на скорость, Вт,
jVe=eFK/3,6. (98)
где v — скорость движения, км/ч;
FK — сила тяги тепловоза, Н.
Из равенства левых частей выражении (97) и (98) получают силу тя-
ги, Н.
А, =3,6-^-Цд п„. (99)
Как видно из формулы (99), сила тяги при электрической передаче
определяется напряжением и током главного генератора, к.п.д. элект-
родвигателей и передачи и скоростью движения. При неизменной мощ-
ности генератора (£7Г/Г) с возрастанием скорости сила тяги должна сни-
жаться. Для того чтобы выяснить, как получить такую зависимость,
необходимо рассмотреть характеристики главного генератора и тяго-
вых электродвигателей.
3S. Характеристики тяговых электродвигателей
и главных генераторов тепловозов
Из характеристик тяговых электродвигателей постоянного тока,
рассмотренных в главе 2, следует, что при неизменном подведенном на-
пряжении ил с увеличением силы тяги возрастает потребляемый ток
/д (это видно из выражения Гкд = 3,6 СФ/Д — AF), а следовательно,
и потребляемая мощность, равная (7Д/ л. Если главный генератор бу-
дет при различных силах тяги поддерживать неизменное напряжение,
то с увеличением силы тяги от дизеля потребуется большая мощность.
Для того чтобы дизель в широком диапазоне изменения силы тяги ра-
ботал с одинаковой мощностью, нужно с увеличением тока электро-
двигателя снижать в той же степени напряжение (/д. Например, при
увеличении тока в два раза напряжение на электродвигателе должно
уменьшаться в два раза.
Если при электрической передаче постоянного тока тяговые элект-
родвигатели включены под напряжение главного генератора Ur (рис.
74) параллельно, то напряжения на них равны, а ток главного генера-
тора /г равен сумме токов тяговых электродвигателей /л или
/г»а/д,
где а — число параллельно включенных тяговых электродвигателей.
Поскольку напряжение на тяговых электродвигателях определяет-
ся тяговым генератором, необходимо, чтобы с увеличением тока гене-
ратора /г соответственно уменьшалось напряжение Ur. Зависимость на-
109
пряжения от тока нагрузки называют внешней характеристикой ге-
нератора.
На рис. 75 приведены внешние характеристики генераторов при
независимом (.3), параллельном (4), последовательном (2) возбуждении,
а также при смешанном возбуждении с согласным (/) или встречным
(5) включением обмоток параллельного и последовательного возбужде-
ния. Характеристики / 4 вызовут увеличение мощности генератора
Л/, с увеличением гока /г, а характеристика 5, хотя и дает снижение
напряжения, с увеличением тока, однако закон изменения не соответ-
ствует постоянству мощности. Такое постоянство мощности будет при
гиперболической внешней характеристике генератора (отрезок be на
рис. 76), при которой Urlr const.
Гиперболическую внешнюю характеристику главного генератора
получают за счет автоматического регулирования возбуждения. Как
было выяснено в главе 2, с изменением напряжения на тяговом электро-
двигателе почти пропорционально изменится скорость движения ло-
комотива При увеличении силы тяги потребляемые токи /д, а следо-
вательно, и /г будут возрастать. Благодаря гиперболической внешней
характеристике генератора напряжение на нем и на тяговых электро-
двигателях будет уменьшаться, вследствие чего и скорость движения
тепловоза будет снижаться. При снижении нагрузки напряжение Ur
будет возрастать и вызывать увеличение скорости движения.
Таким образом внешняя характеристика Ьс обеспечивает изменение
сил тяги и скорости движения в широких пределах при неизменной
мощности дизеля. На тепловозах используют несколько внешних ха-
рактеристик генератора, каждая из которых соответствует определен-
ной мощности дизеля.
В период трогания и разгона тепловоз развивает наибольшую силу
тяги, а тяговые электродвигатели работают с наибольшими токами.
При трогании (точка а) э. д. с. тягового электродвигателя равна нулю,
подведенное от главного генератора напряжение должно быть неболь-
шим, так как оно уравновешивается только падением напряжения в об-
мотках электродвигателей и в соединительных кабелях. При разгоне
тепловоза, когда якоря тяговых электродвигателей начнут вращаться,
в них наводится э. д. с. и напряжение на главном генераторе должно
быть больше, чтобы уравновешивать не только падение напряжения,
но и э. д. с. электродвигателей. Разгон с неизменным током вызовет
неизменный магнитный поток, и э.д. с. двигателей будет пропорцио-
нальна скорости движения (£ = СФг). Примерно также должно из-
меняться и напряжение генератора Ur. В результате главный генера-
тор работает с возрастающей мощностью (Nr = Urlr) вплоть до номи-
нальной, которую он получает от дизеля. В этом случае машинист пере-
мещает рукоятку контроллера до последнего положения, увеличивая
подачу топлива в цилиндры и повышая частоту вращения вала дизеля
и генератора. Номинальная мощность дизеля достигается в точке Ь.
Таким образом на отрезке ab развивается наибольшая сила тяги тепло-
воза, ограниченная наибольшим допустимым током или сцеплением
колес с рельсами.
110
Дальнейшее увеличение напряжения
на генераторе при неизменном токе /г
привело бы к перегрузке дизеля По-
этому после точки b напряжение гене-
ратора должно возрастать только при
снижении тока /, или токов /я Чтобы
дизель реализовал номинальную мощ-
ность от точки b до зоны максимальной
скорости, частота вращения электродви-
гателей и скорость движения должны
возрасти в 4 5 раз. Примерно во
столько же раз должно увеличиваться и
напряжение на главном генераторе. Од-
нако регулированием магнитного потока
из-за насыщения магнитной системы на-
пряжение Uг можно изменить только не
более чем в 2.5 раза. При этом размеры
и масса главного генератора получаются
завышенными и неприемлемыми для теп-
ловоза. Из-за ограниченных габаритов
тепловоза возможно использовать регу-
лирование напряжения генератора толь-
ко в пределах 1,5 и менее, а чтобы обес-
печить гиперболическую внешнюю ха-
рактеристику главного генератора во
всем диапазоне скоростей от точки b до
точки с, воздействуют на тяговые элект-
родвигатели, применяя ослабление их
возбуждения или разные схемы их под-
ключения к генератору. Так, при дости-
жении наибольшего напряжения (в точ-
ке с на рис. 76) скорость еще не доходит
до половины максимальной.
Для того чтобы была снова использо-
вана гиперболическая часть he внешней
характеристики генератора, необходимо
при приближении к точке <• увеличить
ток If Это достигается использованием
ступени ослабления возбуждения тяго-
вых электродвигателей При включении
ступени ослабления возбуждения проис-
ходит изменение токов и магнитных по-
токов. В первый момент, когда обмотка
возбуждения тягового электродвигателя
шунтируется резистором, ток якоря воз-
растает за счет уменьшения сопротивле-
ния цепи двигателя, а ток возбуждения
и магнитный поток изменяются незна-
чительно. На рис. 77 в верхней части
— /г
Рис. 74. Схема параллельного
включения тяговых электро
дни га телей Ml ,М4 к главно
му генератору /'
Рис. 75. Внешние характери-
стики генераторов при различ-
ных системах возбуждения
Рис. 76. Внешняя характери-
стика главного генератора при
постоянной потребляемой мощ-
ности
пряжении генератора при
включении ослабления возбуж-
дения тягового электролнига-
гсля
111
показано увеличение тока генератора /г тепловоза 2ТЭ10Л с 26(М)
до 3400А, вызванное увеличением токов якорей тяговых электро-
двигателей. Увеличение тока /г приводит к снижению напряжения на
генераторе с 475 до 420 В (показано в нижней части рис. 77), а это в
свою очередь вызывает уменьшение тока тяговых электродвигателей
и генератора с 3400 до 2850 А. Снижение тока вызывает уменьшение маг-
нитного потока тяговых электродвигателей, а следовательно, и их э.д.с.,
что в свою очередь приводит к некоторому увеличению тока с 2850 до
3000 А. Все перечисленные процессы проходят быстро в течение не-
скольких секунд и в результате ослабления возбуждения тяговые элек-
тродвигатели и генератор работают с большими токами и меньшими
магнитными потоками. Степень ослабления возбуждения подобрана та-
ким образом, чтобы сила тяги тепловоза до ослабления возбуждения и
после была примерно одинаковой. При большем токе /, генератор сно-
ва будет работать на характеристике Ьс (см. рис. 76). В случае дальней-
шего увеличения скорости движения токи тяговых электродвигателей
и генератора уменьшаются (/,• уменьшается с 3000 до 2600 А), а напря-
жение генератора Ut растет. Если напряжение снова возрастет и при-
близится к точке с, включится вторая ступень ослабления возбужде-
ния, вызывающая новое увеличение токов /д и /,. и новое возвращение
на гиперболическую часть внешней характеристики. Обычно двух сту-
пеней ослабления возбуждения достаточно для использования гипер-
болической части характеристики до максимальной скорости движе-
ния. В том случае, когда при подходе к точке с ток /,. не будет увели-
чен, с возрастанием скорости движения и при снижении токов /д и /г
работа будет проходить по отрезку cd. При этом резко снижается
мощность.
Для рассмотрения процессов в тяговом электродвигателе при вклю-
ч«пш1 степени ослабления возбуждения на рис. 78 приведены электро-
механические характеристики тягового
Рис *К г».к к tpoMcxai лчсские
\ . рак icpuc г ок и гяговон) «лек
гр<>двигатели ЭД-118А
электродвигателя последовательного воз-
буждения ЭД-1 I8A при изменении напря-
жения по гиперболической внешней ха-
рактеристике генератора для полного и
двух ступеней ослабления возбуждения.
Скоростные характеристики v (/J в зо-
не больших токов опускаются ниже,
чем при работе под неизменным напря-
жением, а электротяговые (/д) при
любых напряжениях остаются без изме-
нения, так как сила тяги от напряжения
практически не зависит, а определяется
током и магнитным потоком (Гкд
3,6 СФ/Л — AF).
Из этих характеристик видно, что,
например, при переходе со скоростной
характеристики полного возбуждения на
характеристику OBI при скорости v =
38 км/ч (из точки а в точку Ь) ток изме-
няется с 540 до 660 А, а сила тяги Л’мд по электротяговым характери-
стикам остается практически одинаковой (точки с и d). Неизменная
сила тяги сохраняется и при переходах на ступень ослабления воз-
буждения 082, и при обратных переходах.
Ток генератора /г при подходе к точке с (см. рис. 76) можно также
увеличить, переключив тяговые электродвигатели с последовательного
на последовательно-параллельное соединение, т. е. вследствие увели-
чения числа параллельных ветвей электродвигателей (тепловозы ТЭ2,
ТЭ1).
По две ступени ослабления возбуждения без переключения тяговых
электродвигателей применяют на тепловозах 2ТЭ116, 2ТЭ10В, 2ТЭ10Л,
ТЭ10. ТЭЗ, ТЭ1170, ТЭ1160, ТЭ1110.
Тепловозы 2ТЭ116, ТЭ109, ТЭП75, ТЭП70 оборудованы электричес-
кой передачей переменно-постоянного тока. В ней с дизелем соединен
ротор синхронного главного генератора, преобразующего механичес-
кую энергию дизеля в электрическую энергию переменного шенифаз-
ного тока, имеющего частоту до 100 Гц. Переменный ток преобразовы-
вают с помощью кремниевых выпрямителей в постоянный, который
подводится к тяговым электродвигателям постоянного тока. Цепь воз-
буждения главного генератора получает питание от однофазного син-
хронного возбудителя через управляемый тиристорный мост, выпрям-
ляющий переменный ток и изменяющий выпрямленный ток возбужде-
ния регулированием угла открытия тиристоров. Система автоматичес-
кого регулирования тока возбуждения главного генератора позволяет
получить необходимую гиперболическую внешнюю характеристику с
ограничением тока при разгоне и ограничением напряжения при высо-
ких скоростях движения.
Использование синхронных главного генератора и возбудителя
позволяет получить меньшие габаритные размеры и массы машин, боль-
шую надежность в работе, а применение тиристорных регуляторов спо-
собствует повышению точности и устойчивости системы регулирования.
В перспективе возможно применение на тепловозах электрических
передач переменно-переменного тока с асинхронными короткозамкну-
тыми тяговыми электродвигателями, имеющими меньшие габаритные
размеры и обладающими большей надежностью в эксплуатации и по-
ниженными затратами на техническое обслуживание и ремонты. Для
плавного регулирования скорости движения тепловоза между син-
хронным генератором и асинхронными тяговыми электродвигателями
необходим тиристорный преобразователь частоты.
Наибольшая сила тяги, развиваемая тепловозом с электрической
передачей, может ограничиваться нагреванием электрических машин—
главного генератора или тяговых электродвигателей, которое будет
рассмотрено в главе 12.
36. Тяговые характеристики тепловозов
Для определения силы тяги тепловоза (или дизель-поезда) при раз-
личных скоростях движения используют тяговые характеристики F„(v).
На рис. 79 показаны тяговые характеристики тепловоза 2ТЭ10В с
1)3
электрической передачей на ряде промежуточных (частичных) положе-
ний рукоятки контроллера машиниста и на посзеднем 15-м положении.
Каждому положению рукоятки соответствует определенная частота
вращения коленчатого вала дизеля: от 400 об/мин на 1-м до 850 об/мин
на 15-м положении, когда дизель работает с номинальной мощностью
2210 кВт. Эта мощность дизеля поддерживается постоянной в зоне ско-
ростей после разгона до максимальной. В период разгона сила тяги
ограничивается сцеплением колес с рельсами. Силу тяги по сцеплению
определяют по формулам (II), (12) и (14) при массе локомотива 271 т
(по 21,5 т массы, приходящейся на каждую колесную пару). Для под-
держания постоянной мощности в зоне рабочих скоростей и неодно-
кратного использования гиперболической части внешней характерис-
тики главного генератора тяговые электродвигатели работают в зоне
малых скоростей при полном возбуждении, в зоне более высоких ско-
ростей с использованием ослабленного возбуждения ОВ1, а затем ОВ2.
Переход на ОВ1 происходит при скорости 38 км/ч, на ОВ2 — при
62,5 км/ч. Обратные переходы с ОВ2 на OBI и с ОВ1 на ПВ при сниже-
нии скорости движения реле выполняют при скоростях на 10—20 км/ч,
ниже, чем при прямых переходах. Это расхождение скоростей делают
4,яЯ
aso
воо
по
т
500
ово
ооо
по
по
100
во
0 № го 30 00 50 00 70 to SO too v.KM/ч
Рис. 79. Тяговые характеристики тепловоза 2ТЭ10В
114
Рис. 81. Тяговые характеристики тепловоза ТЭЗ (значения в числителе для
одной секции, и знаменателе для двух)
115
для устранения частых повторных включений и отключений контакто-
ров ослабления возбуждения при движении в зоне скоростей переходов.
На тепловозе 2ТЭ10В скорости обратных переходов установлены с 0В2
на 0В1 при v 43 км/ч, с OBI на ПВ при v 27,5 км/ч. Скорости при
включении и отключении ступеней ослабления возбуждения на разных
положениях рукоятки контроллера помечены на графиках условными
значками. Тяговые характеристики тепловозов дополнены таблицами
с указанием скоростей, сил тяги и токов главного генератора на номи-
нальной характеристике (15-е положение рукоятки).
В зоне скоростей между прямыми и обратными переходами на сту-
пени ослабления возбуждения силы тяги могут несколько отличаться
(см., например, на 13-м положении рукоятки). При расчетах в этом слу-
чае можно пользоваться тяговыми характеристиками с учетом направ-
ления изменения скорости или для упрощения брать средние значения
силы тяги при движении с увеличением и уменьшением скорости движе-
ния (т. е. при ПВ и OBI, OBI и ОВ2). При движении на промежуточ-
ных характеристиках дизель и весь тепловоз работают с меныпей мощ-
ностью. Каждому положению рукоятки контроллера машиниста соот-
ветствует определенная частота вращения вала дизеля, задаваемая спе-
циальными механизмами, воздействующими на регулятор частоты вра-
щения.
Тяговая характеристика тепловоза 2ТЭ116 на 15-м положении руко-
ятки контроллера машиниста приведена на рис. 80. Как видно из ри-
Рис. 82. Тяговые характеристики тепловоза ТЭП60
116
сумка, характеристика тепловоза 2ТЭ116 незначительно отличается от
характеристики тепловоза 2ТЭ10В. Скорость перехода на ступень ос-
лабления возбуждения ОВ1 тяговых электродвигателей здесь состав-
ляет 43,5 км/ч. на ступень 0В2 — 58. 5 км/ч. Обратные переходы про-
исходят: с ОВ2 на ОВ! при скорости 46 км/ч, с 0В1 на ПВ — при ско-
рости 32 км/ч.
На рис. 81 приведены тяговые характеристики наиболее распро-
страненного тепловоза ТЭЗ. Тяговые электродвигатели этого тепловоза
соединены последовательно-параллельно (СП), по два последовательно
в три параллельные ветви на каждой секции. Рукоятка контроллера
машиниста имеет 16 положений. Последняя 16-я позиция соответствует
номинальной мощности дизеля 1470 кВт. В период разгона сила тяги
ограничена пусковым током. Включение ослабления возбуждения про-
исходит. ОВ! при скорости 29,5 км/ч, ОВ2 при скорости 51,5 км/ч.
При снижении скорости обратные переходы с ОВ2 на OBI происходят
при скорости 35,5 км/ч и с OBI на ПВ — при скорости 24 км/ч.
117
Рис. 84. Удельные тяговые
характеристики тепловоза
2ТЭ116 с составом массой
5000 т
На рис. 82 и 83 представлены тяго-
вые характеристики пассажирских теп-
ловозов соответственно ТЭП60 и ТЭП70.
Эти тепловозы имеют меньшие силы тяги
и большие скорости движения.
На основании тяговых характеристик
строят удельные тяговые характеристики
в порядке, изложенном в параграфе 15,
построение которых рассмотрим на при-
мере.
Пример. Рассчитать и построить удельные
тяговые характеристики тепловоза 2ТЭ116
массой 271 т при работе с составом массой
5000 т (при скоростях от пуля до 100 км/ч).
Решение. 1. Силу тяги тепловоза
находим из тяговых характеристик и зано-
сим в табл. 9. В зоне скоростей между прямы-
ми и обратными переходами на различные сту-
пени возбуждения силу тяги будем определять как средние значения. Так,
при v - 32 км/ч Fк 385,2 кН. Акг,в — 378.5 кН. Следовательно, FK
- (385,2 + 378,5)72 - 381.9 кН
Таблица 9
е. км/ч Лк. кН /к. Н/кН V. км/ч F«. кН /к. Н/кН
0 797,0 15,42 46 270,0 5,22
10 667,0 12.90 50 250,0 4,84
19,5 596,2 11,53 58.5 215,0 4,16
24,2 496,2 9,60 70 179.8 3,48
32 381,9 7,39 80 157,9 3,05
40 311,7 6,03 90 140,0 2,70
43,5 288,2 5,58 100 126,5 2,44
797 кН
2. При заданной массе поезда т 5271 т определяем удельные силы тиги
по формуле (2):
при о - 0 км/ч Гц
тогда
/к
Результаты расчетов сведены в табл. 9 и приведены на рис. 84
797 000
----------- 15.42 Н'кН
5271-9,81
118
ГЛАВА 6
СИЛЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ
ПОЕЗДА
37. Силы основного сопротивления движению поезда
Общие сведения, К силам сопротивления движению поезда относят
внешние неуправляемые силы, направленные, как правило, против дви-
жения поезда. Эти силы, так же как и силы тяги, приводят к точкам ка-
сания колес с рельсами. Силы сопротивления движению делят на ос-
новные, действующие при движении поезда всегда, и дополнительные.
возникающие только при движении по отдельным участкам пути или в
отдельные периоды времени. Сумму сил основного и дополнительного
сопротивлении называют общим сопротивлением движению поезда W'h.
Силы сопротивления движению поезда складываются из сил сопро-
тивления движению локомотива W и состава W. Силы сопротивления
движению состава в свою очередь являются суммой сил сопротивления
движению вагонов.
В расчетах используют удельные силы сопротивления движению,
т. е. силы, выраженные в ньютонах, отнесенные к 1 кН веса поезда.
Силы основного сопротивления движению U?o, действующие при
движении дю прямолинейному горизонтальному пути, обусловлены
в основном трением в подшипниках подвижного состава, взаимодейст-
вием колесных пар подвижного состава с рельсами и сопротивлением
воздушной среды при отсутствии ветра.
Сила трения в подшипниках подвижного состава. На рис. 85 по-
казан подшипник трения скольжения. При действии нагрузки на шей-
ку оси подвижного состава <?о| и вращении колесной пары по часовой
стрелке возникает сила трения, равная произведению силы <?о) на ко-
эффициент трения <р. Очевидно, сила 7olq, умноженная на радиус шей
ки оси d/2, дает момент сопротивления вращению
М, <?<., qxi '2.
Заменим этот момент сопротивления равным ему моментом Л1, с
приложением силы а к точке касания колеса и рельса
М* аО2.
Момент Л12 действует также против направления вращения колеса'
Сила а. являющаяся внутренней относительно поезда, вызывает рав-
ную ей внешнюю относительно поезда горизонтальную реакцию рель-
са IFTP, действующую против движения поезда, — силу сопротивле-
ния движению поезда, вызванную трением в подшипнике, которая пре-
пятствует движению. Из равенства сил IFTp на и моментов М, и Мг
получим
»'тр = а qol<fd/D.
119
Как видно из этой формулы, на силу сопротивления движению
влияют нагрузка от колес на рельсы, коэффициент трения и отноше-
ние диаметра шейки оси к диаметру колеса.
Силу сопротивления движению поезда от трения в буксовых под-
шипниках можно определить суммированием сил №тр по всему поез-
ду. Если пренебречь разницей между нагрузкой от колес на рельсы и
нагрузкой на шейку осн (определяемую весом колесной пары), то удель-
ная сила сопротивления движению, Н/кН,
а^р 1000<рГП.
Поскольку отношение dID колеблется для вагонных колесных пар в
небольших пределах, удельная сила сопротивления движению от тре-
ния в буксовых подшипниках зависит от коэффициента трения ф, кото-
рый изменяется в зависимости от вязкости смазки, ее физико-химичес-
ких свойств, силы нажатия на единицу площади подшипника, частоты
вращения шейки и температуры наружного воздуха. С понижением
температуры возрастает вязкость смазки и увеличивается коэффициент
трения. Поэтому в буксы вагонов на летний период заливают более
вязкую летнюю смазку, а на зимний период менее вязкую зимнюю
смазку. На дорогах севера используют специальную смазку — север-
ную. В настоящее время проходит испытания универсальная смазка,
коэффициент трения которой изменяется в меньших пределах.
Можно считать, что удельное сопротивление движению за счет тре-
ния в подшипниках скольжения составляет в среднем 0,5 1 Н/кН.
У локомотивов при движении на выбеге или при механическом тор-
можении — без тока (на холостом ходу) — в силы сопротивления дви-
жению от трения и^тр х входят также силы трения в элементах переда-
чи, моторно-осевых подшипниках при опорно-осевом подвешивании или
подшипниках редуктора при рамном подвешивании. При работе в ре-
жиме тяги или при электрическом торможении силы трения в моторно-
якорных подшипниках учитывают во вращающем моменте, а силы тре-
ния в зубчатой передаче и моторно-осевых или редукторных подшип-
никах — при пересчете момента на валу тягового электродвигателя
(или момента дизеля) в касательную силу тяги. Поэтому в силы сопро-
тивления движению локомотива в режиме
тяги или электрического торможения их не
включают. Таким образом получается, что
VTPM>IF^.
Сила трения качения колес по рельсам.
Эта сила возникает вследствие деформации
опорных поверхностей колес и рельсов и про-
садки пути. На рис. 86, а показано колесо в
состоянии покоя. Под действием нагрузки от
него на рельс q0 деформируются и колесо, и
рельс, в результате они соприкасаются по
площадке, имеющей форму эллипса с длинной
осью, равной А В. На силу q0 со стороны рельса
по всей площадке возникают симметричные
относительно вертикальной оси силы реак-
Рнс. 85. Образование си-
лы сопротивления дви-
жению от трения в бук-
совых подшипниках
120
Рис. 86. Деформация колеса н рельса:
а — » статическом положении; б при движении н<нм
д*1 с образованием силы трения качения колеса по
ргГ1>СУ
Рнс. 87. Схема действия
сил при прохождении
колесом стыка
ции. Равнодействующая этих сил R направлена вертикально и урав-
новешивает силу </0. В случае качения колеса по рельсу (рис. 86, б) си-
лы реакции со стороны рельса перераспределяются: в набегающей час-
ти колеса они больше, а в сбегающей части — меньше, как показано ус-
ловно стрелками на длине CD. Равнодействующая этих сил R, прило-
женная в точке Е и направленная перпендикулярно поверхности коле-
са и рельса, оказывается наклоненной в сторону, противоположную на-
правлению движения. Если силу R, внешнюю относительно поезда,
разложить на вертикальную и горизонтальную составляющие, то вер-
тикальная сила Ra уравновесит силу q0, а горизонтальная сила (Гур н,
направленная против движения, создает силу трения качения колеса
по рельсу. Силу №трк, кН, можно определить, предположив, что сила
R направлена к центру колеса О. Тогда из подобия треугольников EHG
и F.MO получим
HG/MO ЕН /ЕМ.
Вследствие малой деформации колеса по сравнению с его радиусом
примем МО DI2.
Учитывая, что Ro можно записать
_£о_ Д^гри
DH 6 ’
где Л — плечо трения качения.
Откуда горизонтальная сила, Н,
Гтри 2-КЮОч., б/D.
Силу сопротивления движению от трения качения колес по рельсам
определяют суммированием сил 1Г1рк всех колес. Удельная сила со-
противления от трения качения колес по рельсам, Н/кН.
(р,р„ 2 10006 I).
С увеличением твердости материала колеса и рельса отрезок 6
уменьшается. Аналогично на величину W грк влияет и жесткость пути.
Таким образом сопротивление движению от трения качения уменьша-
ется с уменьшением нагрузки от колесных пар на рельсы, увеличени-
121
ем диаметра колес, твердости материала колес и рельсов и жесткости
пути. Удельная сила сопротивления движению от трения качения ко-
лес в среднем составляет 0,2—0,4 Н/кН.
Сила трения скольжения колес по рельсам. Качение колес по рель-
сам сопровождается их проскальзыванием, вызывая силу трения
скольжения между колесами и рельсами. Проскальзывание колес ло-
комотивов и вагонов вызвано конусностью рабочих поверхностей
бандажей колесных пар и отклонением их диаметров (см. рис. 3), от-
клонениями колесных пар от перпендикулярного к осн пути положения
из-за нарушения размеров при сборке тележек вагонов и локомотива,
а также вследствие виляния кузовов, тележек и колесных пар, создаю-
щих колебания в горизонтальной плоскости при их движении по пря-
молинейному пути. Эти колебания уменьшаются при натянутых авто-
сцепках, под действием большой силы тяги локомотива, например в
случае движения поезда по подъему. Удельная сила сопротивления от
трения скольжения колес по рельсам составляет 0,15—0,4 Н/кН.
Сила сопротивления от ударов на неровностях пути. При прохожде-
нии стыков и неровностей пути возникают удары, вызывающие силы,
действующие против направления движения поезда (рис. 87). Под дей-
ствием нагрузки от колеса на рельс он, несмотря на накладки, про-
гибается и колесо наезжает на следующий рельс в точке А. При этом
на колесо действует внешняя сила R, направленная перпендикулярно
его поверхности. Если эту силу разложить на вертикальную и горизон-
тальную. то горизонтальная сила 1Гне|1, направленная против движе-
ния, и является силой сопротивления движению от стыка. Аналогич-
ная картина возникает и при прохождении других неровностей пути.
Эта сила зависит от скорости движения, нагрузки от колес на рельсы,
расстояния между стыками, зазора в стыке. Сила сопротивления движе-
нию от стыков уменьшается при длинных рельсах, более тяжелых рель-
сах и щебеночном балласте. Наибольший эффект дает применение бес-
стыкового пути. В среднем сила сопротивления движению поезда от
ударов па неровностях пути составляет 0,05—0,5 Н/кН.
Силы сопротивления воздушной среды. При движении поезда перед
его лобовой частью образуется зона сжатого состояния воздуха, кото-
рый оказывает встречное давление на лобовую стенку локомотива. Бо-
ковые поверхности и крыши подвижного состава соприкасаются со стру-
ями скользящего по ним воздуха, увлекают часть его за собой, создавая
поток воздуха и трение части воздуха о стенки подвижного состава и
между собой. В между вагон ном пространстве и у выступающих частей
образуются завихрения. Под подвижным составом часть воздуха увле-
кается поездом, создает завихрения и поток, соприкасающийся с верх-
ним строением пути. За последним вагоном поезда создается разреже-
ние воздуха. Все эти явления вызывают внешние силы, действующие на
поезд, направленные против движения, называемые силами сопротив-
ления воздушной среды. Эти силы зависят от площади поперечного сече-
ния поезда, длины поезда, от взаимного расположения разных типов
вагонов в составе, формы лобовой части локомотива и задней стенки
хвостового вагона, наличия выступающих частей у подвижного соста-
ва и от скорости движения.
122
Сила сопротивления воздушной среды пропорциональна примерно
квадрату скорости и имеет особо важное значение при скоростном дви-
жении. Наименьшим сопротивлением обладает поезд, имеющий обте-
каемую <сигарообразную> форму с выпуклой лобовой и хвостовой стен-
ками без выступов и неровностей на подвижном составе.
Требованиям обтекаемости в большей мере удовлетворяет высоко-
:коростной электропоезд ЭР200, рассчитанный на движение со скоро-
стью до 200 км/ч, имеющий закругленную в плане и скошенную
зерхнюю часть головного и хвостового вагонов, убранные внутрь ваго-
нов поручни и другие выступающие части.
38. Формулы для расчета сил
основного удельного сопротивления движению
Все рассмотренные составляющие сил сопротивления движению за-
висят от большого числа факторов, в том числе случайных, учет кото-
рых приводит к чрезмерному усложнению расчетов. Поэтому основное
удельное сопротивление движению каждого вида подвижного состава
определяют по эмпирическим формулам, полученным ВНИИЖТом на
основании обработки результатов испытаний.
Эти формулы приводят в ПТР и справочниках отдельно для звень-
евого (стыкового) и бесстыкового пути, а для локомотивов, электро- и
дизель-поездов — в режиме тяги или электрического торможения (под
током) и на холостом ходу (выбег или механическое торможение).
Ниже приведены формулы дтя некоторых видов подвижного состава
железных дорог, Н/кН.
1. При движении по звеньевому (стыковому) пути. Для электрово-
зов и тепловозов:
при движении под током
=1,9 + 0,01» + 0.0003»»; (100)
при движении без тока
Шх=»2.4 +0,011о + 0,00035р‘. (101)
В случае необходимости более точного учета основного удельного
сопротивления локомотивов можно использовать кривые, приведенные
в ПТР.
Для электропоездов ЭР1, ЭР2 ЭР9:
при движении под током
и-; 1.1 + 0.012»0,000267»*; (102)
при движении без тока wx=l,24 ( 0.02» 0,000267»». (103)
Для электропоездов ЭР22: при движении под током 1,1+ 0,012»-i 0,000247»*; (104)
при движении без тока шх^1,22 ) 0.016» ) 0,000247»*. (105)
123
Для других серий электропоездов:
при движении под током
0.6 I 0,03» I O.OOW18»*: (106)
при движении без тока
1.1 । 0.02» .-0.00023»» (107)
Для дизель-поездов ДР1. Д1, Д:
при движении в режиме тяги
1.11 0,012» - (0.000217 ( 0,000461/ли) »*; (108)
при движении на выбеге и при механическом торможении
»», (109)
здесь
(0,47 4 0.014») лм/лв, (ПО)
где л„. лм— соответственно общее чис...> вагонов и число моторных вагонов
в днзель-поезде.
Для груженых четырехосных вагонов на подшипниках скольжения
и шестиосных вагонов на роликовых подшипниках с массой, приходя-
щейся на одну ось тм > 6 т, в составе поезда
и»;-0,7 +(8-1 0,l»+0,0025»»)/m1OT. (1)1)
Для груженых четырехосных вагонов на роликовых подшипниках
и вагонов рефрижераторных поездов (гпво> 6 т) в состаге поезда
и»; 0,7-+(3 + 0,1» +О.0025»*).тво (112)
Для восьмиосных вагонов на роликовых подшипниках
wj —0,7 + (6 +0,038»+0.0021»*)/тв(>. (113)
Для порожних четырехосных вагонов на подшипниках скольже-
ния (тго < 6т)
и>£= 1,5 + 0,045» + 0,00027»». (114)
Для порожних четырехосных и шестносных вагонов на роликовых
подшипниках (тиво 6т)
»; = 1,0 + 0,044»+ 0,00024»*. (115)
Для пассажирских цельнометаллических вагонов на роликовых под-
шипниках (в составе поезда) для скоростей движения до 160 км/ч
»о = °.7Н-(8+0,18» + 0,003»*)/тв„. (116)
2. При движении по бесстыковому пути. Для электровозов и тепло-
возов:
при движении под током
1.94 о.008» +0,00025»*. (117)
при движении без тока
щх=2,4 + 0,009» + 0,00035»*. • (118)
124
Для электропоездов ЭР1, ЭР2, ЭР9:
при движении под током
и>; I.) | 0.01с | 0,000227»*: (II»)
при движении без тока
1.24 i 0.01&' | 0.000227с». (120)
Для электропоездов ЭР22:
при движении под током
1.1 1-0,01» | 0.000207с»; (121)
при движении без тока
ю» 1,22 1-0,016» | 0,0002071-». (122)
Для других серий электропоездов:
при движении под током
0,6 I 0.027» I 0.00005»»; (123)
при движении без тока
шч_|.| | 0,017» | 0.0002с» (124)
Для дизель-поездов ДР1, Д1, Д:
при движении в режиме тяги
а>^ 1.1 I 0.01» | (0.000167 | 0,000461 /п„) »»; (125)
при движении на выбеге и при механическом торможении брать по
юрмулам (109) и (НО) для звеньевого пути.
Для груженых четырехосных вагонов на подшипниках скольже-
шя и шестиосных вагонов на роликовых подшипниках (тя„ > 6 т)
»о 0.7-Н8 | О.08»+О,0О2»*)/т,о. (126)
Для груженых четырехосных вагонов на роликовых подшипниках и
угонов рефрижераторных поездов (тво> 6 т)
0.7-) (3-4-0.09» + 0.002»‘)/т,„. (127
Для восьмиосных вагонов на роликовых подшипниках
и-' = 0.7Ч-(6—0.026»-|-0,0017»’)/тви, (128)
Для порожних четырехосных вагонов на подшипниках скольже-
ния (т,о С 6т)
-l.5 + 0,042v-r-0,00018с» (129)
Для порожних четырехосных и шестиосных вагонов на роликовых
подшипниках (т,„^ 6 т)
ю;--л|,0 + 0,042» + 0,00016о». (130)
Для пассажирских цельнометаллических вагонов на роликовых под-
шипниках
ю-^0.7-* (8Ц 0,16»4-0,0023»’)/т,., (131)
125
Рнс. 88. Зависимость основного удельного сопрел нилення движению от скорости
для локомотинон и вагонов при днижении по звеньевому пути (а) и бесстыко-
вому пути (б):
/ порожние четырехосные вагоны с подшипниками скольжения; 2 -то же на ролики-
яых подшипниках; 3 локомотивы при днижении на холостом ходу (на выбеге или при
мсхамичесжом торможении); 4 то же при движении под таким (и тяге или при электри-
ческом торможения); .5 груженые четырехосные вагоны с подшипника мм скольжении
ImBj-17,5 т); 6 то жг на рол и к оных нплшнпммкмх; 7 груженые меьмиосныс ил гоны
МВ роликовых ПОДШИПНИКИ X (П1нь-21) т)
В зоне скоростей 0—10 км ч основное удельное сопротивление дви-
жению принимают неизменным, рассчитанным но приведенным форму-
лам при v 10 км/ч. Среднюю массу, приходящуюся на ось вагона, и
процентное соотношение вагонов на роликовых подшипниках и под-
шипниках скольжения задает МПС.
Из приведенных формул видно, что основное удельное сопротивле-
ние движению возрастает с увеличением скорости, причем в зоне высо-
ких скоростей за счет квадратичной составляющей, отражающей со-
противление воздушной среды, сопротивление движению растет интен-
сивнее по сравнению с малыми скоростями. У грузовых вагонов основ-
ное удельное сопротивление движению увеличивается при снижении
массы вагона. Бесстыковой путь способствует снижению сопротивле-
ния движению поезда На рис. 88 и в табл. 10 приведены значения ос-
новного удельного сопротивления для некоторых видов подвижного со-
става при движении по звеньевому и бесстыковому пути.
39. Расчет основного удельного сопротивления
движению поезда
Приведенные эмпирические формулы позволяют определить силы
основного удельного сопротивления каждого вида подвижного состава
Основное сопротивление движению равно произведению удельной силы
сопротивления движению локомотива или вагона на их вес.
Поскольку сопротивление движению локомотивов в зависимости от
режима работы рассчитывают по разным формулам, целесообразно вна-
127
ча-'ie определить сопротивление движению состава, а затем локомотива
в нужном режиме.
Основное сопротивление движению состава, Н, определяют как сум-
му сопротивлений движению каждого типа вагонов
И'о <1 "»i ₽ • «’пгт. и | ... j (132)
где и£р основное удельное сопротивление. Н/кН, каждого типа наго-
ю*п( нов. входящих в состав;
mt. т*..... тп массы соответствующих типов нагонов, нходящих я состав, т;
1* ускорение свободного падения: ц 9.81 мс1.
Основное удельное сопротивление движению состава, Н кН,
*ol т> I »О2 т» I • • t- т"
< --------------------------------------- . (133)
mcg т, I mt | ... тп
где т,- масса состава, т. равная сумме масс вагонов.
Если соотношение вагонов различных типов в составе задают в про-
центах по массе вагонов, то основное удельное сопротивление движе-
нию. Н/кН.
Pi <1 Рг <2 i • • -I Р" «>"»
где Р|. р», .... Рп процентное соотношение масс вагонов различных типов.
Основное сопротивление движению локомотива, Н.
и7’о^»отлЯ. (135)
где т„ - масса локомотива, т.
Основное сопротивление движению поезда 1Г(1 определяю! как сум-
му основных сопротивлений движению локомотива и состава. При дви-
жении в режиме тяги или электрического торможения (под током)
az„ г; । г-. < 136)
Основное удельное сопротивление движению поезда, II: кН,
1 »о т» I »о т?
— (137)
mg---------------------------------------------------------т
Аналогично при движении поезда в режиме холостого хода (выбе
га или механического торможения) основное сопротивление движению
поезда, Н,
w',» г„-| ir;. (138>
а основное удельное сопротивление движению поезда, Н/кН,
»х mtl 1 w* т,.
-------------• (139)
т
Необходимо отметить, что удельные силы сопротивления движению
поезда определяют не как сумму удельных сил каждого вагона и локо-
мотива, а как средневзвешенную величину.
128
Пример. Определить удельные силы сопротивления движению, действую-
щие на поезд, движущийся в режиме тяги со скоростью 60 км/ч по бесстыковому
пути. Поезд состоит из электровоза ВЛ 10, имеющего массу 184 т, я состава мас-
сой 4500 т, сформированного из восьмиосных вагонов массой 160 т и четырехос-
ных вагонов на роликовых подшипниках массой 70 т каждый. В составе 20%
восьмиосных вагонов и 80% четырехосных (по массе).
Решение. I. Основное удельное сопротивление движению восьмносно-
го вагона с роликовыми подшипниками Wo8 при движении по бесстыковому пути
определяем по формуле (128). Масса, приходящаяся на одну ось, тв0 =
— щв/8 = 160/8 = 20 т. Тогда
6 + 0,0260+0,00170» 6 + 0.026-60 + 0,0017-60»
<8-V+ ’----”0,7+—-1---------р-----------= 1,38 Н/кН.
тво 20
2. Основное удельное сопротивление движению груженых четырехосных
вагонов с роликовыми подшипниками Wo 4р при движении по бесстыковому пути
рассчитываем по формуле (127). Масса, приходящаяся на одну ось, т1<п = 17,5 т.
„ , , 3+0,09о+0,002о» „ „ . 3 + 0.09-60 + 0,002-60» .........
«tup =0,7-|------------------=0,7+-----------——-----------=1,59 Н/кН.
!Лв<-| 17,5
3. Основное удельное сопротивление движению состава определяем по фор-
муле (134). При р, = 20% и pip = 80%
, P»Woe + P«P юо<р 20-1,38 + 80-1,59 ........
-------ioo-----------------155--------155 н/,н-
4. Основное удельное сопротивление движению электровоза определяем по
формуле (117):
< = 1,9 + 0,008» + 0,00025с*» = 1,9 + 0,008-60 + 0,00025-60* = 3,28 Н/кН-
5. Основное удельное сопротивление движению поезда рассчитываем по
формуле (137):
<л»л+<«с 3,28-184+1,55-4500 , „ ,,, ,,
и>о- ------------- ---------------------= 1,62 Н/кН.
т 4684
40. Силы дополнительного сопротивления движению
К силам дополнительного сопротивления движению относятся
силы сопротивления, возникающие от уклонов, при движении в кри-
вых участках пути, трогании с места; силы сопротивления, создавае-
мые подвагонными генераторами в пассажирских поездах, а также силы
сопротивления, возникающие при низких температурах наружного воз-
духа и действии встречного или бокового ветра.
Дополнительное сопротивление от уклонов. Эта сила создается со-
ставляющей веса поезда, действующей на подъеме против движения по-
езда, а на спусках — по направлению движения.
Крутизна подъема определяется углом а (рис. 89). На железнодо-
рожном транспорте крутизну подъемов (измеряют в тысячных далях
(°/<л)1 равных отношению высоты подъема ВС к его длине АВ (т. е. к
•%л). умноженному на 1000:
ВС
1=1000 sin а =1000—- • (140)
АВ
5 3«к зов 129
Если известны высоты точек А и В над уровнем моря и Я2, то
крутизна, ®/м,
i= 1000 (W* —WO/s-u,. (141)
Иными словами, крутизна i, ®/м, показывает высоту подъема в мет-
рах на каждый километр пути. Например, на подъеме 5°/оО поезд подни-
мается на 5 м на каждый километр пути. В случае спуска перед укло-
ном ставят знак минус.
На рис. 89 показана схема сил, действующих на подвижной состав,
находящийся на уклоне. Вертикальную силу тяжести G поезда, отло-
женную в масштабе в виде вектора ОК, можно разложить на две состав-
ляющие. Сила Oh, направленная перпендикулярно к рельсам, не ока-
зывает влияния на движение поезда, а сила OD, действующая при дви-
жении по подъему против движения, является силой сопротивления
движению от подъема Из этого рисунка видно, что сила, кН,
U7,= G sin а'.
Для поезда массой т, т, сила G — 1000 mg, тогда сила, Н,
= lOOOmg sin а'.
(142)
Треугольники CAB и LOK подобны, так как имеют взаимно пер-
пендикулярные стороны. Следовательно, а = а' и sin а = sin а'.
Подставив в выражение (142) значение sin а из формулы (140), полу-
чим, Н,
(143)
Так как удельная сила дополнительного сопротивления движению
от подъема равна силе Н, деленной на вес поезда, кН, получим,
Н/кН,
(144)
Таким образом, удельная сила дополнительного сопротивления от
подъема, Н/кН, численно равна подъему в тысячных долях. Например,
при движении поезда по подъему в 9°/00 он будет испытывать удельное
дополнительное сопротивление движению в 9 Н/кН. При движении по
спуску такой же крутизны удельная сила сопротивления движению от
уклона будет иметь то же значение,
но действовать она будет по направ-
лению движения поезда.
Дополнительное сопротивление
при движении поезда в кривой. При
движении поезда в кривых участках
пути на него действует центростреми-
тельное ускорение. При этом колеса
гребнем набегают на наружный рельс
и прижимаются к нему. Сила реакции
Рис. 89. Схема сил, действующих
на подвижной состав на у слоне
наружного рельса вынуждает поезд
двигаться криволинейно. Между греб-
130
ними колес и боковой поверхностью головки
рельса возникает трение. При движении в кри-
вых увеличивается также проскальзывание ко-
лес относительно рельсов из-за разной длины
наружного и внутреннего рельсов, несмотря на
конический профиль рабочих поверхностей ко-
лес. При входе в кривые и выходе из них или при
изменении радиуса кривой тележки поворачи-
ваются относительно кузова и появляется трение рис эд схема крн-
в опорах и боковых скользунах. вого участка пути И
Все перечисленные силы трения, приведен-
ные к ободам колесных пар, и создают силы дополнительного
сопротивления движению от кривизны пути.
Силы дополнительного сопротивления движению от кривых воз-
растают с уменьшением радиуса кривой, а также зависят от скорости
движения, вида подвижного состава, состояния пути и степени возвы-
шения наружного рельса, боковых зазоров между рельсами и гребня-
ми колес, степени износа колесных пар и их разбегов. Из-за большого
числа факторов и сложных зависимостей сил сопротивления движению
от условий эксплуатации дополнительное удельное сопротивление дви-
жению от кривых uir, Н/кН, на эксплуатируемых железных дорогах
определяют по эмпирическим формулам в зависимости только от ра-
диуса
оу=700//?,
(М5)
где /? — радиус кривой, м (рис. 90).
Кривая на железной дороге, кроме радиуса R и длины sKp, может
быть задана центральным углом а и длиной sKp. Тогда формулу (145)
нужно преобразовать следующим образом. Окружность имеет цент-
ральный угол 360°, а длина ее зОкР = 2п/?. Длина кривой, м, с цент-
ральным углом а (в градусах)
а 2л/?а
SKP^KP— ““ад" .
(Мб)
(147)
откуда
„ 360sKP
п — _
2ла
Подставив это значение R в формулу (145), получим, Н/кН,
700-2ла А а
а,г = —-----=12,2-----•
360sKp «кр
При расчетах, требующих повышенную точность, и при проектиро-
вании новых линий силу дополнительного сопротивления движению
от кривых определяют с учетом возвышения наружного рельса по бо-
лее сложным формулам, приведенным в ПТР. Если длина кривой
sKp окажется меньше длины поезда /п, то дополнительное сопротивле-
ние будет испытывать не весь поезд, а только его часть. Это учитывают,
умножая значение wr для всего поезда на отношение sKV/ln-
5* 131
Тогда
а>г
700 »ир
/? /в
(148)
или
tt>r—\2,2a/la. (149)
Дополнительное сопротивление от уклонов и кривых при расчетах
сил сопротивления движению, действующих на поезд, складывают:
1я=шг±/. (150)
Дополнительное сопротивление при трогании с места. Силы трения
в подшипниках при трогании поезда оказываются выше, чем при дви-
жении. Это связано с тем, что при стоянке, особенно длительной, смаз-
ка выжимается из-под подшипника и при трогании получается полусу-
хое трение с более высоким коэффициентом трения. В меньшей степени
на сопротивление движению при трогании влияют повышенное трение
качения колеса по рельсу из-за больших деформаций колес и рельсов
при стоянке по сравнению с деформациями при качении колес, нагруз-
ки от колесных пар на рельсы, температура окружающего воздуха, ка-
чество применяемого масла. Особенно большая разница в силах сопро-
тивления при трогании и движении проявляется при подшипниках
скольжения; при роликовых подшипниках эта разница значительно
меньше. После трогания сила сопротивления движению резко снижа-
ется, так как трущиеся поверхности нагреваются и в зону трения попа-
дает смазка (при подшипниках скольжения при повороте колеса при-
мерно на половину оборота).
Силы удельного сопротивления при трогании состава (основного и
дополнительного) определяют по эмпирическим формулам, рекомендо-
ванным ПТР, Н/кН:
для подвижного состава на подшипниках скольжения
для подвижного состава на роликовых подшипниках
(151)
(152)
где /пво — масса, приходящаяся на одну ось, т.
В том случае, когда в составе находятся разнотипные вагоны с раз-
личными массами, приходящимися на одну ось, удельную силу штр
определяют как средневзвешенную величину.
Дополнительное сопротивление движению от подвагонных генера-
торов. Подвагонные генераторы обеспечивают пассажирские вагоны
электрической энергией, необходимой для освещения, зарядки акку-
муляторной батареи, работы электродвигателей вентиляционного аг-
регата и других установок и бытовых электрических приборов. Якорь
генератора приводится во вращение от колесной пары вагона через ре-
дукторно-карданный или ременный привод, создавая дополнительное
сопротивление движению вагона. Дополнительное удельное сопротив-
132
ление движению от подвагонных генераторов и/пг, Н/кН, определяют
исходя из мощности генераторов по формуле
I36P'
®пг = —Г •
mto О
где Р' — средняя условная мощность подвагонного генератора, приходящаяся
на один вагон поезда, кВт:
pt _Рпг Пбк ~Г (Риг 4~ Ргн) пи»
Я.
здесь Рт — фактическая мощность подвагонного генератора, кВт, которая
расходуется на нужды вагона, за исключением кондиционирования
воздуха, принимаемая для среднесетевых условий равной 2 кВт;
Пбк — число вагонов без конднционирования воздуха, но имеющих под-
вагонные генераторы;
Ргк — фактическая мощность подвагонного генератора, расходуемая на
кондиционирование воздуха (средняя за время работы кондиционера),
принимаемая равной 9 кВт;
лкв — число вагонов с кондиционированием воздуха;
пв — общее число вагонов в поезде.
Дополнительное сопротивление движению щиг учитывают при ско-
ростях движения 20 км/ч и выше. При низких скоростях это сопротив-
ление в расчетах не учитывают.
Дополнительное сопротивление движению при низких температурах
окружающего воздуха. При низких температурах возрастает вязкость
смазки, а следовательно, и коэффициент трения в буксовых и моторно-
осевых подшипниках и передаче подвижного состава, что приводит к
увеличению сил сопротивления движению. Возрастает также и сопро-
тивление воздушной среды вследствие повышения плотности воздуха
при пониженных температурах. Степень увеличения основного удель-
ного сопротивления движению поезда при низких температурах опре-
деляют в соответствии с рекомендациями ПТР коэффициентом кнт:
«оит — ®о Кит- (153)
Дополнительное удельное сопротивление движению при низких
температурах, Н/кН,
®нт = (*нт— >)•
В табл. 11 приведены значения коэффициентов кит при различных
низких температурах и скоростях движения для грузовых и пассажир-
ских вагонов.
Дополнительное сопротивление движению от ветра. Ветер наменя-
ет силы сопротивления движению от воздушной среды. При встречном
ветре сопротивление движению возрастает за счет увеличения относи-
тельной скорости воздушного потока, которая равна сумме скоростей
поезда и встречного ветра. Под действием бокового ветра подвижной со-
став смещается в сторону и возникает трение гребней колесных пар о
боковую поверхность рельса аналогично процессам, происходящим при
прохождении поездом кривого участка пути. Попутный ветер уменьша-
ет силы сопротивления движению поезда.
Увеличение основного удельного сопротивления движению поезда
от действия встречного и бокового ветра щОв учитывают коэффициентом
133
Таблица ! I
О’ Я Ж с» Зиачеиия коэффициента к]|т для грузовых вагонов при (||в. °C Зиачеиия коэффициента к||т для пасса- жирских вагонов при <ив, ®С
-30 — 35 — 40 — 45 -50 -60 -30 | -35 | -40 | -45 — 50 1 —60
20 1,01 1.01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01
40 1.03 1.03 1,04 1,04 1,05 1,06 1.02 1.02 1,03 1,03 1,03 1,04
60 1,05 1,06 1,07 1,07 1.08 1.09 1.03 1,04 1.04 1,05 1.06 1,07
80 1,07 1.08 1,09 1,10 1.11 1.12 1.04 1,05 1.06 1,07 1.08 1,09
100 1,09 1.10 1.12 1.13 1,14 1,15 1-05 1,06 1.07 1,09 1,10 1,11
120 1,11 1.12 1.13 1.15 1.16 1.17 1,06 1.07 1,09 1,10 1,11 1.12
140 —. —. —. 1,07 1.08 1,09 1.11 1,12 1,13
160 — — — — — — 1,07 1,09 1.10 1.12 1,13 1,15
кв, на который-умножают основное удельное сопротивление движению
поезда w0:
wll3 = woKu.
Коэффициент к, зависит от скорости ветра и скорости движения по-
езда.
Дополнительное удельное сопротивление движению поезда от ветра,
Н/кН,
®в= «’«(« —О-
(154)
При скорости ветра более 12 м/с его влияние учитывают на период
особо неблагоприятных погодных условий по номограммам, приводи-
мым в ПТР. Участки, на которых при расчетах учитывают удельное
сопротивление движению от ветра для каждого принятого периода вре-
мени, устанавливают управления дорог на основе многолетних данных
метеослужбы и утверждает МПС.
Таблица 12
Значения коэффициента кв при скоростях движения, км/ч
ветра, м/с 10 20 40 60 ю 100 120 140 160
6 1.12 1.11 1.09 1,08 1л7 1,06 1,05 1,04 1,03
8 1,19 1.17 1,15 1,13 1.11 1.09 1.08 1.07 1,06
10 1.31 1,28 1.24 1.20 1.16 1.14 1,12 1.Ю 1,09
12 1,42 1.39 1,32 1.27 1.23 1,19 1.15 1.14 1,12
При действии нескольких составляющих дополнительного сопро-
тивления движению их удельные значения складывают:
1Рд =Г- О>1 + «Г + »ПГ + ®НТ -I - ®в •
(155)
Значения коэффициента кв при скоростях ветра от 6 до 12 м/с при-
ведены в табл. 12.
134
41. Спрямление и приведение профиля пути
Из рассмотренных составляющих сил дополнительного сопротивле-
ния движению поезда наиболее часто приходится рассчитывать силы
дополнительного сопротивления движению от уклонов и кривых. Про-
филь железнодорожного пути состоит из отдельных элементов, отлича-
ющихся длиной s и крутизной i уклона, которую определяют по фор-
мулам (140) и (141). В случае подъема i имеет знак «+>, а спуска — «—>.
При выполнении расчетов, связанных с движением поезда, число
элементов профиля пути уменьшают за счет спрямления элементов,
при котором несколько элементов с различными уклонами заменяют од-
ним уклоном — спрямленным участком, имеющим длину sc, равную
сумме их длин. Такая замена позволяет упростить расчеты и до неко-
торой степени сгладить изменение сил дополнительного сопротивления
движению при переходе с одного элемента профиля пути на другой. Де-
ло в том, что в расчетах это изменение сил принимают мгновенным, а на
самом деле поезд имеет определенную длину и при движении с одного
элемента к следующему его сопротивление от уклона изменяется посте-
пенно по мере продвижения поезда.
Значение спрямленного уклона £ должно быть определено из усло-
вия выполнения локомотивом одинаковой работы при движении по дей-
ствительному и спрямленному профилю пути. На каждом элементе
профиля пути работа равна произведению сил основного и дополни-
тельного сопротивлений движению поезда на длину элемента. Эти си-
лы равны удельным силам, Н/кН, умноженным на вес поезда mg, кН.
Следовательно, при движении по действительному профилю пути,
состоящему из п элементов, локомотив совершает работ)' по преодоле-
нию сил основного и дополнительного от подъема сопротивлений дви-
жению, Дж,
Лд« mg (wnl -Hi)»! 4-mg (a>o24-i2) s, +... +mg (t»0B -Hn) . (156
где j|t s„ .... sn — длина элемента профиля пути, м.
Работа, Дж, совершаемая локомотивом при движении по спрямлен,
ному профилю пути с уклоном ic и дтиной, М, Sc = Si + s14-... + sB|
4c=mg(woc4-f')sc. 057)
Приравняв Лд и Ас из выражений (156) и (157) и сократив обе час-
ти равенства на вес поезда mg, получают
(*о1 + «i)»i+(«oi -На) «а+ • + (»о» + 6») $п=(»<х:-Нс) «с- (158)
Основное удельное сопротивление движению &у0 зависит от скорос-
ти движения. На каждом элементе профиля скорость отличается от ско-
рости движения по спрямленному участку. На крутом подъеме скорость
движения меньше, а на меньшем подъеме больше.
Если пренебречь разницей в скоростях движения по каждому эле-
менту и считать, что силы основного сопротивления движению одина-
ковы. т. е. и»0| = цу01 = Won — “’о = и'ос. то получим
(«1—4-«п)=»о«с-
135
Вычтя эти значения из левой и правой частей выражения (158),
получим
*1 + . • +•» Sn = *c Sc.
откуда спрямленный уклон, °/00,
<с “ (<1 ®i4"*s *i4* • • • 4* ^nSnl/Sc (159)
или
Спрямленный уклон равен отношению сумм произведений каждого
уклона на его длину к длине спрямленного участка. Значение %, °/ю,
можно определить из формулы (141) исходя из высоты точек конца
и начала Н„ спрямленного элемента профиля пути
<7-.1000(ffII-WH)/sc. (161)
Пренебрежение разницей в скоростях движения по элементам с
различной крутизной вызывает погрешность в расчетах, возрастающую
с увеличением разницы в крутизне соседних элементов и в длинах эле-
ментов. Чтобы в расчетах не допустить больших погрешностей при оп-
ределении скорости движения, спрямлять можно только близкие по
значение и знаку элементы профиля пути. С этой целью после спрям-
ления элементов проводят проверку допустимости их спрямления по
эмпирической формуле
Si<20W/M, (162)
где sf — длина элемента профиля пути, м;
Д< — абсолютная разность между уклонами спрямляемого участка и прове-
ряемого элемента,
Такой проверке подвергают все элементы, входящие в спрямляемый
участок. Из выражения (162) видно, что условия допустимости спрям-
ления выполняются в случае спрямления длинных элементов при мень-
шей разности между уклонами, а следовательно, и при меньших значе-
ниях Д(, а при коротких элементах допускается их спрямление при
большей разности в уклонах. На рис. 91 показан график, соответству-
ющий неравенству (162). В зоне линии АВ и ниже, где произведение
St&i окажется равным или меньшим 2000, спрямление допустимо. Ес-
ли это произведение окажется над линией АВ, спрямлять элементы не-
льзя. Этим графиком можно пользоваться для предварительного опре-
деления допустимости спрямления. Окончательное решение принима-
ется после проверки по выражению (162).
Спрямлению подлежат только элементы с уклонами одного знака.
Элементы профиля пути на остановочных пунктах с прилегающими
элементами пути перегонов не спрямляют.
Кривые, находящиеся на пути, спрямляют в плане, заменяя их
так называемым фиктивным подъемом ij, имеющим крутизну, на кото-
ром создается дополнительное сопротивление движению, равное до-
полнительному сопротивлению от кривых. Обычно длина кривой не
равна длине элемента или спрямленного участка. Если длина кривой
136
Рис. 92. Расположение кривой на
элементе
Рис. 91. График, показывающий зо-
ну допустимого спрямления элемен-
тов профиля пути
ВС (рис. 92) оказывается меньше длины элемента AD, то вместо одного
элемента получается три: АВ, CD только с дополнительным сопротив-
лением движению от уклона и ВС, на котором действует еще дополни-
тельное сопротивление от кривой wr. Такое дробление элемента приво-
дит к увеличению числа элементов профиля пути.
Чтобы не увеличивать число элементов, работу совершаемую ло-
комотивом для преодоления сил дополнительного сопротивления от
кривой в пределах длины sKp, заменяют равной ей работой, которую ло-
комотив совершит в пределах длины всего элемента или спрямленного
участка $с. Работу Я! определяют как произведение силы mgwr на путь
5цр, Дж,
A = mgwr sKp.
Работу At при замене сопротивления движению от кривой через
фиктивный подъем £ определяют из выражения, Дж,
Л1 = «£<с5с-
Из равенства работ Л1И Л2 после сокращения на mg получают, °/м
или Н/кН,
<7 = »rsKp/sc
(163)
или с учетом формулы (145)
(164)
В общем случае при нахождении на элементе профиля пути или на
спрямленном участке нескольких кривых, имеющих разные длины
sKpr и радиусы Rt, фиктивные подъемы определяют по формуле, °1оо
или Н/кН,
„ 700 $вР<-
(165)
137
Если кривые заданы центральными углами а{ (в градусах) и длина-
ми s„pJ, то фиктивный подъем из формул (147) и (163), °/00 или Н/кН,
1'^——2at. (166)
«с
Если кривая расположена на уклоне, то на дополнительное удель-
ное сопротивление движению от уклона накладывается дополнитель-
ное удельное сопротивление движению от кривой. Алгебраическую сум-
му уклона i'c, имеющего на подъеме знак «-(-», а на спуске — «—»,
и фиктивного подъема ic называют приведенным или окончательным
уклоном 1с, “/„J. Его определяют по следующим формулам:
на подъеме
1с*=‘с+^< (,6'0
на спуске
'в=-»»+*:• <*«*>
Из-за влияния кривых приведенные подъемы при движении в одном
направлении и спуски для движения в противоположном направлении
оказываются разными.
Практически спрямление и приведение профиля начинают с анали-
за заданного профиля пути; на нем выделяют группы соседних элемен-
тов, близких по значению подъема или спуска. Затем по формулам (160)
или (161) определяют i'c для каждой группы элементов и проверяют до-
пустимость спрямления по выражению (162) каждого из заданных эле-
ментов. В случае если одна из проверок не будет удовлетворять этому
неравенству, спрямление проводить нельзя и нужно наметить новые
группы элементов для спрямления. После этого для каждого спрямлен-
ного участка определяют фиктивные подъемы от кривых и приведен-
ные или окончательные уклоны. Спрямление и приведение профиля пу-
ти рассмотрены на примере (см. в конце параграфа).
Для более точного учета влияния профиля пути на характер движе-
ния поезда по труднейшим подъемам и в кривых малого радиуса ПТР
рекомендует длину спрямленного участка брать не более длины поезда
(определяемой длиной приемо-отправочных путей), разбивая соответ-
ствующий профиль на части с таким расчетом, чтобы на одной из них
при наибольшем подъеме оказалась кривая с наименьшим радиусом.
Это место на профиле пути будет наиболее трудным. Длину спрямлен-
ного элемента на этом подъеме разрешается принимать и более длины
поезда, но только в случае отклонения уклона не более О.З0/^.
Пример. Провести спрямление профиля пути, приведенного в графах 1—5
табл. 13 и в трех нижних строках на рис. 93.
Решение 1. Из анализа профиля видно, что он состоит из четырех групп
элементов: /, 2—4, 5 и 6—9. Элемент / расположен на станции и спрямлению с
прилежащим элементом не подлежит.
2. Спрямляем элементы 2—4:
по формуле (160)
-7.4-800 —6,6-1600 —5-600 ,
/_ = .. * —6,5в/|)в.
138
Рис. 93. Спрямление и приведение профиля пути
2.1. Проверяем каждый элемент на допустимость спрямления по формуле
200
элемент 2: 800 __g g “ 2222 м. Условие выполнено;
2000 ’
элемент 3: 1600 g-g _ g g = 20 000 м. Условие выполнено;
2000
элемент 4: 600 < g д___ = 1333 м. Условие выполнено.
Следовательно, спрямление элементов 2—4 допустимо. Полученные данные
заносим в графы 5 и 7 табл. 13.
2.2. При группировке элементов можно было попытаться к элементам 2—4
добавить элемент 5, тогда получаем и = — 4,9®/в0- При проверке элемента 5
получим
2000
1000 С = м Условие Ф°РМУЛЫ (162)
не выполняется, поэтому спрямление элементов 2—5 производить нельзя.
2.3. Фиктивный подъем от кривых на втором спрямленном участке 2 опре-
деляем по формулам (165) и (166) и суммируем результаты:
<' = 12.2
25 700
3000 г 3000
350
400
= 0.3^.
Этот результат заносим в графу 8.
2.4. Приведенный или окончательно спрямленный уклон
<е = - 6.5 + 0,3 = - 6,2°/м.
Результат расчета заносим в графу 9 табл. 13. В графу 10 заносим второй
спрямленный участок (вместо 2, 3. 4 элементов).
3. Спрямляем элементы 6—9:
ij. определяем по формуле (160)
,, 4,212004 4.7 550-|-6,4-380-)-7,1 300 ,
С =----------------—" г —5,0е/«о-
с 2450
139
Таблица 1J
Криная а - *7 се • » * I 8 s« - Sg + ? n '-4* И
С V 1 1 Длина эле мента, м Е О *5 Радиус R, м. кли угол а. 1* “£ о 11Z ас • i § |S^ > с * s 2 гл So Примеча- ние
Я Ж >> градусы L* 4“ и ж <5 i е = i E& II *g
1 2 г з 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 1 Ю 11
1 500 0 __ 500 0 0 i Станин» A
2 1 800 —7,4 —_
3 1600 -6.6 25 500 3000 -6,5 0,3 —6.2 2
4 600 -5,0 400 350
5 1000 -0.2 —- 1000 -0.2 — 3
6 1200 4.2 600 800
7 8 550 380 4.7 6,4 1000 660 450 200 2450 +5,0 0,6 5.6 4
9 300 7,1 -* —
3.1. Проверяем элементы на допустимость спрямления по формуле (162);
2000
элемент б: 1200 5—42 ~ *500 м. Условие выполнено;
2000
элемент 7: 550 j—j ? = 6667 м. Условие выполнено;
2000 ’
элемент 8: 380^ * _~д = 1427 м. Условие выполнено;
2000
элемент 9: 300 С ? । _ g = 952 м. Условие выполнено.
3.2. Фиктивный подъем от кривых определяем по формуле (165):
•• "00 f 800 450 200 \
*с ~ 2450 ; 600 Ь 1000 1 660 / 1б“ '*>•
3.3. Окончательный подъем спрямленного (приведенного) профиля
«с = 5,0 + 0,6 = б.б’/ов-
Результаты расчетов показаны в табл. 13 и на рис. 93 в двух верхних стро-
ках. Заданный профиль на рис. 93 показан сплошными лнними, а приведен-
ный— штриховыми.
4. Если четвертый спрямленный участок является труднейшим подъемом па
всем плече или направлении, то, как указано на с. 138, его длину нужно умень-
шить с тем, чтобы она не превышала длины поезда. Условно примем длину по-
езда 1250 м. Очевидно, что наиболее тяжелым будет спрямленный участок из
элементов 7, 8 и 9. Спрямим эти элементы.
По формуле (160)
,, 4,7-5504-6,4-380+ 7,1-320 , „ ,
' -----------iSS-----------s'8"
Условие формулы (162) здесь выполняется, так как в п. 3.1 разность |1с — ij |
уменьшилась.
По формуле (165)
„ 700/200 450 \
С—------ ------+------1=0,4®/»».
с 1250 \ 660 1000 /
Окончательный подъем спрямленного профиля ic = 5,3 + 0,4 = 6,2%.».
Таким обпяэом. чяиблте* тяжелым будет иодъем 5,2%», а не 5,6%», как
было получено при спрямлении элементов J—9.
140
42. Общее сопротивление движению поезда
При движении поезда на него действует алгебраическая сумма сил
основного и дополнительного сопротивлений, которую называют об-
щим сопротивлением движению поезда Wк. При работе локомотива под
током в режиме тяги или электрического торможения общее сопротив-
ление, Н,
Гм=1Г0+Уд. (169)
Аналогично общее удельное сопротивление движению поезда, Н/кН,
«к = и>0 *Ь «д • (170)
В случае работы локомотива на холостом ходу (выбег или механи-
ческое торможение) общее удельное сопротивление движению поезда.
Н/кН,
— «ох + «д • (171)
Общее сопротивление при движении поезда в результате измене-
ния режимов и скоростей движения, профиля пути, атмосферных усло-
вий не остается постоянным, оно изменяется.
Пример. Рассчитать общее удельное сопротивление движению поезда, со-
стоящего яз тепловоза 2ТЭ116, работающего в режиме тяги и имеющего массу
271 т, и состава массой 4000 т. Состав сформирован из четырехосных вагонов сред-
ней массой 70 т (50% на роликовых подшипниках и 50% на подшипниках сколь-
жения). Поезд движется по звеньевому пути со скоростями от нуля до конструк-
ционной, равной 100 км/ч, при движении на горизонтальном прямолинейном пути,
на приведенных уклонах —3 и 4-6%о-
Решение. 1. Основное удельное сопротивление тепловоза рассчитыва-
ем по формуле (100). При и = 0 4- 10 км/ч = 1,9 + 0,01о 4- 0,0003ц’ =
= 1,9 -)- 0,01 10 -|- 0,0003-10» = 2,03 Н/кН.
Аналогично рассчитаем значения ti'j для других скоростей (через 10 км/ч).
Результаты заносим в табл. 14.
2. Основное удельное сопротивление движению четырехосных вагонов оп-
ределяем по формулам (111) и (112) и состава — по формуле (134). Масса, при-
ходящаяся на ось вагона,
тп 70
"«во-“Г----—= 17.5т.
4 4
Таблица 14
| и, км/ч 1 «о- Н/кН X м X V X ж X В Н/кН 4" » Н/кН о, км/ч to', н/кН oIq. Н/кН НХ/н II /кН Н/кН
1 2 3 4 б в 1 2 3 1 6 6
0-10 2,03 1.08 1.14 —1.86 7.14 60 3,58 1.87 1,98 —1,02 7.98
20 2,22 1.19 1.26 -1,74 7,26 70 4,07 2,12 2,24 —0,76 8,24
30 2,47 1.32 1,39 -1.61 7,39 80 4.62 2,39 2,53 —0,47 8,53
40 2,78 1,48 1,56 — 1,44 7,56 90 5,23 2,69 2.85 -0,15 3.85
50 3.15 1,66 1.75 -1.25 7,75 100 5,90 3,02 3,20 4-0.20 9,20
141
Для v 10 км/ч и вагонов на подшип-
никах скольжения
8-t-0.lt>+0.0025о*
М>о4С
тво
84-0.1-104-0,0025-10*
0,74-----------7ГТ2---------= 1,23 Н/кН.
17,5
Аналогично для вагонов с роликовыми
подшипниками
3 4-0,1V 4-0.0025о‘
= 0 7 4------------------
Рнс. 94. Общее удельное со-
противление движению поезда
на различных уклонах
тво
34-0,1104-0,0025-10» Л „
=0.74-——------------------=0,94 Н/кН
17,5
Для состава
50^4-50®^,, 501,23 4-50-0,94
° 100 100
Результаты расчетов сводим в табл. 14.
3. Основное удельное сопротивление движению поезда рассчитываем по
формуле (137). Так, при в = 10 км/ч получим
«’;тл4-<тс 2.03-2714-1.08-4000
"°--------«—---------------mi-----------,-нHftH
Значения а>, заносим в табл. 14.
4. Общее удельное сопротивление движению на спуске —3®/ое определяем
по формуле (170). При v = 10 км/ч и i = —3®/м
»и = а>0 4" и>д = 1.14 4- (—3) = — 1,86 Н/кН.
Аналогично для подъема 6®/#0
и’к= “’<•+»д== U4 4-6= 7,14 Н/кН.
Все данные расчетов сводим в табл. 14 и на основании граф 1, 4—6 строим
зависимости шк от скорости v при различной крутизне уклонов (рис. 94). На
этом рисунке скорость движения поезда отложена по оси ординат, а удельные
силы сопротивления движению — по осн абсцисс. Из графика видно, что с уве-
личением скорости растет шк в связи с увеличением ас0. На спуске — 3®/м общее
удельное сопротивление движению имеет до скорости 94 км/ч отрицательное зна-
чение, а следовательно, сила сопротивления действует не против движения, как
при i = 0 или i = 4-6®/#o. а по направлению движения за счет составляющей ве-
са поезда, действующей в этом случае в направлении движения. Как видно из
графика, кривые ши (о) параллельны и силы общего удельного сопротивления дви-
жению для разных уклонов можно получить, построив всего один график
(v) при i = 0, смещая начало координат для подъемов — влево на число ты-
сячных (так как 1 ®/oe = 1 Н/кН), а для спусков— вправо. Эти условия исполь-
зуют при определении wK.
43. Меры по снижению сил сопротивления движению поездов
Локомотив совершает работу, направленную на преодоление сил ос-
новного и дополнительного сопротивлений движению, действующих
против движения поезда. Если эти силы будут меньше, то локомотив
142
совершит на перемещение поезда меньшую работу, а следовательно,
будет расходовать меньше электроэнергии или топлива. При меньшем
сопротивлении движению можно повышать массу состава и скорости
движения поездов. Поэтому на железнодорожном транспорте проводят-
ся крупные фундаментальные работы, направленные на уменьшение
сопротивления движению поезда, а также принимаются меры по его
снижению в эксплуатации.
К таким крупным работам относятся перевод грузовых вагонов с
буксовых подшипников скольжения на роликовые подшипники, даю-
щие снижение сопротивления движению на 10—20%, а при трогании с
места в 4—5 раз. Электро- и дизель-поезда, пассажирские вагоны и при-
мерно половина парка грузовых вагонов имеют роликовые подшип-
ники.
Замена звеньевого пути на бесстыковой, а также укладка в путь бо-
лее тяжелых рельсов на щебеночном основании, уменьшающих просад-
ку верхнего строения пути, приводят к уменьшению сопротивления
движению поездов, наиболее заметному при высоких скоростях.
Снижение массы тары вагонов позволяет увеличить полезную мас-
су груза и снизить удельное сопротивление движению на единицу пере-
возимого груза. Придание обтекаемой формы подвижному составу, осо-
бенно при движении с высокими скоростями, приводит к уменьшению
сопротивления движению от воздушной среды.
При проектировании и постройке новых железных дорог желатель-
но предусматривать меньшие по значению уклоны для снижения до-
полнительного сопротивления от подъемов. Подобные работы иногда
проводят и при реконструкции пути. Удлинение станционных путей на
участках, где их длина ограничивает массу поезда, приводит к увеличе-
нию масс и снижению удельных сил сопротивления движению поездов.
Принятые у нас на железнодорожном транспорте уменьшенные допус-
ки на уширение колеи на прямых участках также способствуют сниже-
нию основного сопротивления движению благодаря уменьшению виля-
ния тележки и вагона, а следовательно, и трения в подвижном составе
и трения скольжения колес по рельсам.
Для снижения дополнительного сопротивления от сильных боковых
ветров, дующих на открытых равнинных местах, вдоль железнодорож-
ных линий сажают ветрозащитные лесные полосы, которые одновремен-
но уменьшают количество снега, попадающего на путь.
Перевозка грузов в поездах нормальной или повышенной массы по-
зволяет работать при меньших удельных сопротивлениях движению
поезда. Этому способствует и полная загрузка вагонов. Поезда с мас-
сой меньше нормальной, сформированные из не полностью загружен-
ных вагонов, обладают повышенным удельным сопротивлением движе-
нию. Правильное формирование состава, при котором крытые вагоны,
полувагоны и платформы должны сосредоточиваться в отдельных груп-
пах, позволяет снизить основное сопротивление движению от воздуш-
ной среды. Этому же способствует движение вагонов с закрытыми
дверьми и люками, создающими меньшее сопротивление воздуш-
ному потоку.
143
Исправное состояние ходовых частей подвижного состава и пути,
своевременное устранение повышенных износов деталей делают более
плавным ход вагонов и локомотивов, снижают виляние тележек и ку-
зовов подвижного состава. Уменьшение трения в узлах подвижного со-
става и трения скольжения колес относительно рельсов способствует
снижению сопротивления движению.
Содержание тормозной системы поезда в исправном состоянии, ис-
ключающее самоторможение отдельных вагонов и касания колодок о
колеса в отторможенном положении, способствует снижению сил со-
противления движению. Своевременный сезонный переход на зимние и
северные смазки буксовых подшипников скольжения обеспечивает
меньший коэффициент трения, а значит, и меньшее основное сопротив-
ление движению. Для уменьшения работы по преодолению сил со-
противления при трогании необходимо делать меньше остановок н
снижать продолжительность стоянок поездов.
Опыт передовых депо и машинистов показывает, что при выполне-
нии перечисленных мер по снижению удельных сил сопротивления дви-
жению поезда возможно повышение масс составов. Эти мероприятия в
числе других были использованы при подготовке и осуществлении мер
по эксплуатации длинносоставных поездов повышенных масс (до 6—15
тыс. т и более) на железных дорогах.
144
ГЛАВА 7
ТОРМОЗНЫЕ СИЛЫ ПОЕЗДА
44. Общие сведения
Тормозными силами называют управляемые внешние силы, дейст-
вующие против движения поезда для снижения скорости движения по-
езда или поддержания скорости на спуске. От значения тормозных
сил зависит безопасность движения поездов. Поэтому надежности ра-
боты тормозов, их эффективности и умению пользоваться ими машини-
стами уделяется большое внимание.
В зависимости от принципа создания тормозных сил применяют
механическое или электрическое торможение. При механическом тормо-
жении тормозная сила образуется в результате трения тормозных ко-
лодок о поверхности катания колес или о тормозные диски, специаль-
но укрепляемые на колесных парах некоторых типов пассажирских ва-
гонов и вагонов электропоездов. Тормозные силы получают на ободах
всех колесных пар, имеющих тормозные колодки.
Электрическое торможение основано на использовании принципа
обратимости электрических машин. Тяговые электродвигатели перево-
дят в генераторный режим, при котором потенциальная энергия поез-
да, движущегося с постоянной скоростью по спуску или кинетическая
энергия поезда при замедлении движения превращается в электричес-
кую энергию. Возникающие при этом электромагнитные силы и ис-
пользуют для получения тормозной силы.
Электрическое торможение подразделяют на реостатное и рекупе-
ративное. При реостатном торможении электрическая энергия в рео-
стате преобразуется в тепловую, рассеиваемую в окружающей среде.
При рекуперативном торможении, свойственном только электропод-
вижному составу, электрическая энергия не рассеивается, а отдается
в контактную сеть для полезного использования. Естественно, что тор-
мозные силы при электрическом торможении можно получить на обо-
дах только движущих колесных пар. В грузовых и пассажирских поез-
дах при тяге локомотивом, имеющем небольшое число движущих осей,
получить большие тормозные силы при электрическом торможении
нельзя. Поэтому его используют чаще всего для поддержания примерно
постоянной скорости движения по спуску.
При механическом торможении поезда в создании тормозных сил
участвует значительно большее число колесных пар (локомотива и ва-
гонов), создающих соответственно большие тормозные силы. Часть ва-
гонов и локомотивы оборудуют также ручными тормозами, используе-
мыми в основном для удержания подвижного состава на путях в нера-
бочем состоянии.
145
45. Образование тормозной силы
при механическом торможении
Сила нажатия колодок на колесные пары при механическом тормо-
жении образуется за счет давления сжатого воздуха в тормозных ци-
линдрах. Под действием силы, развиваемой сжатым воздухом, поршень
тормозного цилиндра со штоком смещается и через механическую ры-
чажную передачу, состоящую из тяг и рычагов, передает силу на каж-
дую колодку. Если каждая колодка прижимается к вращающемуся ко-
лесу (рис. 95) с силой К, то в месте контакта возникает сила трения Л'<ри,
противодействующая вращению колеса (здесь <рк — коэффициент тре-
ния колодки о колесо). Эта сила передается в место контакта колеса и
рельса в точку С. Обе эти силы являются внутренними относительно
поезда и не могут повлиять на характер его движения. Если колесо
будет прижато к рельсу с силой q0, то в результате сцепления колеса с
рельсом сила Kq H, приложенная от колеса к рельсу и стремящаяся
сдвинуть рельс по направлению движения, вызовет реакцию рельса
В, равную силе Кц> к и противоположно направленную. Эта сила явля-
ется внешней по отношению к поезду и называется тормозной силой.
Она действует против движения и создает необходимый колесу упор.
Тормозная сила, развиваемая колесом, Н,
В = ЮООЛ'Чк-
(172)
Сила К, т, зависит от диаметра тормозного цилиндра, давления сжа-
того воздуха в нем, силы оттормаживающей пружины, передаточного
отношения рычажной передачи и ее к.п.д. Для каждого локомотива и
вагона сила К может быть определена по этим данным.
Коэффициент трения колодок о колеса зависит в основном от мате-
риала колодок, скорости движения и удельных сил нажатия колодок
на колеса. На наших железных дорогах находят применение три типа
колодок: стандартные чугунные, чугунные с повышенным содержанием
фосфора (до 1,Ql—U%) и композиционные. С увеличением скорости
движения и удельного нажатия колодок коэффициент трения снижа-
ется. Это объясняется большим количеством тепла, выделяемым при
трении колодки о бандаж. За счет тепла на рабочей поверхности колод-
ки металл размягчается
Рис. 95. Образование
тормозной силы
и может в тонком слое оплавляться, что вызы-
вает снижение коэффициента трения. Чтобы
коэффициент трения получить более высоким,
применяют двустороннее нажатие колодок на
каждое колесо, при котором уменьшается
удельная сила нажатия колодок.
У стандартных чугунных колодок коэффи-
циент трення резко снижается с увеличением
скорости движения. Недостатком этих коло-
док является и сравнительно большой их из-
нос. Чугунные колодки с повышенным содер-
жанием фосфора имеют несколько больший
коэффициент трення и меньше изнашиваются
при работе. Композиционные колодки об
146
ладают более высоким коэффициен-
том трения, особенно в зоне высо-
ких скоростей, и малым износом.
Коэффициент трения тормозных
колодок о колеса рассчитывают по
следующим эмпирическим форму-
лам:
для стандартных чугунных ко-
лодок
<?к
I.63K+100 of-100
0.6----------- -------;
8,15X4-100 5w-f-100
(173)
для чугунных колодок с повы-
шенным содержанием фосфора
Рис. 96. Зависимости коэффициента
трения колодок о колеса от скорости
движения при Л=24.5 кН на ось
(сплошные линии) и К =14,7 кН
(штриховые):
I — композиционны? колодки; 2 — чугун-
ные колодки с повышенным содержанием
фосфора; 3 —стандартные чугунные ко
лодки
л , I.63K i 100 »+ 100
«к 0.5----------------------; (174)
5.3X4-100 5о 100 '
для композиционных колодок
из материалов марки 8-1-66
0.1X4-20 о+ 150
Фк — -е» • (175>
0,4IK i 20 2р I-150
В этих формулах К — действительная сила нажатия на одну ко-
лодку, кН. В табл. 15 приведены значения фк для различных типов
колодок при разных скоростях движения и нажатии 24,5 кН.
Таблица 15
Скорость о. км/ч Значения при тормозных молодках Скорость V. км/ч Значения при тормозных колодних
чугунных чугунных с повышен ным с одер жаннсм фосфора иконных чугунных чугунных с повышен ным с одер жаннем фосфора КОМПОЗИ- ЦИОННЫХ
0 0,280 0,304 0.339 80 0,100 0,110 0.244
10 0.205 0,223 0.309 100 0.093 0.101 0,235
20 0.168 0,183 0,294 120 0.088 0,096 0,228
40 0,130 0.142 0,271 140 0.084 0,091 0,222
60 0.112 0,122 0,256 160 0,080 0.088 0,217
Из кривых (рис. 96) видна разница в значениях ф„ при разных ти-
пах колодок. У композиционных колодок коэффициент трення снижа-
ется с увеличением скорости значительно меньше, чем у чугунных, и в
зоне высоких скоростей движения превышает в два с лишним раза ко-
эффициенты трения чугунных колодок. Из сравнения сплошных и
штриховых линий видно, что фн имеет менынее значение при больших
силах нажатия колодок.
147
46. Ограничение тормозной силы
Для получения большего тормозного эффекта в поезде и повышения
безопасности движения необходимо иметь возможно большие тормоз-
ные силы. Однако эти силы ограничиваются сцеплением колес подвиж-
ного состава с рельсами. Если тормозная сила колесной пары превы-
сит силы сцепления колес, то начнется проскальзывание колес относи-
тельно рельсов. Колесная пара может прекратить вращение — закли-
ниться тормозными колодками и перейти к скольжению по рельсу.
Возникает так называемый юз. В результате этого на поверхностях
катания колес образуются местные износы — ползуны. В дальнейшем
такая колесная пара при качении по рельсам создает удары по ним при
каждом обороте колесной пары.
Для исключения юза колесных пар тормозная сила, развиваемая
колесной парой, должна быть меньше или в пределе равна силе сцепле-
ния колес с рельсами
"к K<h. С Wo. (176>
где у — коэффициент сцеплении колесной пары с рельсами;
qa — нагрузка от колесной пары на рельсы, кН;
лк — число колодок на колесную пару.
Отношение силы нажатия колодок на колесную пару к нагрузке от
колесной пары на рельсы называют коэффициентом нажатия колодок:
Ь лк <ф/Фк. (177)
Обычно при расчетах принимают следующие значения коэффициен-
та нажатия колодок: при чугунных колодках — для локомотивов 6 —
=- 0,5-г0.6, для грузовых вагонов 6 — 0,6 4- 0,7, для пассажирс-
ких вагонов 6 - 0,7 — 0,9. При композиционных колодках б =- 0,3.
При разработке тормозных средств подвижного состава по заданно-
му значению 6 из выражения (177) находят наибольшие силы нажатия
колодок на колесную пару для каждой нагрузки от колесной пары на
рельсы q0. Из формул (176) и (177) видно, что при меньших значениях
коэффициента трения q>,t можно допускать ббльшие нажатия колодок
на колесные пары, поэтому при использовании композиционных коло-
док с большим создают меньшие силы нажатия колодок за счет изме-
нения передаточного отношения рычажной (тормозной) передачи или
уменьшения давления в тормозных цилиндрах.
У грузовых вагонов значительно изменяется q0 в зависимости от
загрузки кузова. Чтобы получить меньшие значения коэффициента на-
жатия колодок 6, используют три режима работы воздухораспредели-
телей. Когда масса груза менее 3 т на колесную пару, воздухораспре-
делитель включают на порожний режим, при котором реализуется на-
именьшее нажатие колодок на ось и 5 соответствует 0,7. При массе гру-
за, приходящейся на колесную пару от 3 до 6 т включительно, исполь-
зуют средний режи”. а при массе груза на одну колесную пару более
6 т воздухораспределитель включают на груженый режим (с К =
— 69 кН и > -= 0,7). Такой же коэффициент нажатия колодок у грузо-
вых вагонов с композиционными колодками прч массе груза на одну
148
колесную пару до 6 т получают при включе-
нии на порожний режим, при массе груза на
одну колесную пару более 6 т - на средний.
В связи с тем что коэффициент трения чугун-
ных колодок в зоне высоких скоростей имеет
малое значение, при неизменных К и 6 тор-
мозные силы в этой зоне получаются низ-
кими. Для повышения тормозной силы при
высоких скоростях на пассажирских ваго-
нах, оборудованных чугунными колодками,
при скоростях движения выше 120 км/ч ис-
пользуют повышенные значения нажатий
(рис. 97) и коэффициента нажатия колодок 6.
Чтобы не было юза при малых скоростях дви-
жения, вагоны оборудуют автоматическими
Рис. 97. Зависимости
тормозной силы от ско-
рости движения при
нормальном коэффици-
енте нажатия колодок
(/) и повышенном (2)
регуляторами, вызывающими снижение при
скоростях 50 60 км/ч силы К и коэффициента 6 и противоюзными уст-
ройствами. Если вагоны оборудованы композиционными колодками, то
нет необходимости вводить второй режим нажатия колодок.
47. Расчет тормозных сил поезда
Тормозную силу поезда определяют как сумму тормозных сил, раз-
виваемых каждой колодкой подвижного состава,
й, IOOOSKqK< (178)
где В.,. — тормозная сила поезда, Н;
К — сила нажатия на тормозную колодку, кН;
1000 — переводной коэффициент (кН в Н).
Таким образом, для определения тормозной силы поезда по формуле
(178) при заданной скорости необходимо для каждой группы вагонов в
составе, имеющих одинаковые силы нажатия колодок на колесные па-
ры, определить силу К, умножить на коэффициент трения <р,„ рассчи-
танный по формулам (173) (175), затем просуммировать произведения
с учетом всех тормозных осей и умножить на 1000.
Этим методом удобно рассчитывать тормозную силу поезда в том
случае, когда в составе находятся однотипные вагоны с одинаковыми
силами нажатия колодок на колесные пары. В том случае, когда ваго-
ны состава имеют различные силы нажатия колодок, обычно исполь-
зуют более простой метод метод приведения, основанный на замене
действительного коэффициента трения колодок о колеса, зависящего,
как видно из формул (173) — (175), от силы нажатия К. другим значе-
нием — расчетным коэффициентом трения <ркр, не зависящим от си-
лы К-
Расчетный коэффициент трения <рир для чугунных колодок опреде-
ляют по формуле (173) при условной средней силе нажатия К —
26.5 кН. а для композиционных — по формуле (175) при условной
силе нажатия /( = 15,7 кН- Эти силы являются средними силами нажя-
149
Таблица 16
Скорость. <•. км/ч Значения расчетного коэф- фициента трения <рк₽ для тормозных колодок Скорость. V. KMf4 Значения расчетного коэф- фициента трения фмр для тормозных колодок
чугунных КОМПОЛИНИ- ОННЫХ чугунных компознай ОННЫХ
0 0.270 0,360 90 0,093 0,262
10 0,198 0.339 100 0,090 0,257
20 0,162 0,332 110 0.087 0,253
30 0,140 0.309 120 0,085 0,249
40 0,126 0,297 130 0,083 0,246
50 0,116 0,288 140 0,081 0,242
60 0,108 0,280 150 0,079 0,240
70 0,102 0,273 160 0,077 0,237
80 0.097 0.267 |
тия колодки четырехосного вагона при груженом и порожнем режимах
торможения. Подставив это значение К в формулы (173) и (175), полу-
чают:
для чугунных колодок
Фкр —0.27
у , 100
5v 100
(179)
для композиционных колодок
„ Ц4-150
Значения расчетных коэффициентов трения колодок о колеса, вы’
численные по формулам (179) и (180), приведены в табл. 16
Для сохранения той же тормозной силы необходимо действитель-
ную силу нажатия колодок на колесо заменить на расчетные силы нажа-
тия, которые находят из равенства тормозных сил:
Кч>н Кр <Гкр
(1»|)
Отсюда расчетная сила нажатия, кН,
*Р — • (182)
Фкр
По формуле (182) могут быть определены расчетные силы нажатия
колодок на колесные пары для всех типов подвижного состава желез-
ных дорог. Для стандартных чугунных колодок при подстановке зна-
чении из формулы (173) и фнр из выражения (179) получают, кН,
Кр —2,22*
1.63*4 100
8,15* ] 100
(183)
Для чугунных колодок с повышенным содержанием фосфора из
формул (174) и (179), кН,
1,85*
1,63* 100
5.3* ! 100
(184)
150
Для композиционных колодок из формул (175) и (180), кН,
0.1КЧ-20
(185)
Х₽ 0.41КН 20
Если бы расчетные силы нажатия колодок на колеса каждый раз
нужно было вычислять но приведенным формулам, то расчет бы не
упростился, а усложнился. Однако их один раз рассчитывают для каж-
дого типа подвижного состава и приводят в виде норм, устанавливае-
мых МПС, как приложение к графикам движения поездов. Расчетные
силы нажатия чугунных тормозных колодок наряду с другими данны-
ми для локомотивов и моторвагонного подвижного состава приведены
в табл. 17. При использовании на электропоездах чугунных колодок с
повышенным содержанием фосфора, имеющих больший коэффициент
трепня, чем стандартные тормозные колодки, расчетные силы нажатия
принимают на 10% больше, чем при стандартных чугунных колодках.
Если в одном поезде окажутся вагоны с чугунными и композицион-
ными колодками, то силу нажатия колодок на бандажи пересчитывают
на один вид колодок (обычно чугунных) с учетом равной эффективности
тормозов. Так, расчетным силам нажатия чугунных тормозных коло-
док на ось цельнометаллических пассажирских вагонов различных
масс 98. 88 и 78 кН (см. табл. 18) соответствуют расчетные силы нажа-
тия композиционных колодок 44, 39 и 34 кН при примерно тех же зна-
чениях коэффициента нажатия. В зоне малых скоростей такие соотно-
шения нажатий обеспечивают примерно одинаковые тормозные силы
Например, для скорости 30 км/ч тормозная сила одной колесной пары при
чугунных колодках, расчетной силе нажатия = 98 кН и расчетном коэффи-
циенте трения чугунной колодки о колесо <р(1Р = 0,14 (из табл. 16)
Я- 1000-98 0,14 = 13 720 Н;
при композиционных колодках Кр — 44 кН, (ркр — 0,309
Ят = 1000-44-0,309 = 13 600 Н.
Однако при высоких скоростях тормозная сила композиционных ко
лодок из-за меньшей степени снижения коэффициента трения оказыва-
ется выше, чем у чугунных колодок. Поэтому в соответствии с ПТР
расчетные силы нажатия композиционных колодок у пассажирских ва-
гонов при скоростях движения до 120 км/ч принимают одинаковыми с
чугунными (98, 88 и 78 кН), при скоростях движения от 120 до 140 км/ч
их увеличивают на 25%, а при скоростях от 140 до 160 км/ч увеличива-
ют на 30%.
У грузовых вагонов коэффициент нажатия 6 сохраняют примерно
одинаковым, переводя тормоза при композиционных колодках с гру-
женого на средний н со среднего на порожний режим. В расчетах же
тормозные силы при композиционных тормозных колодках условно
принимают одинаковыми с чугунными колодками. Если рефрижератор-
ные вагоны удовлетворяют специальным техническим условиям для
скоростей движения до 129 км/ч, то расчетные силы нажатия компози-
ционных тормозных колодок в пересчете на чугунные принимают при
среднем режиме 118 кН и на порожнем режиме 83 кН.
151
Таблица 17
Локомотивы, вагоны электропоездов и дизель-поевлов Расчетная масса ло- комотива (вагона).т Масса ло- комотива (вагона) в порожнем состоянии. т Число осей локо- мотива (вагона) Расчетные силы пажа гия колодок на ось, кН
авто* тормот ных ручного тормоза груженый режим порожний режим
J 2 3 1 5 6 7
Электровозы ВЛ80', ВЛ80». ВЛ82 192 186 8 4 137 59
ВЛ80". ВЛ 11 (две сек- 184 180 8 4 137 59
пин) ВЛ80” 192 188 8 4 137 59
ВЛ 10, ВЛ 8 184 180 8 4 98 49
ВЛ 10», ВЛ82М 200 196 8 4 137 59
ВЛ23, ВЛ60 (всех ин- 138 136 6 6 108 49
дексов) ЧС2Т 128 128 6 2
ЧС2 120 120 6 2 — ж—
ЧС200, ЧС6 152 152 8 2 —— —
ЧС4Т, ЧС4 Пассажирские электрово- зы: на скоростном режиме 126 126 6 2 —
—ж. 157 —
на скоростном режиме — — —— —— 118 ——
при о<60 км/ч и пас- сажирском режиме Электропоезда Головной вагон ЭР9П. 48 38 4 4 88
ЭР9М То же ЭР2, ЭР9 50 41 4 4 88
Моторный вагон ЭР2 64 52,5 4 2 98 —
То же ЭР9П, ЭРОМ. 71 60 4 2 98 ——
ЭР9 То же ЭР22 78,5 6(3 4 4 98
Прицепной вагон ЭР9П, 48 37 4 4 88 —
ЭР9М То же ЭР2, ЭР9 50 39 4 4 88
То же ЭР22 54.5 41 4 1 88 —
Тепловозы 2ТЭ116 274 270 12 4 118 49*
2ТЭ10В 276 . 264 12 4 118 49*
2ТЭ10Л 258 254 12 4 98 49*
ЗТЭ10" 414 395 18 6 118 49*
ТЭЗ 254 250 12 4 98 49*
ТЭП70 130 127 6 2 118 49*
ТЭП60 128 126 6 2 118 49*
ТЭП10 129 125 6 4 113 —
ТЭ7 254 250 12 4 1)3 —
ЧМЭЗ 123 121 6 3 108 —
Дизель-поезда Моторный вагой ДР1П. 68 56 4 1 98 ——
ДР1А, ДР1 Прицепной вагон ДР1П, 54 36 4 1 78 —
ДР1А То же ДР1 52 34 4 1 78 —
* При порожнем режиме.
152
Таблица 18
Тип вагона
Расчетная сила нажатия тормозных коло
док на ось Kv. кН, при режимах
пассажирском
скоростном
Цельнометаллические пассажирские ва-
гоны с массой тары:
53 т и более
от 48 т до 53 т
от 42 т до 48 т
Цельнометаллические пассажирские ва-
гоны габарита РИЦ с тормозом КЕ
Багажные цельнометаллические вагоны
с односторонним нажатием
Остальные вагоны пассажирского парка
98
м
78
98
59
64
Расчетные силы нажатия чугунных тормозных колодок для некото-
рых типов пассажирских вагонов приведены в табл. 18, а для грузо-
вых вагонов при различных режимах — в табл. 19.
При известных расчетных нажатиях тормозных колодок на оси под-
вижного состава и расчетных коэффициентах трения колодок о колеса
тормозную силу поезда, Н, определяют суммированием тормозных сил,
развиваемых каждой колесной парой.
Вт=1000ХКрфкр (186)
В связи с тем что гр^р не зависит от силы Kv, его можно вынести за знак
суммы
Вт^1(Ю0фкр 2КР. (187)
Практически тормозную силу поезда для какой-либо скорости рас-
считывают следующим образом: определяют по таблицам расчетную
силу на ось для каждой группы однотипных единиц подвижного со-
става, умножают ее на число таких осей и суммируют, получая -Кр
поезда. Затем берут из табл. 16 или определяют по формулам значения
Таблица 19
Тип вагона Расчетная сида нажатия тормозных коло- док на ось Кж кН. при режимах
груженом среднем порожнем
Грузовые вагоны, оборудованные чугун- ными тормозными колодками 69 49 34
Грузовые вагоны, оборудованные ком- позиционными тормозными колодками (и пересчете на чугунные колодки), а также хоппер-дозаторы ЦНИИ-ДВЗ и думпкары 2ВС-105 69 34
Вагоны рефрижераторного подвижного состава 88 59
153
фкр и по формуле (187) рассчитывают тормозную силу Вт. В отличие
от формулы (178) в этом методе умножение S/(p на ф„р делают всего
один раз, а не для каждой группы вагонов. Удельную тормозную силу,
Н/кН, находят, поделив тормозную силу Вг на вес поезда mg;
Вг Л ЕКР
*>т= —— - 1000<рнр-2- • (188)
mg у mg
Отношение суммарных сил расчетного нажатия колодок на колеса
к весу поезда называют расчетным тормозным коэффициентом поезда;
ep=SKp/(»ng). (189)
Тогда удельная тормозная сила, Н/кН,
юоо<рнр ор. (190)
Расчетный тормозной коэффициент характеризует степень обеспече-
ния поезда тормозными средствами. Чем больше 0р, тем больший тор-
мозной эффект создадут тормозные силы, тем быстрее можно остано-
вить поезд. Для обеспечения безопасности движения поездов наимень-
шее значение расчетного тормозного коэффициента поезда устанавли-
вает МПС. Для составов грузовых и рефрижераторных поездов при
движении со скоростями до 90 км/ч наименьшее значение расчетного
тормозного коэффициента установлено 0,33, для поездов с составами
из порожних грузовых вагонов с наибольшей скоростью движения
до 100 км/ч — 0,58, для рефрижераторного поезда, имеющего наиболь-
шую скорость движения до 100 км/ч, — 0,55, а имеющего скорость до
120 км/ч,— 0,6. Для пассажирского поезда наименьшее значение рас-
четного тормозного коэффициента установлено: при наибольших ско-
ростях до 120 км/ч — 0,6; до 140 км/ч — 0,78; до 160 км/ч — 0,8.
Массы локомотивов, электро- и дизель-поездов (расчетные и в по-
рожнем состоянии) и число тормозных осей были приведены в
табл. 17. В соответствии с ПТР при работе грузового поезда на участ-
ках со спусками до 2О°.'0о тормозную силу локомотива и его массу в рас-
четах не учитывают и расчетный тормозной коэффициент
Op-X/Cp/(mcg). (191)
Во всех остальных случаях тормозная сила поезда рассчитывается
с учетом массы и тормозной силы локомотива.
Полное значение расчетного тормозного коэффициента и соответ-
ствующая ему тормозная сила реализуются только при экстренном
торможении, когда поезд нужно остановить как можно быстрее, напри-
мер, при возникшем на пути препятствии для движения. В расчетах
при торможении для остановки на станциях и раздельных пунктах,
предусмотренных графиком движения поездов, а также при снижении
скорости перед заранее известным местом ограничения скорости ис-
пользуют служебное торможение с расчетным тормозным коэффициен-
том 0,5 0р, а для пассажирских поездов, электро- и дизель-поездов—
0,60р. При этом удельная тормозная сила составит соответственно
0,5 ЬТ и 0,6 Ьт. В случае применения полного служебного торможе-
ния принимают 0,8 0р.
154
Если механическое торможение
применяют на спусках для поддер-
жания заданной скорости движе-
ния, так называемое регулировоч-
ное торможение, то значения рас-
четного тормозного коэффициента
принимают по табл. 20 в зависимо-
сти от применяемой ступени тормо-
жения. При этом нужно учитывать
время торможения, отпуска и под-
зарядки тормозов поезда.
На рис. 98 зависимости 1—3 рас-
считаны по формуле (190) при рас-
Рис. 98. Зависимости удельной тор-
мозной силы грузового поезда от
скорости при служебном торможе-
нии (/), полном служебном (2) и
экстренном (3)
четном тормозном коэффициенте = 0,33. Для удобства последую-
щих графических построений с использованием удельной тормозной
силы на графике скорость отложена по оси ординат, а удельные тор-
мозные силы — по оси абсцисс.
Снижение тормозной силы с увеличением скорости приводит к так
называемой механической неустойчивости системы, при которой нельзя
получить установившуюся скорость движения по затяжному спуску.
При этом скорость движения напоминает пилообразную линию из-за
того, что машинист вынужден увеличивать тормозную силу при дости-
жении наибольшей допустимой скорости движения и уменьшать или
совсем отпускать тормоза при уменьшении скорости на определенное
значение (на 10—15 км/ч).
Для механической устойчивости системы необходимо, чтобы тор-
мозная сила вместе с силами сопротивления движению возрастала с
увеличением скорости движения. В этом случае скорость движения по
спуску будет постоянна.
Таблица 20
Параметры Ступени служебного торможения
для груженых гру- зовых поездов для пассажирских поездов
1 « ш I 11 III
Наименьшее время торможения, мин 0,2 0.3 0.4 0,2 0,2 0,25
Время полного отпуска и подзарядки 1,5 1.8 2,0 0.5 0,8 1,0
тормозов поезда, мин Давление в тормозном цилиндре, МПа, — — 0.12 0.2 0,3
при: груженом режиме 0.1 0,16 0,25 — — —
среднем режиме 0,09 0,12 0,18 — — —
порожнем режиме 0,08 0,1 0,14 — — —
Значение тормозного коэффициента в — — — з& 60 85
процентах от расчетного при: груженом и среднем режимах 30 50 70 — — —
порожнем режиме 50 65 80 —- —
155
Пример 1. Определить расчетный тормозной коэффициент, тормозную и
удельную тормозную силы поезда, ведомого тепловозом 2ТЭ116 при скорости
70 км/ч и движении по участку со спусками менее 20*/н- Состав имеет массу
4500 т, сформирован из ПО четырехосных вагонов. Стандартными чугунными
колодками оборудованы 55 вагонов, в том числе у 30 груженых вагонов тормоза
включены на груженый режим и у 25 порожних вагонов — на порожний режим.
Кроме того, 20 груженых вагонов с массой груза, приходящейся на одну ось
более 6 т, оборудованы композиционными колодками, их тормоза включены на
средний режим.
Решение. I. Поскольку грузовой поезд следует по участку со спуска-
ми до 20°/00, массу локомотива и развиваемую нм тормозную силу в расчетах не
учитываем. Расчетные силы нажатия берем из табл. 19: для стандартных чугун-
ных колодок на груженом режиме Кр = 69 кН на ось, при порожнем режиме
Кр = 34 кН на ось, при пересчете композиционных колодок (на среднем режиме)
на чугунные Кр = 69 кН на ось.
2. Расчетная сила нажатия стандартных чугунных колодок у 30 груженых
вагонов ХКргр = 30-4-69 — 8280 кН.
3. Расчетная сила нажатия стандартных чугунных колодок у 25 порожних
вагонов 2Крпор = 25-4-34 == 3400 кН.
4. С учетом пересчета с композиционных колодок на чугунные расчетная
сила нажатия у 20 вагонов на среднем режиме тормозов SKDcn = 20-4-69 =
= 5520 кН.
5. Суммарная расчетная сила нажатия в поезде
SKp ~= 8280 4- 3400 + 5520 - 17 200 кН.
6. Расчетный тормозной коэффициент состава определяем по формуле (191):
Л SKp 17200
OD =----—=-------------= 0,39.
• р mcg 4500-9,81
7. Расчетный коэффициент трения чугунных колодок о колеса берем из
табл. 16 или рассчитываем по формуле (179). При и = 70 км/ч фкр = 0,102.
8. Удельную тормозную силу поезда определяем по формуле (190):
Ьт ~ 1000<ркр0р = 1000-0,102-0,39 = 39,8 Н/кН.
9. Тормозную силу поезда определяем по формуле (187):
Вт = 1000фкрХКр - 1000-0,102-17 200 = 1 755 000 Н
или Вт = 1755 кН.
Тормозную силу поезда можно также рассчитать, используя формулу (2):
ST ® brmcg - 39.8-4500-9,81 = 1755 кН.
Пример 2. Определить расчетный тормозной коэффициент, тормозную и
удельную тормозную силы пассажирского поезда, состоящего из электровоза
ЧС2Т массой 128 т и состава из 16 цельнометаллических вагонов с массой каж-
дого вагона 60 т (масса тары более 53 т), при скорости движения 130 км/ч. Две-
надцать вагонов и электровоз оборудованы чугунными колодками, а четыре
вагона — композиционными. Тормоза электровоза включены па скоростной
режим.
Решение. I. Масса поезда т = 128 + 16-60 = 1088 т.
2. Расчетные силы нажатия чугунных колодок пассажирских вагонов на
ось 98 кН (см. табл. 18), электровоза — 157 кН (см. табл. 17, на скоростном
режиме). Следовательно, сила нажатия чугунных колодок в поезде
Stfp, = 12-4-98 •+• 6-157 = 4704 4- 942 = 5646 кН.
3. Расчетная сила нажатия композиционных колодок при пересчете на чу-
гунные с учетом повышения тормозного эффекта па 25% у четырех вагонов
ХКрк = 4 4-98 1,25 = I960 кН.
156
4. Суммарная расчетная сила нажатия тормозных колодок поезда
2 Кр “ 5646 4- I960 = 7606 кН.
5. Коэффициент трения чугунных колодок при о = 130 км/ч берем из табл.
16: фкр = 0,083 [или определяем по формуле (179)].
6. Расчетный тормозной коэффициент определяем по формуле (189):
2Кр 7606
dp mg ~ 1088-9,81 “ " ‘
7. Удельную тормозную силу рассчитываем по формуле (190):
Ьт — 1000<рКрдр — 1000-0,083-0,71 = 59,2 Н/кН.
8. Тормозную силу рассчитываем по формуле (187):
Вг = 1000<ркр2Кр - 1000-0,083-7606 = 631 кН.
9. Сравним тормозную силу четырех вагонов при композиционных колод-
ках и при пересчете на чугунные:
а) при композиционных колодках расчетная сила нажатия на ось равна
44 кН и расчетный коэффициент трения (из табл. 16 при и = 130 км/ч) равен
0,246. Тормозная сила четырех вагонов по формуле (187):
Br = 1000-0.246-4-4-44 = 173 кН;
б) при пересчете на чугунные
Вт= 1000-0,083-4-4-98.1,25 = 162,7 кН.
Результаты, как и следовало ожидать, получены близкими.
48. Характеристики реостатного торможения
Используя принцип обратимости электрических машин, можно тяго-
вый электродвигатель перевести в генераторный режим и преобразовы-
вать механическую энергию поезда в электрическую энергию. В гене-
раторе обмотка якоря вращается в магнитном поле полюсов, в ней на-
водится э.д.с., и, если замкнуть электрическую цепь якоря на нагруз-
ку, по ней пойдет ток. Электромагнитные силы взаимодействия про-
водников с магнитным потоком препятствуют вращению якоря, созда-
вая тормозной момент М в, который передается через зубчатую переда-
чу на колесную пару (Мт). Момент .Мт на рис. 99 показан в виде пары
сил ВхВг, приложенных в центре колесной пары и в точках касания ко-
лес о рельсы. При наличии сцепления колес с рельсами внутренняя от-
носительно поезда сила Вг вызывает реакцию рельсов В, которая явля-
ется внешней силой, действующей против движения поезда, и создает
упор для колес. Ее называют тормозной силой электрического тормо-
жения. Из рис. 99 видно, что процесс образования тормозной силы
аналогичен образованию силы тяги (см. рис. 1), но моменты и силы дей-
ствуют [^противоположном направлении. Электрическая энергия от тя-
говых машин может быть направлена в тормозной реостат, установлен-
ный на локомотиве, и превращена в тепловую энергию, которая рассе-
ивается в окружающее пространство. Такое торможение называют
реостатным. На электроподвижном составе можно использовать
рекуперативное торможение, при котором электрическая энергия от
тяговых машин передается для использования потребителями. Приме-
157
Рис. 99. Образование тормозной си-
лы при электрическом торможении
Рис. 100. Принципиальные схемы
включения тягового электродвига-
теля:
а —« тяговом режиме; б —при замыка-
нии на реостат без переключения обмо-
ток; в — при реостатном торможении с
переключением концов обмотки возбуж-
дения; г — при реостатном торможении
с переключением концов обмотки якоря
Рис. 101. Изменение э. д.с. при само-
возбуждении и падения напряжения
в цепи тяговой машины с увеличени-
ем тока реостатного торможения
158
пение электрического торможения
позволяет снизить расход тормоз-
ных колодок, уменьшить износ ко-
лесных пар и повысить безопас-
ность движения поездов, так как
при его использовании механиче-
ские тормоза находятся в резерве
в полной готовности к работе.
Характеристики электрического
торможения более благоприятны
для поддержания постоянной ско-
рости на спуске. Реостатное тор-
можение используют на электро-
подвижном составе и оно может
быть применено на тепловозах с
электрической передачей.
В режиме реостатного тормо-
жения для наведения электродви-
жущей силы применяют самовоз-
буждение тяговых машин или не-
зависимое возбуждение.
При самовозбуждении э. д. с. в
тяговой машине наводится за счет
остаточного магнитного потока, со-
храняющегося в ней после режима
тяги. На рис. 100, а показана схема
включения тягового электродвига-
теля в режиме тяги. Ток /я прохо-
дит по обмотке возбуждения сверху
вниз. После выключения тока маг-
нитный поток не уменьшается до
нуля, а остается небольшой так
называемый остаточный магнитный
поток. При вращении якоря в этом
остаточном магнитном потоке в об-
мотке якоря наводится э.д.с. £0,
небольшая по значению, так как
мал магнитный поток. Если замк-
нуть цепь тяговой машины на рео-
стат /?т (рис. 100, б), то в началь-
ный момент под действием э.д.с. Ео
по ней пойдет ток /др, который по
обмотке возбуждения пройдет снизу
вверх, т. е. в обратном направле-
нии по сравнению с током /д, что
приведет к размагничиванию тяго-
вой машины, снижению э. д. с. до
нуля и отсутствию тормозного эф-
фекта. Чтобы ток по обмотке воз-
буждения проходил в том же направлении, что и в режиме тяги, необ-
ходимо переключить или обмотку возбуждения (рис. 100, в), или об-
мотку якоря (рис. 100, г). В обоих случаях ток в обмотке возбуж-
дения будет совпадать с током /л. После переключения одной из ука-
занных обмоток (чаще обмотки возбуждения) и замыкания цепи на
реостат по ней пройдет ток /др. Этот ток может вызвать увеличение
магнитодвижущей силы и магнитного потока тяговой машины, а сле-
довательно, и ее э.д.с. При более высокой э.д.с. по цепи пойдет боль-
ший ток, который вызовет новое увеличение магнитного потока и
э.д.с., а следовательно, и тока. Этот процесс возрастания магнитного
потока называют процессом самовозбуждения тяговой машины. Изме-
нение э.д.с. машины в зависимости от тока реостатного торможения /др
происходит по кривой 1 (рис. 101), так как Е = СФо, и при постоян-
ной скорости э.д.с. пропорциональна магнитному потоку, изменяю-
щемуся по закону магнитной характеристики.
При электрическом торможении необходимо знать токи /др и тор-
мозную силу локомотива Втр при установившихся режимах на различ-
ных скоростях движения. Кривые /ар (и) называют токовыми характе-
ристиками реостатного торможения, а кривые Втр (v) — тормозными
характеристиками.
Токовые характеристики рассчитывают исходя из равенства э.д.с.
и падений напряжения в контуре тока /дР. Из рис. 100, виг видно, что
э. д. с. Е при установившемся режиме уравновешивается суммой внут-
реннего падения напряжения в тяговой машине и падения напряжения
на тормозном реостате
Е /w('+*t). (192)
где Е — э. д. с. тяговой машины. В, равная СФг;
г — сопротивление обмоток тяговой машины. Ом;
/?т — сопротивление тормозного реостата. Ом, приведенное к одной тяговой
машине.
На рис. 101 показано изменение падения напряжения в цепи /др (г-|-
-|-/?т) (прямая 2). Точка пересечения А соответствует равенству (192)
и является точкой установившегося режима. Левее точки А в процессе
самовозбуждения машины возникает э.д.с. самоиндукции, равная раз-
нице между э.д.с. и падением напряжения в цепи (разница ординат ли-
ний 1 и 2).
Из равенства (192) скорость, км/ч,
/др(г~ ^Т>
СФ
(192')
При неизменном значении /?т с увеличением тока /др возрастает и
магнитный поток. При малых токах, когда поток в ненасыщенной зоне
изменяется пропорционально току, скорость остается постоянной.
С увеличением тока из-за насыщения магнитной системы знаменатель
уравнения (192') будет увеличиваться менее интенсивно по сравнению
с числителем и скорость будет возрастать. Соотношение между током и
скоростью изменяется с изменением сопротивления тормозного реоста-
та Rr.
159
На электроподвижном составе в цепях реостатного торможения мо-
жет быть а параллельных и п последовательно включенных тяговых
машин. Тогда
(193)
где /?т — сопротивление реостата, Ом.
На рис. 102 приведены токовые характеристики при реостатном
торможении с самовозбуждением тяговых машин. Каждой характерис-
тике соответствует определенное сопротивление тормозного реостата
Rr.
Как видно из рис. 100, при реостатном торможении направление то-
ка изменилось по сравнению с режимом тяги только в обмотках якоря.
Направление тока в обмотке возбуждения, а следовательно, и магнит-
ного потока сохранилось. При этом вращающий момент будет направ-
лен в сторону, противоположную направлению вращения электродви-
гателя, создавая тормозной момент и тормозную силу. Поскольку при-
рода возникновения электромагнитных сил тяги и тормозной силы оди-
накова, тормозную силу, развиваемую одной тяговой машиной, Н, опре-
деляют по формуле, аналогичной выражению (42),
Вд-3,6СФ/др+Лйд, (194)
где ДВд — сила, вызванная механическими и магнитными потерями в тяговой
машине и потерями в передаче, Н, действующая, как и в режиме
тяги, против движения.
Сила ДВд невелика и ее можно определить по формуле
ас ой ^мех-I-АРмаги’•
• д = 3,0 '' 1
Рис. 102, Токовые ха-
рамерпстики реостат-
ною торможения с са-
мовозбуждением тяго-
вых машин
Рис. 103. Зависимости
силы тяги, электромаг-
нитной силы тяги и тор-
мозной силы от тока
Рис. 104. Тормозные ха-
рактеристики реостатно-
го торможения с само-
возбуждением тяговых
машин
(195)
Значения ДРмех и ЛЕмагн определяют по расчетным данным тяго-
вого электродвигателя при каждой скорости и токе возбуждения или
по экспериментальным данным, получаемым при испытаниях на стен-
де. Потери в передаче ДРЦ рассчитывают аналогично определению по-
терь в тяговом режиме.
Пренебрегая разницей в скоростях движения при одних и тех же
токах /дР и /д тяговых машин при последовательном возбуждении,
можно приравнять эти потери при реостатном торможении потерям в
режиме тяги. Тогда значения ДВЯ = ДЕ можно определить из электро-
тяговых характеристик. На рис. 103 показана электротяговая характе-
ристика Екд (/д), штриховой линией нанесена электромагнитная сила
тяги Екд эм (/д), рассчитанная по формуле Екдэм — 3,6 СФ/Д. Разность
сил FK„ 8М и Ёкд есть ДЕ. Если к ординатам кривой электромагнитной
силы тяги прибавить значение ДВЯ = Д/7, то будет получена тормозная
сила или, как видно на рис. 103, ее можно определить из выражения
Вд-Г„4-2ДГ.
Если на локомотиве находится пя тяговых машин, то тормозная си-
ла, Н,
Зная из формулы (193) зависимость между скоростью и током /др и
из формул (194) и (196) связь между тормозной силой локомотива и то-
ком, можно найти тормозные характеристики — зависимости тормоз-
ной силы локомотива от скорости (аналогично тому, как это делалось
при расчете тяговых характеристик). На рис. 104 приведены тормозные
характеристики реостатного торможения с самовозбуждением тяговых
машин при различных сопротивлениях тормозного реостата Ят. Изме-
няя сопротивление реостата, регулируют ток реостатного торможения
и тормозную силу.
На токовые (рис. 102) и тормозные (рис. 104) характеристики нане-
сены штриховые ограничивающие линии: по наибольшей скорости дви-
жения — 4, по сцеплению колес с рельсами —2 или по наибольшему то-
ку —1, а также по допустимому напряжению на тяговой машине—3.
Ограничения по линиям 1 и 4 аналогичны соответствующим ограниче-
ниям в режиме тяги, ограничение по сцеплению колес с рельсами при
торможении определяют так же, как и в режиме тяги, но коэффициент
сцепления берут ниже, чем при тяге, создавая запас по сцеплению. Для
электровозов ВЛвО и ВЛвСГ коэффициент сцепления фт рассчитывают
в соответствии с ПТР по формуле
fr =0,09-1- —-0,00005с.
58 + »
(197)
^тр —лд(?д“ Лд(3.6СФ/др— А5д).
(196)
Ограничение характеристик по допускаемому напряжению связано
с появлением больших э. д. с. при работе с высокими скоростями и боль-
шими токами /дР, а следовательно, и большими магнитными потоками
(при последовательном возбуждении). При этом Е=-СФи, а значит, и на-
пряжение на тяговых машинах оказывается значительно выше допусти-
мого, что может привести к появлению кругового огня по коллектору.
В режиме тяги этого ограничения нет, так как сама скоростная характе-
ристика обеспечивает снижение скорости при увеличении тока. Допус-
тимое напряжение на тяговых электродвигателях устанавливает завод-
изготовитель. Оно обычно составляет 1,20—1,35 номинального напря-
жения.
6 Зак. 308
х
I*
е
с
х
м
х
>-
>-
о
I.
)-
>т
г-
е-
э-
ь-
!Х
’И
5-
т-
163
160
161
Рнс. 105. Принципиаль-
ная схема реостатного
торможения при незави-
симом возбуждении тя-
говых машин
Рнс. 106. Токовые ха-
рактеристики реостат-
ного торможения при
независимом возбуж-
дении тяговых машин
Рис. 107. Тормозные ха-
рактеристики реостат-
ного торможения при
независимом возбуж-
дении тяговых машин
Систему реостатного торможения при самовозбуждении обычно при-
меняют на электроподвижном составе постоянного тока с использова-
нием ступеней пускового реостата в качестве тормозных ступеней. Пре-
имуществом реостатного торможения при самовозбуждении тяговых
машин является независимость от наличия напряжения в контактной
сети. Однако эта система имеет и недостаток: процесс самовозбуждения
тяговых машин идет медленно — занимает 1—2 с и на это время задер-
живается получение тормозного эффекта. Иногда для ускорения воз-
никновения тормозной силы обмотки возбуждения тяговых машин крат-
ковременно подключают под напряжение аккумуляторной батареи, а
после создания магнитного потока переводят на самовозбуждение или на
возбуждение от напряжения, снимаемого с части тормозного реостата.
Такая система, примененная на электровозах ЧС27, позволяет быстро
получить тормозной эффект независимо от напряжения в контактной
сети.
Если на локомотиве есть источник энергии для питания обмоток воз-
буждения тяговых машин, то применяют независимое возбуждение.
Такая схема использована на электровозах переменного тока ВЛ807
и ЧС4Т. На рис. 105 приведена принципиальная схема реостатного тор-
можения двух тяговых машин Ml и М2, обмотки возбуждения которых
соединены последовательно и получают питание от тиристорного пре-
образователя ТП. подключенного к нескольким секциям вторичной об-
мотки тягового трансформатора. Обмотка якоря каждой тяговой ма-
шины замкнута на свой тормозной реостат или резистор (У?п и /?т4), со-
противление которых не изменяется. Иногда используют реостате дву-
мя ступенями сопротивления (электровозы ВЛ8СГ последних выпусков
и В Л 80е). Регулируют ток и тормозную силу, изменяя ток возбуждения
/в. Токовые характеристики рассчитывают по формуле (192'). Если ток
возбуждения остается неизменным, то магнитный поток изменяется не-
значительно (только под действием реакции якоря), и ток нарастает
почти пропорционально скорости. На рис. 106 приведены токовые ха-
рактеристики реостатного торможения при независимом возбуждении.
162
Тормозную силу локомотива определяют по формуле (196). На рис.
107 приведены тормозные характеристики Вгр (и), каждая из которых
соответствует определенному току возбуждения /в. На токовые и тор-
мозные характеристики (см. рис. 106 и 107) наносят ограничивающие
линии по наибольшей допустимой скорости — 4, по сцеплению колес с
рельсами — 3, по току коммутации тяговых машин —2. В зоне малых
скоростей ток /др и тормозная сила ВтР ограничиваются наибольшим
током возбуждения /„ (линия /). В зоне высоких скоростей и больших
токов /др и тормозных сил действуют ограничения по мощности тор-
мозного реостата или резистора (кривая 5) и по соотношению токов яко-
ря /пр и возбуждения /„(кривая 6). Это ограничение вызвано тем, что
ток возбуждения здесь оказывается значительно меньше тока якоря.
А при чрезмерном ослаблении возбуждения может появиться круго-
вой огонь по коллектору тяговых машин.
В действительности токовые и тормозные характеристики имеют
обычно несколько измененный вид из-за усложнения схем и воздейст-
вия тока якоря на ток возбуждения или введения автоматического ре-
гулирования тормозной силы и скорости. На каждой секции электро-
возов ВЛ80с и ВЛ80т применена схема, аналогичная рис. 105, с четырь-
мя тяговыми машинами на каждой секции. Обмотки возбуждения всех
восьми тяговых машин соединены последовательно и питаются от части
вторичной обмотки тягового трансформатора через тиристорный преоб-
разователь, с помощью которого регулируется напряжение на обмот-
ках возбуждения, а следовательно, и ток /„.
Рис. 108. Токовые характеристики электровозов ВЛ80с и ВЛ80т
6* 163
Рис. 109. Тормозные характеристики электровозов ВЛ80е и ВЛ80г
Токовые и тормозные характеристики электровозов ВЛ80т (послед-
них выпусков) и ВЛ80с приведены на рис. 108 и 109 при различных то-
ках возбуждения с нанесенными ограничениями по току возбуждения
/„ = 1100 А, по сцеплению колес с рельсами, длительному току тор-
мозного реостата /др = 830 А, по потенциальным условиям на коллек-
торах тяговых машин (по соотношению токов якоря и возбуждения
/др//в) и по максимальной скорости оюа1 = ПО км/ч. На этих электро-
возах для расширения зоны скоростей, в которой могут быть реализова-
ны большие тормозные силы, реостат выполнен с двумя ступенями со-
противлении: 1 Ом—в зоне высоких скоростей и 0,54 Ом — в зоне ма-
лых скоростей движения. Кроме того, на них применена система авто-
матического регулирования, позволяющая двигаться поезду по спус-
ку с постоянной скоростью, которую машинист устанавливает с по-
мощью специальной рукоятки. При этом тормозная сила автоматичес-
ки изменяется в зависимости от уклона и сопротивления движению.
На крутом спуске, если скорость будет возрастать от заданной, система
автоматически создаст большую тормозную силу, а при снижении
уменьшит ее, поддерживая заданную скорость движения. По желанию
машинист может установить необходимую примерно постоянную тор-
мозную силу, которая автоматически поддерживается при изменении
скорости движения. Этот режим удобно применять при торможении
для снижения скорости.
49. Характеристики рекуперативного торможения
Рекуперативное торможение, кроме общих преимуществ электри-
ческого торможения, дает возможность снизить расход электрической
энергии на тягу поездов. Рекуперацию энергии широко используют на
164
железных дорогах для поддержания постоянной скорости на затяжных
спусках с уклонами свыше 4—6°/w, а также для снижения скорости
движения. В зависимости от крутизны спусков и их протяженности на
линиях с горным профилем расход энергии на тягу снижается на 15—
25%, а на участках с холмистым профилем — на 5—10%. На электри-
фицированных железных дорогах нашей страны ежегодно возвращает-
ся в контактную сеть свыше 1,5 млрд. кВт-ч электроэнергии, что со-
ставляет свыше 3% потребляемой энергии. При этом экономится около
70 тыс. т чугунных колодок. Кроме того, рекуперативное торможение
при системе постоянного тока улучшает условия электроснабжения уча-
стка, способствуя повышению напряжения в контактной сети, вслед-
ствие чего повышаются скорости движения поездов, следующих по
подъему.
На линиях постоянного тока рекуперируемую энергию чаще всего
использует электроподвижной состав, работающий в этот момент в ре-
жиме тяги. При отсутствии потребителей энергии ток и тормозная сила
будут равны нулю и рекуперативное торможение невозможно. Чтобы
обеспечить надежный тормозной режим при отсутствии потребителей
энергии, питающихся от контактной сети, или при недостаточной их
мощности, так называемую избыточную энергию рекуперации можно
передать в энергосистему, где всегда есть потребители. Для этого на тя-
говых подстанциях постоянного тока устанавливают инверторы, пре-
образующие постоянный ток в переменный.
При густом движении поездов основную часть рекуперируемой энер-
гии потребляют другие поезда и избыточная энергия невелика. Она
обычно появляется на двухпутных участках при сбое движения поез-
дов, идущих по подъему навстречу рекуперируемым электровозам или
электропоездам. В этом случае избыточная энергия может быть погаше-
на в специальных балластных установках — реостатах, устанавливае-
мых на тяговых подстанциях и перегонах.
Основным условием для получения рекуперативного торможения
является превышение э.д.с. электрической машины над подведенным
напряжением Е > U. В этом случае ток, а следовательно, и электри-
ческая энергия будут направлены от тяговой машины в сеть. Тяговые
машины последовательного возбуждения не могут устойчиво работать
в режиме рекуперации. Кроме того, эти машины не могут иметь э. д. с.
более напряжения U. Поэтому тяговые машины переводят на незави-
симое возбуждение с питанием обмоток возбуждения от специального
вращающегося или статического преобразователя. Однако при незави-
симом возбуждении тяговые машины имеют жесткие характеристики,
при которых получается большая неравномерность в нагрузках машин
и большие изменения нагрузок при колебаниях напряжения в сети.
Поэтому для обеспечения мягких характеристик применяют специаль-
ные схемы.
В нашей стране получила распространение система рекуперативно-
го торможения с противовоэбуждением возбудителя. Принципиальная
схема такой системы для одной тяговой машины приведена на рис. 110.
Обмотка возбуждения тяговой машины питается от генератора — воз-
будителя В, на каждом полюсе которого имеются две обмотки. Обмотка
165
независимого возбуждения к,'нв служит для создания магнитного пото-
ка возбудителя. Она питается от цепей управления электроподвижного
состава через реостат, сопротивление которого, а следовательно, и ток
Лш регулируют с помощью тормозной рукоятки контроллера машини-
ста.
Для получения мягких характеристик тяговых машин на каждом
полюсе находятся витки обмотки противовозбуждения »пв, по кото-
рым проходит ток рекуперации /др. Магнитодвижущая сила этой об-
мотки действует против магнитодвижущей силы обмотки независимого
возбуждения. Поэтому при неизменном токе /ив магнитный поток воз-
будителя с ростом тока рекуперации уменьшается.
Зависимость между током /др и скоростью v — токовые характерис-
тики при рекуперативном торможении — определим, рассматривая
контур тока /др. Э. д.с. тяговой машины равна сумме подведенного на-
пряжения и падения напряжения в цепи:
E=V — /др (го4-гпв).
где Е — э. д. с. тяговой машины. В;
U — напряжение иа тяговой машине. В;
г0 — сопротивление обмоток якоря, дополнительных полюсов и компенса-
ционной обмотки, Ом;
гпв — сопротивление обмотки противовозбуждения возбудителя. Ом.
Подставив вместо э. д. с. ее выражение через магнитный поток и
скорость (£ = СФс), получим формулу для определения скорости, км/ч,
//~/др (>~8~|'пв) . I Qfi.
Магнитный поток (или величину СФ) можно взять из нагрузочных
характеристик СФ (/„) тягового электродвигателя. Для примера на
рис. 111 приведены нагрузочные характеристики тягового электродви-
гателя НБ-406, не имеющего компенсационной обмотки. Из-за размаг-
ничивающего действия реакции якоря магнитный поток при одинако-
вом токе возбуждения /„и большем токе якоря /я оказывается мень-
шим. Компенсационная обмотка в тяговых электродвигателях компен-
сирует реакцию якоря и для них значение СФ берут из магнитной харак-
теристики.
Ток возбуждения /в определяют (см. рис. 110) как отношение э. д. с.
возбудителя к сумме сопротивлений цепи возбуждения тягового элект-
родвигателя
(199)
где £в — э. д. с. возбудителя. В;
гв — сопротивление обмотки возбуждения тягового электродвигателя, Ом;
гяв — сопротивление обмотки якоря и дополнительных полюсов возбуди-
теля, Ом.
Э. д. с. возбудителя, В,
Е„ -С„Фвпв,
где Св — конструкционная постоянная возбудителя;
Фв — магнитный поток возбудителя, Вб;
лв — частота вращения якоря возбудителя, об/мин.
166
Зависимость С„Ф„ от магнито-
движущей силы возбудителя 0 при-
ведена на рис. 112. Из-за малого
насыщения магнитной системы воз-
будителя кривую С„ФВ (0) можно
заменить прямой с углом накло-
на а. Тогда СВФ» = 0 tga и магни-
тодвижущая сила возбудителя. А,
0*= AlB ®НВ /др ®пп.
где а>нв — число витков обмотки воз-
буждения возбудителя (на
полюс);
шп|| — число витков обмотки про-
тивовозбуждепия возбудите-
ля (на полюс).
Полученные выражения под-
ставляют в формулу (199) и полу-
чают
. (^нв »нв — /др ^'11 в) "в tg
/в — (zuu;
гв I гяв
Отсюда видно, что при неизмен-
ном токе независимого возбужде-
ния возбудителя ток возбуждения
тяговой машины уменьшается с
увеличением тока рекуперации.
На рис. 113 показаны такие зави-
симости для различных позиций
тормозной рукоятки контроллера
машиниста, каждая из которых со-
ответствует определенному току
Из анализа формул (200) и (198)
видно, что на каждой позиции тор-
мозной рукоятки с увеличением то-
ка рекуперации уменьшается ток
возбуждения а следовательно,
и СФ тяговой машины и увеличи-
вается скорость. Иными словами,
скоростная характеристика имеет
возрастающий характер и с увели-
чением скорости отдаваемый в сеть
ток растет. Токовые характеристи-
ки электровозов ВЛ10 и ВЛ10у
приведены на рис. 114.
Тормозную силу электровоза оп-
ределяют по формуле (196), а по
токовым характеристикам и зависи-
мости тормозной силы от тока нахо-
дят тормозные характеристики
Рис. ПО. Принципиальная схема ре-
куперативного торможения с проти-
вовозбужденнем возбудителя
Рис. 111. Нагрузочные характеристи-
ки тягового электродвигателя НБ-406
Рис. 112. Зависимость С.Ф. возбуди-
теля от магнитодвижущей силы 0
167
Рис. 113. Зависимости тока возбуж-
дения /. от тока якоря /др тягового
электродвигателя восьмиосного элек-
тровоза
электроподвижного состава. На
рис. 115 приведены тормозные ха-
рактеристики электровозов ВЛ 10
и ВЛ10*. Рекуперативные характе-
ристики приводят для напряжения
3300 В на 10% выше номинального
напряжения контактной сети, так
же как и на шинах тяговых под-
станций, в связи с тем, что при ре-
куперации электроподвижной со-
став превращается из потребителя
в источник электрической энергии.
В зоне высоких скоростей нахо-
дятся 15 характеристик при парал-
лельном соединении обмоток яко-
рей тяговых машин - в четыре ветви по два последовательно (на гра-
фике первые три характеристики не показаны). Каждая характеристи-
ка соответствует номеру позиции тормозной рукоятки контроллера
машиниста. С увеличением номера позиции увеличивается ток в об-
мотках возбуждения, а значит, и магнитный поток тяговых машин.
Рис. 114. Токовые характеристики электровозов ВЛ 10, ВЛ10у в режиме рекупе-
рации
168
Рис. 115. Тормозные характеристики электровозов ВЛ 10, ВЛЮ» в ре/'име ре-
куперации
Из графика видно, что с увеличением скорости движения растут ток
/др и тормозная сила Втр. В случае снижения скорости /др и Втр
уменьшаются и для получения больших тормозной силы и тока необ-
ходимо переходить на более высокие позиции. На 15-й позиции при сни-
жении скорости до 54 км/ч ток и тормозная сила уменьшаются до нуля,
так как суммарная э. д. с. двух последовательно включенных тяговых
машин не превышает, а только равна напряжению тяговой сети. Если
скорость будет снижаться и далее, то э. д. с. окажется меньше напря-
жения сети и тяговые машины перейдут в тяговый режим при незави-
симом возбуждении. Чтобы обеспечить рекуперативное торможение в
зоне меньших скоростей, тяговые машины переключают на последова-
тельно-параллельное соединение — по четыре последовательно в две
параллельные ветви. Суммарная э.д. с. четырех тяговых машин пре-
высит напряжение сети при скорости 54 км/ч даже при меньшем токе
возбуждения. На этом соединении используют также 15 позиций тор-
мозной рукоятки контроллера. На 15-й позиции при наибольшем токе
возбуждения и скорости 25,5 км/ч суммарная э.д.с. четырех тяговых
машин снова сравняется с напряжением сети и ток /др = 0.
Чтобы получить рекуперативное торможение в зоне скоростей от
22,5 до 12,5 км/ч используют последовательное соединение восьми
169
тяговых машин. В зоне скоростей ниже 12,5 км/ч рекуперация невоз-
можна, так как суммарная э.д. с. восьми машин оказывается меньше
напряжения сети.
На графике нанесены ограничивающие линии по максимальной ско-
рости 100 км/ч, по сцеплению колес с рельсами, а на параллельном сое-
динении тяговых машин — по допустимому отношению тока якоря к
току возбуждения (/„//, — 2,8). Отношение 1ЯН в = 2,8 соответствует
допустимому ослаблению возбуждения тяговой машины: коэффициент
регулирования возбуждения pmJn = /в//я — 1/2,8 = 0,36. Более глу-
бокое ослабление возбуждения или большее отношение /я//в может
привести к образованию кругового огня по коллектору. Ограничение по
сцеплению рассчитывают исходя из коэффициента сцепления на 20%
меньшего, чем при тяге. Вследствие различной массы электровозов
ВЛ10 и ВЛ10* (соответственно 184 и 200 т) ограничения по сцеплению
имеют различные значения (ВЛ10 — сплошные линии, ВЛ10* — штри-
ховые).
На последовательно-параллельном и последовательном соединениях
вследствие более низкого напряжения на тяговых машинах допускает-
ся более глубокое ослабление возбуждения /я//в = 5,5. Кроме того,
на этих соединениях наступает также ограничение по наибольшему то-
ку /дР = 720 А.
Имея токовые и тормозные характеристики, можно определить ток
/Др и тормозную силу Втр для любой позиции тормозной рукоятки
контроллера машиниста при заданной скорости движения.
Система рекуперативного торможения с противовоэбуждением воз-
будителя применена на электровозах ВЛ10, ВЛ 10*, ВЛ8 и на электро-
поездах ЭР22. На этих электропоездах, имеющих рекуперативно-ре-
остатное торможение, реостатное торможение при независимом воз-
буждении используется в период сбора цепей рекуперации и достиже-
ния четырьмя последовательно соединенными тяговыми машинами сум-
марной э. д. с., равной напряжению контактной сети. Затем цепи пере-
ключаются на рекуперацию, которая действует в зоне скоростей выше
50 км/ч. При снижении скорости до этого значения снова включается
реостатное торможение при самовозбуждении тяговых машин.
На электроподвижном составе переменного тока со статическими
преобразователями для получения рекуперативного торможения не-
обходимо не только перевести тяговые электродвигатели постоянного
тока в генераторный режим при независимом возбуждении с работой
на сеть, но и преобразовать постоянный ток в переменный с помощью
инверторов. Для получения большей устойчивости и улучшения рас-
пределения тока между параллельно включенными тяговыми двигате-
лями в цепь каждого электродвигателя включают резистор.
В нашей стране серийно выпускаются электровозы ВЛ80₽ с преобра-
зователями на управляемых полупроводниковых вентилях — тиристо-
рах. В режиме тяги тиристоры используют для плавного регулирования
напряжения на тяговых электродвигателях, а при рекуперации — для
инвертирования тока — преобразования постоянного тока в перемен-
ный
170
Тормозные характеристики этих электровозов приведены на
рис. 116; токовые характеристики, показывающие зависимость тока
тяговой машины в режиме рекуперации от скорости /др (о). — на
рис. 117 и токовые характеристики активной составляющей полного
тока электровоза при рекуперации от скорости /da (и) — на рис. 118.
Таких тормозных и токовых характеристик на графиках находится бес-
численное множество, и они перекрывают все поле графика. Получают
любую характеристику изменением угла открытия тиристоров в каждой
зоне регулирования. Всего на электровозе ВЛ80₽ таких зон четыре.
Они отличаются напряжением, снимаемым с секций тяговой обмотки
силового трансформатора. На рис. 116—118 в виде примера показаны
характеристики для половин и целых эон регулирования, а в зоне высо-
ких скоростей — при постоянных токах возбуждения. Рабочая зона
характеристик на этих рисунках ограничена сцеплением колес с рельса-
Рис. 116. Тормозные характернстнг.и электровоза ВЛ80<* при рекуперативном
торможении
171
Рис. 117. Токовые характеристики тяговой машины электровоза ВЛ80₽ при ре-
куперации (зависимость тока тяговой машины /яр от скорости о)
Рис. 118. Токовые характроистики электровоза ВЛ80» пои рекуперации .зави-
симость активной составляющей полною тока /<а от скорости о)
172
ми (1), потенциальными условиями на коллекторах тяговых машин по
соотношению токов (2) и наибольшей скоростью (5).
Большая жесткость тормозных характеристик позволяет проще
поддерживать постоянную скорость на спусках. Тормозную силу регу-
лируют перемещением тормозной рукоятки.
В зоне малых скоростей (менее 9—10 км/ч) система рекуперативного
торможения автоматически переходит на торможение противовключе-
нием, при котором тяговые машины при независимом возбуждении
переходят на работу в режим тяги с действием силы тяги против движе-
ния. Этот режим (контрток) в зоне малых скоростей неопасен, но при
этом из сети потребляется активный ток (см. рис. 118). Вследствие
включения в цепь рекуперирующих тяговых машин резисторов возвра-
щаемая в сеть энергия оказывается на 8—13% меньше, чем у электро-
возов постоянного тока.
173
ГЛАВА 8
УРАВНЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДА
И ЕГО РЕШЕНИЕ
SO. Особенности движения поезда
В результате воздействия локомотива и вагонов между собой и воз-
никающих при этом колебаний подвижного состава на поступательное
движение поезда накладываются различные их взаимные перемеще-
ния во всех направлениях: продольные, поперечные и вертикальные,
а также повороты относительно вертикальной и горизонтальной осей.
Учет сил, вызывающих эти перемещения, и самих перемещений выз-
вал бы усложнение изучения закономерностей движения поезда. По-
этому в дальнейших расчетах принимаются следующие допущения: по-
езд представляют в виде материальной точки, в которой сосредоточена
вся его масса; из всех перемещений подвижного состава рассматривают
только поступательное движение поезда и вращательное движение час-
тей, частота вращения которых зависит от скорости движения поезда,
т. е. колесных пар, а у локомотивов — также якорей тяговых элект-
родвигателей и элементов передачи. Остальные перемещения в учет не
принимают. Замена рассредоточенной массы поезда материальной точ-
кой вносит некоторую погрешность в расчеты при движении на перело-
мах профиля пути. Однако такая погрешность вполне допустима для
обычных расчетов, связанных с движением поезда.
Кроме совершения работы по перемещению поезда, локомотив или
моторный вагон в режиме тяги затрачивает механическую энергию на
повышение скорости движения или, иными словами, на увеличение за-
паса кинетической энергии, равного половине произведения массы по-
езда на квадрат скорости, а при движении по подъему — на повышение
запаса потенциальной энергии, равного произведению веса поезда на
высоту подъема.
В режиме выбега, когда тяговые электродвигатели электроподвиж-
ного состава отключены от контактной сети, а передачи тепловозов и
дизель-поездов отсоетиняют дизели от колесных пар, поезд не потреб-
ляет энергию. Он движется за счет запасенной кинетической или по-
тенциальной энергии. Если скорость снижается, используется кинети-
ческая энергия, а при движении по спуску с постоянной скоростью —
потенциальная энергия. Возможно также преобразование потенциаль-
ной энергии в кинетическую при движении поезда по спуску с увели-
чением скорости, и кинетической в потенциальную при движении поез-
да на подъем с уменьшением скорости.
При торможении к силам сопротивления движению прибавляются
тормозные силы. При снижении скорости движение осуществляется за
счет уменьшения запаса кинетической энергии, а при неизменной ско-
рости на спуске — за счет потенциальной энергии.
174
S1. Уравнение движения поезда
Уравнение движения поезда позволяет оценить влияние ускоряю-
щих и замедляющих сил, действующих на поезд, на ускорение его дви-
жения.
Как известно, связь между силой, ускорением и массой любого тела,
движущегося поступательно, в том числе и поезда, можно определить,
используя второй закон Ньютона,
Fr * та, (201)
где Ау — ускоряющая сила, действующая на поезд, Н;
т — масса поезда, кг;
а — ускорение движения, м/с*.
В тяге поездов массу поезда измеряют в тоннах и, чтобы получить
ее в килограммах, нужно умножить на 1000 (1 т = 1000 кг); скорость
измеряют в километрах в час. Чтобы выразить скорость в этих едини-
цах, нужно иметь ускорение в километрах на час в квадрате. По-
скольку 1 м = 1/1000 км,а 1 с = 1/3600 ч, получают
1 м/с» =- 3600»/1000 - 12 960 км/ч».
Тогда из выражения (201) ускоряющая сила, Н,
Fy=ma/12,96. (202)
При движении поезда наряду с поступательным движением всех его
частей колесные пары вагонов и локомотивов, а также якоря тяговых
электродвигателей и элементы зубчатых передач у электроподвижного
состава и тепловозов с электрической передачей, элементы гидравли-
ческих или механических передач тепловозов и дизель-поездов, имею-
щих такие передачи, совершают еще и вращательное движение. С изме-
нением скорости поступательного движения изменяется и частота вра-
щения этих частей. Следовательно, ускоряющая сила поезда вызывает
не только ускорение поступательного движения всего поезда, но и угло-
вое ускорение вращающихся частей. В случае снижения скорости дви-
жения поезда вращающиеся части, стремясь сохранить движение, пре-
пятствуют действию замедляющих сил.
Таким образом вращающиеся части снижают как ускорение, так и
замедление поезда, т. е. вызывают тот же эффект, что и увеличение мас-
сы поезда. Их влияние на ускорение движения поезда в расчетах оце-
нивают коэффициентом у и вместо массы поезда т вводят приведенную
массу поезда тп-т (1 4- у). Коэффициент (1 4-у) называют коэффи-
циентом инерции вращающихся частей, который показывает, на сколь-
ко нужно увеличить действительную массу поезда, чтобы учесть дейст-
вие вращающихся частей.
Равенство (202) с учетом вращающихся частей будет иметь вид
Fy т(1 + ?)в/12.96. Г2ОЗ>
Это выражение называют уравнением движения поезда. Оно показы-
вает зависимость между ускорением движения поезда, км/ч*, ускоряю
щей силой, Н, массой поезда, т, и коэффициентом инерции вращающих-
175
Таблица 21
Внл подвижного состава (1 + V) км/ч» Н/кН
Электровозы (всех серий) 1,15—1.30 97-110
Электровоз В Л 80* (|Х=4,19) 1,275 99,6
Электровозы ВЛ10, В Л 60" (ц=3,896) 1.265 100,4
> В Л 8, ВЛ 23 (ц = 3.905) 1.242 102,3
Электропоезда 1,06-1,07 118—120
Тепловозы 1,07—1,13 112-118
Дизель-поезда 1,09-1,10 115—116
Пассажирские вагоны 1,04-1,05 121-122
Грузовые вагоны:
груженые 1,03—1,04 122-123
порожние 1,07—1,08 117—119
(204)
ся частей. Для определения ускорения движения, км/ч8, уравнение
(203) используют в виде
Л* у
а= 12,96----.
т(1 4-у)
Так как из уравнения (2) /у ₽ Fjmg, то ускорение, км/ч8,
127
/у. (205)
Выражение (205), также являющееся уравнением движения поез-
да, показывает, что ускорение движения поезда зависит от удельной
ускоряющей силы и коэффициента инерции вращающихся частей
(14-у). Обозначив 127/(1 4-у) — С, получим наиболее простую и удоб
нуюдля расчетов форму уравнения движения поезда. Ускорение, км/ч8
а=С/у. (206)
где t — ускорение поезда, км/ч*, при действии удельной ускоряющей силы в
1 Н/кН.
Так как из формулы (3) /у = /к — юк — Ьт, то ускорение, км/ч8
я “С (207)
Значения коэффициента инерции вращающихся частей (1 4- у)
различны для разных видов подвижного состава. Па его значение влия-
ет также масса подвижного состава. Так, у груженых вагонов значение
коэффицента (1 4- у) меньше по сравнению с порожними из-за меньше-
го влияния одних и тех же вращающихся частей — колесных пар — на
вагон большей массы. У локомотивов коэффициент инерции вращаю-
щихся частей имеет ббльшие значения, чем у вагонов, так как, кроме ко-
лесных пар, в нем учйтывается инерция якорей тяговых электродвига-
телей и элементов передачи. Значения коэффициентов (1 4- у) и £ для
некоторых видов подвижного состава приведены в табл. 21.
Коэффициент у для поезда, состоящего из различного типа вагонов и
локомотивов, определяют как средневзвешенную величину по формуле
„_ ”«?i4-”c»Ti4- ... 4-мдул 2
176
где mcl.| массы отдельных частей состава, т, имеющих коэффициенты еоот-
т<2. ...| ветственно ylt у8,
«л — масса локомотива, т. имеющего коэффициент ул;
т — масса поезда, т.
Для различных грузовых и пассажирских поездов коэффициент у
оказывается близким к 0,06 и коэффициент С равным 127/1,06 -
> ' ГГкП ‘ Э™ значение £ и берут для всех грузовых и пассажирских
поездов. Для электро- и дизель-поездов, а также при движении локо-
мотивов резервом значения £ берут из табл. 21.
52. Анализ уравнения движения поезда
Чтобы решить уравнение движения поезда, нужно, как видно из
формул (206) и (207), найти удельные ускоряющие или замедляющие си-
лы, которые определяют из удельных сил тяги, удельных сил сопротив-
ления движению и удельных тормозных енл во всем диапазоне скорос-
тей движения.
На рис. 119 показаны зависимости удельной силы тяги локомотива
(кривая /), удельных сил основного сопротивления движению поезда
(кривая 3 при работе локомотива под током, кривая 4 при работе
локомотива без тока) и удельных тормозных сил (кривая 5) в зависимо-
сти от скорости движения. Причем для удобства дальнейших построе-
ний ускоряющие силы отложены по оси абсцисс влево от начала коор-
динат, а скорости — по оси ординат. Графики, показывающие зависи-
мость удельных ускоряющих и замедляющих сил от скорости движения,
называют диаграммой удельных ускоряющих и замедляющих сил. На
этой диаграмме не учтены силы дополнительного сопротивления движе-
нию поезда.
В режиме тяги удельная ускоряющая сила, как видно из парагра-
фа 2, определяется как разность удельных сил тяги и сопротивления
движению поезда (при работе локомотива в режиме тяги). Например,
при скорости и, удельную ускоряющую силу находят как разность от-
резков GE и GL. Полученный отрезок GM и соответствует удельной ус-
коряющей силе /у, действующей на поезд на прямолинейном горизон-
тальном элементе профиля пути. Проведя подобные вычисления зна-
чений /к — u'o при других скоростях и соединив точки, получают кри-
Рис. 119. Построение диаграммы удельных ускоряющих и замедляющих сил
177
Рис. 120. Зависимость скоро
сти движения от времени при
различных режимах движения
поезда
вую ABDC диаграмму удельных уско-
ряющих сил (кривая 2) в режиме тяги
/„ и»,, - f (о). Замедляющие силы (при
отсутствии дополнительного сопротивле-
ния) при движении поезда в режиме вы-
бега определяют по кривой 4 щ,)Х (и).
В режиме механического торможения
удельные замедляющие силы (кривая 6)
определяются суммированием удельных
тормозных сил (кривая 5) и удельных сил
сопротивления движению при работе без
тока (кривая 4). Обычно па диаграмме
удельных ускоряющих и замедляющих сил кривые /, 3 и 5 не пока-
зывают, оставляя только кривые удельных ускоряющих и замедляю-
щих сил, необходимые для решения уравнения движения поезда.
Имея диаграмму удельных ускоряющих и замедляющих сил, мож-
но проанализировать характер движения данного поезда, имеющего
определенное значение коэффициента инерции вращающихся частей,
а следовательно, и коэффициента £. При этом нужно помнить, что на
диаграмме не учтено дополнительное сопротивление движению поезда,
которое может сильно повлиять на значение удельной ускоряющей или
замедляющей силы. Характер движения поезда в наиболее простых ус-
ловиях при отсутствии сил дополнительного сопротивления движению
в функции времени определяют таким образом. При трогании с места на
поезд в режиме тяги действует удельная ускоряющая сила, равная от-
резку ОА. В дальнейшем при разгоне она несколько снижается (до
точки В). Из уравнения движения поезда видно, что когда удельная ус-
коряющая сила положительна (/у >• 0), то ускорение а будет также по-
ложительно, что соответствует ускоренному движению поезда. На рис.
120 показано увеличение скорости во времени под действием силы /у.
Если бы ускоряющая сила не изменялась от скорости, а была постоян-
ной, то движение было бы равноускоренным. Ускорение зависит от
ускоряющей силы. Поэтому вначале скорость возрастает более интен-
сивно, а затем с меныпим ускорением. Через время t„ при скорости
и0, соответствующей точке В на рис. 119, разгон заканчивается. Далее
удельная ускоряющая сила уменьшается более интенсивно (по линии
ВС). Соответственно ускорение поезда, как видно из уравнения дви-
жения, также уменьшается и приращение скорости становится все
меньше. Когда скорость достигнет точки D, при которой /у = 0, ус-
корение будет также равно нулю и поезд будет двигаться с установив-
шейся скоростью (еугт на рис. 120) Чтобы уменьшить скорость движе-
ния, машинист через время trr после трогания при скорости vB пере-
ходит с режима тяги на режим выбега, которому соответствует кривая
4 на рис. 119. В связи с тем что в режиме выбега удельная ускоряющая
сила отрицательна (/у< 0), движение поезда будет замедленным. На
рис. 120 это изменение скорости происходит по отрезку кривой
vT в течение времени /в. Если нужно снижать скорость с большим за-
медлением, машинист включает тормоза. При этом замедляющие силы
определяются кривой 6 на рис. 119. Значительная отрицательная ус-
коряющая сила вызывает движение поезда с большим замедлением в те
чение времени 1Г (на рис. 120) от точки кт до v 0. Если бы замедляю-
щая сила в режиме торможения оставалась постоянной, то движение
поезда было бы равнозамедленным.
Если учитывать действительные условия движения поезда по эле-
ментам профиля пути, имеющим также подъемы и спуски, то ускорен-
ное движение можно получить не только в режиме тяги, ио и в режиме
выбега и торможения при следовании по спуску, когда составляющая
от веса поезда окажется больше сил сопротивления движению или сум-
мы сил сопротивления движению и тормозной силы.
Равномерное движение поезда наступает при равенстве этих сил.
Замедленное движение может быть и в режиме тяги при следовании по
подъему, когда сила тяги окажется меньше сил основного и дополни-
тельного сопротивлений движению.
В результате решения уравнения движения поезда определяют ско-
рости движения, путь, пройденный поездом за любой промежуток вре-
мени, или время, необходимое для прохождения отрезков пути, в том
числе и перегонов.
При движении поезда ускоряющая сила изменяется в связи с из-
менением режимов работы локомотива, плана и профиля пути и т. д.
11оэтому наиболее общим случаем является ускоренное или замедлен-
ное движение и только в частных случаях равномерное.
S3. Общие принципы решения уравнения движения
поезда
Чтобы решить уравнение движения поезда при изменяющихся си-
лах, нужно знать законы, по которым эти силы изменяются. Однако
изменения скорости, силы тяги и тока тяговых электродвигателей вза-
имно связаны через магнитный ноток, нелинейно зависящий от тюка и не
имеющий аналитического выражения. Поэтому тяговые характеристи-
ки и кривые удельных ускоряющих сил также не имеют аналитичес-
кого выражения, а задаются в виде графиков или в форме таблиц. При
отсутствии аналитической зависимости решить уравнение движения
поезда тючными методами нельзя и на практике его решают приближен-
ными методами. Такие методы можно применять в том случае, когда они
дают достаточные для практики точности расчетов. Эти приближенные
методы основаны на замене действительных, изменяющихся в каком-то
интервале скоростей, удельных ускоряющих или замедляющих сил не-
изменными средними значениями.
На рис. 121 показана диаграмма удельных ускоряющих сил (кри-
вая adm) и отрезков прямых, которыми ее заменяют, Например, при из-
менении скорости в интервале 0 10 км/ч действительная удельная
ускоряющая сила изменяется по кривой ah от 8,2 Н/кН при v Одо
7,6 Н'кН при v 10 км ч. Ее заменяют средним значением /уг|,
7,9 П кН (прямая а’Ь'). Аналогично кривую Ьс в интервале скорос-
тей 10-20 км/ч можно заменить вертикальной прямой Ь"с' и т. д. При
этом переход от одного интервала скорости к другому сопровождается
П9
Рис. 121. Определение средних зна-
чений удельных ускоряющих сил
скачкообразным изменением сред-
него значения удельной ускоряю-
щей силы. Таким образом, кривую
adm заменяют ступенчатой линией
а’Ь'Ь'''сс?...ГГт'. Погрешность рас-
четов с использованием ступенча-
той линии зависит от выбранного
интервала скоростей. Чем меньше
интервал, тем меньше средние силы
/у гр отличаются от действительных
значений и в пределе при беско-
нечно малых интервалах скорости
ломаная линия совпадет с линией
adm. Однако при малых интервалах
увеличивается их число,а следова-
тельно, увеличивается объем расче-
тов. При больших интервалах скоростей объем расчетов меньше, но по-
грешность расчетов возрастает. Поэтому в ПТР оговорены наибольшие
интервалы скоростей, в которых принимают средние значения удельных
ускоряющих сил. В режиме тяги в зоне разгона (кривая ad) до выхода
на ходовые характеристики разрешается брать интервалы скоростей не
более 10 км/ч, а при работе на ходовых позициях (линия dm) не бо-
лее 5 км/ч. Разницу в интервалах скорости ввели для получения при-
мерно одинаковой погрешности при разных наклонах кривых. При раз-
гоне поезда кривая удельных ускоряющих сил близка к вертикали и
разница между действительными чсредними значениями сил получает-
ся меньше, чем при работе на ходовых характеристиках, где кривые
идут полого. При интервале скорости 10 км/ч на ходовых характеристи-
ках разница между действительными и средними удельными ускоряю-
щими силами была бы больше, что привело бы к большим погрешностям
и снижению точности расчетов.
Из этих же соображений наибольшие интервалы скоростей на выбе-
ге допускаются 10 км/ч: в режиме торможения при скоростях 50 км/ч и
выше не более 10 км/ч, а в .зоне более низких скоростей, где кривая
удельных замедляющих сил идет полого,— не более 5 км/ч.
На диаграмме удельных ускоряющих сил ступенчатую линию a"b'b'...
...ГГт' не строят, а берут в каждом интервале скоростей средние зна-
чения сил fy,.v на кривой удельных ускоряющих или замедляющих сил
при средней скорости движения. Если в каждом интервале скоростей
удельная ускоряющая или замедляющая сила принимается постоянной,
то движение будет равноускоренным или равнозамедленным.
Таким образом, чтобы решить уравнение движения поезда, нужно
рассчитать и построить диаграмму удельных ускоряющих и замедляю-
д,.1х сил во всем диапазоне скоростей. Порядок расчетов рассмотрим
на примерах.
Пример I. Определить удельные ускоряющие силы в режиме тяги и замед-
ляющие в режимах выбега и служебного механического торможения поезда,
состоящего из восьмиосного злектоояози ВЛ80* иассэй 184 т и состава массой
5000 т, при движении по звеньевому пути. Состав сформирован яз четырех-
180
Таблица 22
е. км/ч С.Х •в°г «X » С- Э Г X ж £ * о 3 шр, Н/кН I э 5 С* №о4 ti- ll/кН *Э° X b-q. Н/кН u-о. Н/кН »о. Н/кН
1 2 J 4 5 ь 1 2 3 1 & в
0-10 0.91 1 .23 1,04 3,03 1.08 55.7 1.52 1.91 1.68 3.39 1.74
20 1.00 1 .33 1.13 2.22 1.17 60 1.60 2.01 1,76 3,58 1.82
30 1.11 1 .46 1 .25 2,47 1.29 70 1.81 2.26 1 .98 4.07 2.05
40 1.25 1 .61 1,39 2.78 1 .44 80 2.05 2.53 2.23 4,62 2.31
50 1 .41 1.79 1.56 3.15 1.62 90 2.31 2,83 2.51 5.2.3 2.61
50.5 1.42 1 .НО 1.57 3.17 1,63 100 2,60 3.16 2,81 5.90 2,92
52 1.45 1.83 1.60 3.23 1.66 "" 2.91 3.48 3.14 6.63 3.26
осны* гружены* нагонов и содержит60% вагонов (по массе) на роликовых под-
шипниках массой каждого вагона тир 80 т и 40% на подшипниках скольже-
ния с массой вагона гл,,,- 70 т. После разгона электровоз работает на 33-й
позиции при возбуждении НВ. ОВ!, 0В2. Вагоны состава оборудованы стандарт-
ными чугунными колодками (0р ‘ 0.4). Поезд следует по участку со спусками
менее 20|,/1Ю По данным /нечетов построить диаграмму удельных ускоряющих
и замедляющих сил длч всех режимов работы.
Решение I. Расчет основного удельного сопротивления движению со-
става проведем при скоростях, кратны* 10 <м/ч, и при скоростях выхода на
характеристику нормального возбуждении НВ и перехода на характеристики
ослабленного возбуждения 0В! и 0В2 (см. графу I табл. 22).
1.1. Основное удельное сопротинлеиие движению четырехосных груженых
вагонов на рол и кои ых юдшипниках нои движении ни звеньевому пути рассчи-
тываем по формуле (1(2). Для и 1)тК1 км/ч
3 ; 0, |п-г 0 .00254»» „ 3 г 0.1 >0 0.0025-10»
--------- 07------------------------------0.91 Н/кН.
70 4
состава определяем по
1.04 Н кН.
1.2. Основное удельное сопротивление движению четырехосных груженых
вагонов па подшипниках скольжения определяем ю формуле (И!) (или берем
из табл. 10). .(ли и 0 10 км/ч
8 0,1о- 0,0025b1 « | 0.1-|0 | 0.0025-10»
•4с 0.7 ---------------------- 0.7 4---------------------------.
I.23H кН.
1.3. Основное удельное сопротивление движению
формуле (134). Для и - ' -г 10 км/ч
lj0wt;4p I 40w^c 60-0,91 ( 40 1,23
“' 100 100
2. Ряс«ет основного удельного сопротивления движени-о поезда в режиме
тягч ппонеяем чеиея интервалы, равные Ю км/ч, и для точек яыхо га та харикте-
ристтку томильного «оэбучдеиии НВ и перехода та характеристики ч:лаблеи-
ного аозоУжленич ОН!, 0В!.
2.1. Основное у тельное сопротивление движению локо. ютияя берем из
тбл. 10 или рассчитываем по формуле (100). Так, при и ~ 50. э км/ч
w'e 1.9 4- 0,01т/ 4- О.ОООЗтЯ 1.9 4- 0,01 - 50.3 4- 0,0003 -50.5» 3.17 Н/хН.
181
Таблица 23
т ж X £> и,, II/вН гк. кН /„. Н/кН („ «•„. н/кн
НВ OBI овг НВ ОН! OBJ НН (НН ОВЗ
1 9 л 5 ь 7 а 9 1 0 11
0 1.08 649
10 1 .08 559 ——
20 1.17 527 — —
:ю 1.29 503 — —
40 1 .44 487 —
50.5 1.63 471 — —
52 1.66 439 502 —
55 1.72 373 —
55.7 1 .74 427,5 494
60 1.82 292 350 424
70 2.05 188 243 296
80 2.31 1.30 182 218
90 2.61 94.6 141 170
100 2.92 74.0 109 134
НО 3.26 59.3 84.3 106
12.77 — —
11,00 — —
10,37 —
9.89 — —
9.58 — —
9.27 — —
8.64 9.88 —
7.34 —« —
— 8.41 9,72
5.74 6,89 8.34
3,70 4.78 5.82
2.56 3.58 4.29
1.86 2.77 3.34
1.46 2.14 2,64
1.17 1.66 2.09
11.69
9.92
9.20
8.60
8. 14
7.64
6.98
5.62
3.92
1.65
0.25
-0.75
-I .46
2.09
8.22 —
6,67
5.07
2.73
1.27
0.16
0.78
I .60
7,
6.
3.
I.
0.73
0.28
1.17
2.2. OciiuuHoe удельное сопротивление движению поезда определяем по
формуле (137) Например, при v - 50.5 км^ч
«о "’л i “’о 3.17-184 1.57-5000
217.. в — -----------------— " er I IL4 Н кН
Результаты расчетов no пп. I. 2 сводим в табл. 22. Значения tt'., заносим
также в графу 2 табл. 23.
3. Расчет удельных ускоряющих сил в режиме тяги выполняем следующим
образом.
3.1. Удельные силы тяги рассчитываем по тяговым характеристикам элек-
тровоза В.380* (см. рнс. 60) при заданных режимах. При разгоне используем
сплошную ограничивающую линию ,4S на тяговых характеристиках или ре-
зультаты расчета по формулам (9) и (14) в пример.-, решенном в параграфе 6.
Так. при ? 0 сила тяги ('„ 649 кН. Удельную силу тяги определяем
по формуле (2) /к /•’к-"’?: например, при р 0
/н 649 (ЮС (5181-9,81) 12.77 Н кН.
3.2. Удельные ускоряющие силы определяем вычитанием из /„ значений
При о 0 /у /„ ы'„ 12,77 1.08 11,69 Н кН. Результаты расче
тон сведены в табл. 23 и по ним построена диаграмма удельных ускоряющих сил
при тяге на рис 122
•1 Расчет основного удельшии сопротивления движению поезда на выбе-
ге проведем для скоростей через интервалы, равные 10 км ч
4.1. Основное удельное сопротивление движению электропила (б«-з тока)
определяем по формуле ;Н)1) пли берем из 1абл 10. При г 0 - 10 ки ч
= 2.4 0.011(> • 0,(лЮ35е’— 2 4 0.011-10 0.000.35 10* -2.54 П кН
I 2. Основное удельное сопротивление движению состава берем из графы
1 табл 22 и рьечитываек и-,,ч по формуле (!?’>) Например, при .- 0 10 км/ч
urxMaite mt. 2.54 -184 1,04 5000
-----------^=1 09 П кН.
5184
т
'82
Рис. 122. Диаграмма удельных ускоряющих
гровозом ВЛ 80' и составим массой 5000 т
и замедляющих сил поезда с элек-
Результаты расчетов сводим в табл. 24 и строим диаграмму удельных за-
медляющих сил при выбеге на рнс. 122.
5. Расчет замедляющих сил при служебном торможении производим еле
дующим образом.
5.1. Расчетный коэффициент трения чугунных колодок о бандажи <|„р он
ределяем по формуле (179) или берем из табл. 16. При г 0
и
’ кг
е 100 О-т-100
0.27
5о 1 100--------5-0-100
0,27.
5.2. Удельную тормозную силу определяем по формуле (190) и для служеб
пого торможения бтс берем 0,5 от расчетной тормозной силы. Так, при г 0
0.5 1000<г,(р0р 0.5-1000 0.27-0.4 = 54 Н/кН.
5.3. Поскольку поезд следует по участку со спусками до 20°/м, тормозную
силу и массу локомотива в расчет не принимают. Основное удельное сопротин
ление движению состава берем из графы 4 табл. 22.
5.4. Удельные замедляющие силы при служебном торможении определяем
по формуле /а,. • —/у = blc + »J- При t1 = О
Д* в 54 + 1.04 = 55.04 Н кН.
Результаты расчетов сводим в табл. 25 и строим на рис. 122 диаграмму удель-
ных замедляющих сил при служебном торможении.
Пример 2. Определить удельные ускоряющие силы в режиме тяги для по-
езда. состоящего из двенадцатиосного тепловоза 2ТЭ10В массой 276 т и состава
массой 5000 т, сформированного из четырехосных груженых вагонов, при дви-
жении по звеньевому пути. В составе 60% вагонов (по массе) на роликовых под-
шипниках с массой каждого вагона 80 т и 40% вагонов на подшипниках скольже-
ния с массой каждого вагона 70 т. По результатам расчетов построить диаграм-
Таблица 24
в, км/ч от*. Н, кН ®О- Н/кН ®ох. Н/кН г. км/ч ’шх. Н/кН и>’а. Н/кН •м. Н/кН
0-10 2.54 1,04 1.09 70 4.88 1 .98 2.08
20 2.76 1.13 1.18 80 5.52 2.23 2,35
30 3.04 1.25 1.31 90 6.23 2.51 2.64
44) 3.40 1.39 1.46 100 7.00 2 81 2.91-
50 3.82 1.56 1 .64 НО 7,85 3.14 3.30
60 4.32 1.76 1 .85
183
Табл и и а 25
9 1 Е» X ьтс Н/КН ®о. Н/кН Н/кН У i X о "ж ь »„• Н/кН 1зг \е ‘ 4 II/мН
0 0,270 54,0 1.04 55,04 60 0.108 21.6 1.76 23.36
10 0.198 39.6 1.04 40,64 70 0,102 20.4 1.98 22.38
20 0,162 32.4 1,13 33,53 80 0,097 19.4 2.23 21,63
30 0.140 28,0 1 .25 29.25 90 0,093 18.6 2.51 21,11
40 0.126 25,2 1 .39 26,59 100 0.090 18.0 2,81 20,81
50 0.116 23.2 . 1,56 24.76 НО 0.087 17.4 3.14 20.54
му удельных ускоряющих сил. (Порядок расчета и построения диаграммы удель-
ных замедляющих сил при выбеге и торможении рассмотрен в предыдущем при-
Решение. I. Удельные силы тяги рассчитываем по формуле (2). Значе-
ния сил берем из тяговых характеристик тепловоза 2ТЭ10В (см. рис. 79) и зано-
сим в графу 2 табл. 26. При v ---- О Гн тр - 797 кН, тогда
, FK 797000
" mg “ (5000 1 276)9.81 'МНкН‘
Данные заносим в графу 3 табл. 26.
2. Удельные силы сопротивления движению тепловоза под током при дви-
жении по звеньевому пути рассчитываем по формуле (100) (или берем из табл. 10)
для скоростей, кратных 10 км/ч, и других скоростей, указанных на рис. 79. При
t> = 0-г 10 км/ч
»о 1,9 Р0,01р+ 0,0003 Vs 1,94-0,01 • 10-4-0,0003-10s 2.03 Н/кН
Результаты расчетов сведем в графу 4 табл. 26.
Таблица 26
о. км/ч V кН 1п. Н/кН ад. Н/кН ®о4р- Н/кН • О'- Э X •п- Н/кН в»о. Н/кН 1у=1в_ -•о,Н/кН
1 2 3 4 5 в 7 Н 9
0 797 15,(И 2,03 0,91 1,23 1.04 1.09 14.31
5 723,6 13,99 2,03 0,91 1,23 1.04 1,09 12.90
10 666.8 12,89 2,03 0,91 1,23 1,04 1.09 11.80
15 626,6 12,11 2,12 0,95 1.28 1.08 1,13 Ю.98
20 566.8 10,96 2.22 1.00 1.33 1.13 1,19 9.77
23,4 496,2 9,59 2,30 1.04 1,37 1.17 1.23 8,36
27,5 432,5 8,36 2,40 1.08 1.42 1.22 1.28 7.08
38 324,6 6,27 2,71 1,22 1,58 1,36 1.43 4.84
43 282,4 5,46 2.88 1,30 1.67 1.45 1,52 3.94
50 246.2 4.76 3.15 1.41 1,79 1,56 1.64 3.12
55 223,6 4,32 3,36 1.50 1,89 1,66 1.75 2,57
62,5 196.1 3,79 3.70 1,65 2,07 1,82 1.92 1.87
70 176,6 3,41 4,07 1.81 2,26 1,98 2,09 1.22
80 153,0 2,96 4,62 2,05 2,53 2,23 2.36 0.60
90 137,2 2.65 5.23 2.31 2.83 2.51 2.65 0,00
100 119,6 2.31 5.90 2,60 3,16 2,81 2,97 —0,66
184
3. Удельно- • -аенье сопротивление дви-
:ению четыре ; j » гггкгчых вагонов на
оликовых под; . и подшипниках
кольження при движении по звеньевому пу-
и определяем по формулам соответственно
112) и (111), а состава по формуле (134)
»о4с можно взять из табл. 10). При v =
= ОЧ-Ю км/ч
3-f 0,10+0,0025»» о .
®о4р •
"•ВО 4р
3+0,1.10+0.0025.10»=0Л1Н/кН-
20
8 + 0.1V + 0.0025»»
<4е=°-7+-------------------= °-7 +
Рис. 123. Диаграмма удельных
ускоряющих сил поезда с теп-
ловозом 2ТЭ10В и составом
массой 5000 т
/ПВо 4С
8 + °’,10-№^ -1,23Н/кН.
17.5
. G0-0.9I+40-1.23 .........
w* -=-----Е---------------------------= 1,04 Н /к Н .
° 100 100
Результаты расчетов сводим в графы 5—7 табл. 26.
4. Удельное основное сопротивление движению поезда рассчитываем по
формуле (137). При v = 0 Ч- 10 км/ч
«Ол + «Ос 2,03-276+1.04-5000
us--------------------------------------= 1.09 Н /к Н .
• т 5276
Результаты расчетов заносим в графу 8 табл. 26.
5. Удельную ускоряющую силу определяем по формуле /т = — w0. При
о = 0
/у = 15,40—1,09 = 14,31 Н/кН.
Результаты вносим в графу 9 табл. 26 и по данным граф I и 9 строим диаграм-
му удельных ускоряющих сил (рис. 123).
54. Аналитическим метод решения уравнения
движения поезда
Определение масс составов, решение уравнения движения, расхода
энергии или топлива на движение поезда и проверка использования
мощности локомотива относятся к тяговым расчетам.
В результате решения уравнения движения поезда заданной массы
определяют скорость движения в любой точке пути и время, необхо-
димое поезду на прохождение любого отрезка пути. Для этого вначале
рассчитывают удельные ускоряющие и замедляющие силы при всех
возможных скоростях движения. Уравнение движения поезда можно
решать аналитическим или графическим методом.
Аналитический метод решения уравнения движения поезда состоит в
следующем. Принимая в любом интервале скоростей неизменную ус-
185
коряющую силу, получают равноускоренное движение, для которого
справедливо равенство
»г=Р|4-аД/,
где — скорость в начальное время t = 0, км/ч;
vt — скорость в конце отрезка времени Л/, км/ч;
а — ускорение движения, км/ч1;
Л/ — отрезок времени, в течение которого определяют изменение скорости, ч.
Отсюда отрезок времени
Л( = (о, — oj/a - До/a,
где Ao = va — о, — приращение скорости за время Д/, км/ч.
Если в это выражение подставить значение а из формулы (206) с
учетом действия удельной ускоряющей силы в интервале скоростей
Дп, то получают Д/, ч.
Д/ = До/(УТер) (209)
или, так как 1 ч = 60 мин, Д/, мин,
Д/-60Д»/(^у ср). (210)
По формулам (209) и (210) определяют время, в течение которого ско-
рость поезда при действии заданной удельной ускоряющей (замедляю-
щей) силы изменится в интервале До. При постоянной удельной уско-
ряющей силе промежуток времени Д/ пропорционален интервалу скоро-
сти До.
Зависимость между проходимым поездом путем As, км, и средней
скоростью движения оср, км/ч, получают из определения средней ско-
рости оср = As/Д/, откуда As = осрД/. Если заменить среднюю ско-
рость движения полусуммой начальной О! и конечной о2 скоростей 1оср =
= (Oj 4- о2)/21 и подставить значение Д/ из формулы (209), то путь, км,
. Vi-rV4
As —-------------.
2 С/у ср
Или, так как До = о2 — 0j и (о4 4- oj (ог — о,) = и’ — о*, можно
записать
2С/у щ>
Учитывая, что 1 км = 1000 м, получают путь, м.
500 (»1- о?)
I ------------.
Uy ср
По формулам (211) и (212) определяют путь, проходимый поездом
при изменении скорости от vy до о2 под действием удельной ускоряю-
щей (замедляющей) силы fyep. При постоянной удельной ускоряющей
силе путь As пропорционален разности квадратов конечной и началь-
ной скоростей.
Формулы (209) и (211) позволяют определить время и путь, прохо-
димый поездом в каждом интервале скоростей. Если необходмо знать
значения А/ и As в нескольких интервалах скоростей, то расчеты про-
водят для каждого интервала, а затем результаты суммируют. Для на-
186
(211)
(212)
гл я дн ости напученные результаты можно изобразить на графиках. Ис-
пользуя формулы (210) и (212) для расчета времени Д/движения гру-
зового или пассажирского поезда, для которых £ = 120 , по-
лучаем, Д/, мин, и As, м:
Л»
АГ « —----;
2/у ср
4.17(vJ —о»)
As =------------
/у ср
(213)
Пример. Определить путь, проходимый грузовым поездом, удельные ускоряю-
щие силы для которого приведены на рис. 122 и в табл. 23 в период разгона
на станции при i = 0 от скорости v = 0 до скорости v = 50,5 км/ч, и необходи-
мое для этого время.
Р е ш е н и е. 1. Интервалы скорости принимаем Av = 10 км/ч.
1.1. При изменении скорости в пределах До, = ОтЮ км/ч среднее значение
удельной ускоряющей силы
(/к-®о)₽_о+(/к-®оК, = ю 11,694-9.92
/у cpi -------------------------------------------= Ю, 8 Н /к Н.
По формулам (213) получим:
А/, = 10/(2-10,8) 0,46 мин;
As, = 4,17 (10» — 0)/10,8= 38,6 м.
1.2. При изменении скорости от 10 до 20 км/ч (До,)
/у ср» - (9,924-9,2)/2= 9,56 Н/кН;
А/, - 10/(2-9,56) = 0,52 мин;
As, = 4,17 (20* — 10*)/9,56= 130,9 м.
1.3. При изменении скорости от 20 до 30 км/ч (До,)
/у ср» - (9.24-8,6)/2=8,9 Н/кН;
АГ, = 10/(2-8,9) = 0,56 мин;
As, = 4,17 (30» —20»)/8,9=234,3 м.
1.4. При изменении скорости от 30 до 40 км/ч (До,)
/у ср» - (8.6 + 8,14)/2 = 8,37 Н/кН;
А/, = 10/(2-8,37) = 0,60 мин;
As, = 4,17 (40* —30*)/8,37 = 348,7 м.
187
1.5. При изменении скорости от 40 до 50,5 км/ч (при Дс4 = 10,5 км/ч)
/у cps - (8,14-t-7.64)/2 = 7,89 Н/кН;
Д/4 = 10,5/(2-7,89) = 0,67 мин;
As» = 4,17 (50,53—40*)/7,89= 502 м.
1.6. Время разгона электровоза ВЛ80* с составом массой 5000 т
М = Мх + А/, + Д/3+Д/4 + Д/4 = 0,40+0,52+0,56+ 0,60+0,67-2,8 мин.
1.7. Путь, который пройдет поезд при разгоне,
Дз = Д«1+Дз, + Дз3 + Д$4 + Да* = 38,6 + 130,9+ 234,3+348,7+502,0 -
= 1255 м.
Полученные значения Ди, АГ, Дз показаны на графиках t> (7) (рис. 124, а),
v (.<) (рис. 124, б), t (s) (рис. 124, в).
55. Графический метод решения уравнения
движения поезда
Рассмотренный аналитический метод требует большого числа рас-
четов и значительных затрат времени. Меньше времени требуется на ре-
шение уравнения движения поезда графическим методом, основанным
на геометрической связи между удельными ускоряющими или замед-
ляющими силами в каждом интервале скоростей, временем хода и
проходимым путем.
Построение кривой скорости в функции пути. Наиболее наглядно
характер движения поезда определяет кривая зависимости скорости от
пути. Рассмотрим условия построения такой зависимости с использова-
нием линейки и угольника методом, рекомендованным МПС д я прак-
тического использования (метод предюжен А. И. Липецем).
На рис. 125 в левой части показана диаграмма удельных ускоряю-
щих сил, построенная в определенных масштабах. Скорость отложена
в масштабе т, (1 км/ч соответствует т, мм, на графике), удельные
ускоряющие силы в масштабе k, р• Взятый произвольно интервал
скоростей Ап на диаграмме удельных ускоряющих сил будет рав от-
Г . 125. Принцип построения кривой скорости в функции пути графическим
методом
188
резку Ду/n, мм. В этом интервале скоростей действует средняя ускоря-
ющая сила /у ср, равная на графике отрезку /уср k, мм.
Для построения графика изменения скорости в функции пути в пра-
вой части рис. 125 нужно подготовить оси координат. Путь Аз, прохо-
димый поездом при изменении скорости в интервале До, пока можно оп-
ределить аналитическим методом по формуле (211) и отложить на гра-
фике в масштабе пути у, мм. км, в виде отрезка СЕ (Дьу). Следователь-
но, поезд из точки С на графике попадает в точку D, соответствующую
верхнему значению скорости в интервале До и пути в пределах дз.
Поскольку в интервале скоростей До удельную ускоряющую силу при-
нимаем постоянной, движение поезда будет проходить по кривой CD.
Если заменить эту кривую прямой CD, то она будет наклонена к осн
абсцисс под углом а. Этот угол и определяет степень изменения
скорости в функции пути.
Рассмотрим условия, при которых прямая CD окажется перпенди-
кулярной линии ОА, соединяющей на графике точку А при средней
скорости и средней удельной ускоряющей силе с началом координат.
Для этого необходимо, чтобы угол а был равен углу а', а следователь-
но, и тангенсы этих углов tga = tga'. Из прямоугольного треугольни-
Я в
ка ОБА tg а' = , а из прямоугольного треугольника CED tga =
DE
— . Если стороны треугольников заменить физическими величина-
ми АВ — /у<.рй; OB = оер/п; DE = Дит; СЕ = Дз</ и приравнять
tga и tga', получим
/усрА Дм . (214)
t>Cp т Ьзу
Только при соблюдении этого равенства искомый отрезок прямой
CD будет перпендикулярен к линии ОА. Заменив осР через Дз/Д/ и
взяв из формулы (209)
Др 1
/уср- д. с ,
получим выражение (214) в виде
До 1
Д/ £ Дот
Дз Азу
----т
М
или
к/^т = т/у, (215)
В выражение (2.15) входят масштабы построений и известный ко-
эффициент С. Следовательно, перпендикулярность линий CD и ОА
можно получить, задавшись масштабами построений, удовлетворяю-
щих равенству (215). Наиболее удобные для построений три варианта
масштабов приведены в табт. 27. В еду чае отклонения хотя бы одного
масштаба от указанных в табл. 27 построение не будет иметьникакого
189
Таблица 27
Значение масштаба, мм
Величина
для грузовых и
пассажирских
поездов
для электро-
поездов
Вариант
для тормозных
н специальных
расчетов
Сила 1 Н/кН
Скорость I км/ч
Путь 1 км
Постоянная
Время 1 ч
Время 1 мин
Л
т
У
д
X
х
12
2
40
30
600
Ю
6
1
20
30
600
10
10
2
48
25
600
10
физического смысла и полученные графики о (s) не будут соответство-
вать действительности. Практически построение ведут таким образом:
к точкам А и О прикладывают линейку, к которой приставляют одной
стороной треугольник, вторая его сторона подводится к точке С и про-
водят перпендикулярный отрезок CD в пределах скоростей Ди.
Построение кривой времени в функции пути. Время, необходимое
для движения поезда, определяют по средней скорости движения и про-
ходимому пути. При графическом построении кривой времени в функ-
ции пути методом, рекомендованным МПС для практического примене-
ния, используют кривую v (s). На рис. 126 построена эта кривая (ли-
ния 0CD). При изменении скорости в пределах Av поезд проходит рас-
стояние As. Скорость и путь отложены в масштабах соответственно т и
у. Чтобы определить время Д/, необходимое для прохождения поездом
отрезка пути Д$ при изменении скорости в пределах Ду, можно вос-
пользоваться уравнением (209). Значение /уг,( берут из диаграммы
удельных ускоряющих или замедляющих сил. Полученное время Д/от-
кладывают на графике t (s) в пока произвольном масштабе X (отрезок
К'L'). Изменение времени в функции
пути на отрезке As показывает отрезок
прямой L'O'. Этот отрезок пока получен
с использованием аналитического метода
решения уравнения движения поезда.
А нельзя ли получить направление иско-
мой линии L'O', пользуясь линейкой и
угольником? Эту задачу решил автор ме-
тода Г. В. Лебедев. Отложим от начала
координат влево пока произвольный от-
резок Д и через полученную точку К.
проведем вертикальную линию, на кото-
рую нужно сносить средние скорости
движения. В выбранном интервале До
190
Рнс. 126. Принцип построения
кривой времени в функции
пути
средняя скорость, отложенная в масштабе т, снесена влево до пост-
роенной вертикальной линии и получена точка L. Рассмотрим усло-
вия, при которых искомый отрезок линии изменения времени в функ-
ции пути L'O будет перпендикулярен линии OL, соединяющей точку
L с началом координат. Эта перпендикулярность будет при равенстве
углов р и Р', а значит, и их тангенсов tgp = tgP', значения которых
определяют из прямоугольных треугольников OKL и O’K'L':
KL . о, К'L'
tg₽ ОК ’ ~ О’ К '
Заменив стороны треугольников их физическими значениями и при-
равняв, получим
t>cp”« М
A MX *
Так как До/Д/ — иср, получим условие перпендикулярности иско-
мой линии L'O' к линии 0L:
В это равенство входят масштабы построений и отрезок Д. По-
скольку масштабы т и у уже выбраны при построении кривой скорости
в функции пути, здесь нужно задаться, например, масштабом X и из
равенства (216) определить отрезок Д. При соблюдении равенства (216)
в каждом отрезке пути нужно взять среднюю скорость движения, сне-
сти ее на вертикальную линию, проведенную на расстоянии Д влево от
начала координат, и к полученной точке L и началу координат О при-
ложить линейку. К линейке прикладывают одной стороной угольник.
Вторую сторону подводят к точке L' и проводят линию L'O', показыва-
ющую изменение времени в функции пути на каждом отрезке Дз. На-
иболее удобные для построения масштабы X и отрезки Д приведены в
табл. 27. В ней приведен также масштаб х для получения времени в ми-
нутах.
В связи с тем что построение кривых и (s) и t (з) графическим методом
рекомендовано ПТР для практического использования, необходимо
рассмотреть наиболее характерные случаи этих построений.
56. Практические приемы
построения кривых
скорости и времени в функции пути
Построение кривой скорости в функции пути проводят по спрям-
ленному и приведенному профилю пути, который наносят на лист
миллиметровой бумаги в выбранном из табл. 27 масштабе. Затем
рассчитывают и строят в масштабах, взятых из той же графы табл. 27,
диаграмму удельных ускоряющих сил в режиме тяги для тех ходовых
позиций, которые будут использоваться при построении кривой о (s), и
диаграмму удельных замедляющих сил в режимах выбега и торможения
191
(обычно служебного). Если участок, на котором будут строить кривую
v (s), имеет протяженность 20—30 км, диаграмму удельных ускоряющих
и замедляющих сил можно строить в левой части листа миллиметровой
бумаги перед профилем пути. При больших расстояниях ее целесооб-
разно строить на отдельном листе и подкалывать к графику и (s), соб-
людая параллельность осей координат. По мере построения кривой v (s)
диаграмму переносят вправо по листу графика. Построение начинают,
используя режим тяги, задаваясь интервалом скоростей 10 км/ч
(рис. 127). Берут на диаграмме среднюю удельную ускоряющую силу
при средней скорости иср — 5 км/ч (точка а). Так как трогание проис-
ходит на станции, где обычно i 0, линейку прикладывают к точке а
и к началу координат (точка 0). К линейке одной стороной прямого уг-
ла прикладывают угольник, а вторая его сторона покажет направле-
ние первого отрезка кривой скорости v (s). Угольник смещают по линей-
ке до оси станции А при и = 0 и через эту точку проводят отрезок
О'а' кривой скорости в функции пути в интервале скоростей 0—10 км/ч.
Далее в интервале скоростей 10 20 км/ч берут точку b при 15 км/ч, к
ней и к началу координат приставляют линейку, а к линейке — уголь-
ник. Из точки а' проводят перпендикулярный к линейке отрезок а'Ь'
в интервале скоростей 10—20 км/ч и т.д. В случае излома линии удель-
ных ускоряющих сил необходимо интервалы скорости брать до точки
излома, а затем после нее. На рнс. 127 до скорости 25 км/ч использо-
вана кривая удельных ускоряющих сил, построенная на основании ог-
раничивающей линии по сцеплению колес с рельсами, нанесенной на тя-
говые характеристики. Выше этой скорости использована сама тяговая
характеристика. В связи с изломом кривой удельных ускоряющих сил
интервал берут от 20 до точки выхода на характеристику — 25 км/ч и
среднюю скорость определяют как сумму начальной скорости и полови-
ны приращения оср = 20 4- 5/2 = 22,5 км/ч (точка с). В дальнейшем
интервал скорости берут не более 5 км/ч (точка d при иср = 27,5 км/ч
в интервале 25—30 км/ч и т. д.).
Проекции отрезков 0'а', а'Ь' и т. д. на ось абсцисс показывают путь,
проходимый поездом при изменении скорости соответственно от нуля
до 10 км/ч, от 10 до 20 км/ч и т. д. (в масштабе у).
В диаграмме удельных ускоряющих сил не учтено дополнитель-
ное сопротивление движению, которое влияет на характер движения
поезда. Например, если на рис. 128 удельная ускоряющая сила в точке
епри движении по горизонтальному прямолинейному пути (на площад-
ке) равна /у ср = 5,7 Н/кН, то при движении по приведенному подъему
в 30/оо сопротивление движению увеличится на 3 Н/кН и удельная уско-
ряющая сила уменьшится на эту величину /уср = 5,7—3=2,7 Н/кН и
на диаграмме удельных ускоряющих сил нужно точку е сместить впра-
во на 3 Н/кН (точка е,).
Следовательно, для построения кривой скорости на подъеме 3°/00 ли-
нейку нужно приставлять не к точке е и началу координат, а к точке е,
и началу координат. Такое нахождение точек, аналогичных е„ затруд-
нило бы построение кривой скорости в функции пути. На практике точ-
ку е не смещают, а начало координат мысленно смещают влево на чис-
ло тысячных подъема или вправо на число тысячных спуска. В нашем
Риг. 127. Построение кривой скорости в функции
пути при движении по горизонтальному прямо-
линейному пути
Рис. 128. Учет дополни-
тельного сопротивления
от подъема на диаграм-
ме удельных ускоряю-
щих сил
случае начало координат нужно сместить влево на 3 Н/кН (точка 0J
и приложить линейку к точкам е и 01. Как видно из графика рис. 128,
линия 0хе параллельна линии 0ех и перпендикуляры к ним будут иметь
одно и то же направление.
В том случае, когда удельная сила дополнительного сопротивления
от подъема окажется равной удельной ускоряющей силе, определенной
без учета сил дополнительного сопротивления движению (в нашем слу-
чае / = а»| = 5,7 Н/кН), начало координат окажется под точкой е, ли-
нейка расположится вертикально, а перпендикулярная линия — гори-
зонтально, что соответствует равномерной скорости движения (так как
ускоряющая сила оказывается равной нулю).
Используя эти зависимости, можно определить установившуюся
скорость на любом подъеме. Для этого на диаграмме удельных ускоря-
ющих сил откладывают влево от начала координат отрезок, равный чис-
лу тысячных подъема, и из полученной точки проводят вертикаль до
пересечения с кривой /у (у). Точка пересечения покажет установившую-
ся скорость движения. Так, на рис. 128 видно, что на подъеме уста-
новившаяся скорость будет равна 83 км/ч (точка р).
Если скорость движения окажется меньше установившейся, то она
будет возрастать, так как сила тяги превышает силы основного и до-
полнительного сопротивлений движению.
В том случае, когда скорость движения больше установившейся,
сила тяги оказывается меньше сил основного и дополнительного сопро-
тивлений движению и скорость будет уменьшаться. На графике рнс. 128,
например, при скорости 64 км/ч на подъеме 3°/00 будет ускоренное
движение, а при скорости 100 км/ч — замедленное, что видно по углу
наклона отрезков 0ге и 0xt. Это правило используется для определения
характера изменения скорости движения. В случае когда вместо умень-
шения скорости величина Ду будет ошибочно взята в сторону увеличе-
ния, или наоборот, эта ошибка будет обнаружена при построении ли-
нии v (s), так как не будет достигаться конечная скорость в интервале
Л„
7 Jilt, зо»
193
192
Рис. 129. Построение кривой скорости в режиме тяги
На рис. 129 показаны кривые удельных ускоряющих сил электро-
воза переменного тока при работе на нормальном возбуждении НВ и
двух ступенях ослабления возбуждения ОВ1 и ОВ2. При скорости у,
заканчивается разгон. Для полного использования мощности тяговых
двигателей необходимо при скорости у, переходить на характеристику
ослабленного возбуждения 0В1, а при скорости и, — на характеристи-
ку ОВ2. В правой части рис. 129 под осью абсцисс показан приведен-
ный профиль пути.
Кривую у ($) после выхода на характеристику НВ в точке / строят,
используя интервал скоростей yj — и, (47—50 км/ч), где удельная ус-
коряющая сила изменяется по отрезку кривой /у (у) 1-2, а среднее ее
значение /у ср = 8,8 Н/кН находят при иср = 48,5 км/ч (точка А).
Отрезок линии у (s) в этом интервале скоростей проводят перпендику-
лярно линии 0k (отрезок Если интервал скоростей У1 — vt пре-
вышает 5 км/ч, то его нужно разбить на два отрезка с Ло < 5 км/ч.
При скорости у2 переходят с нормального возбуждения НВ на ос-
лабленное ОВ1 и в интервале скоростей у2 — уэ (50—53 км/ч) исполь-
зуют отрезок 3-4 кривой /у (у) при ОВ1. Среднее значение /уср = 9,2
Н/кН находят при уср = 51,5 км/ч (точка т). Отрезок k'm' строят как
перпендикуляр к линии От.
Далее переходят на характеристику ослабленного возбуждения ОВ2
и строят график у ($), задаваясь интервалами скоростей до 5 км/ч.
Удобно взять первый интервал от скорости Uj до скорости, кратной
5 км/ч, в нашем случае от 53 до 55 км/ч, а далее — по 5 км/ч. Среднее
значение удельных ускоряющих сил, изменяющихся по отрезкам 5-6 и
6-7 линии /у (у) берут соответственно при уср = 54 км/ч (точка л) и
уср = 57,5 км/ч (точка р).
Изменения режима работы локомотива необходимо отмечать на гра-
фике у (s). Так, на рис. 129 выход на характеристику нормального воз-
буждения отмечен буквами НВ, переходы на ослабление возбуждения
отмечены буквами ОВ1 и 0В2. Отметки нужно делать также при обрат-
ном переходе с ОВ2 на ОВ1, при переходах на выбег, торможение и т.д.
194
Если при дальнейшем построении кривой v (s) взять интервал ско-
ростей 60—65 км/ч, приложить линейку к точкам г и 0 и построить отре-
зок р'г', то оказывается, что верхнее значение скорости в выбранном
интервале достигается за пределами горизонтального прямолинейного
участка пути, где на ускорение поезда будут влиять дополнительные
сопротивления от приведенного подъема 11 °/00. Если взять отрезок ли-
нии р'г', находящийся в пределах первого элемента профиля (от 60 до
62 км/ч), то допустим ошибку, так как в пределах этих скоростей дей-
ствует средняя удельная ускоряющая сила, большая, чем в точке /".Что-
бы кривая v (s) при движении по первому элементу профиля пути I — 0
соответствовала действительности, нужно уменьшить интервал и подбо-
ром найти такое значение, при котором поезд подойдет к границе эле-
ментов со скоростью, равной верхней (а при снижении скорости — ниж-
ней) границе интервала.
На графике /у (v) в результате подбора найдено, что интервал ско-
ростей нужно взять в пределах 60—63 км/ч (отрезок 7-9). Среднее
значение удельной ускоряющей силы /уср = 5,7 Н/кН берут при рср==
= 61,5 км/ч в точке t и проводят отрезок p't'. Начиная с точки
поезд движется по подъему 110/м. Для построения кривой v (s) на этом
подъеме устанавливают, как будет изменяться скорость — увеличи-
ваться или уменьшаться. В нашем случае установившаяся скорость на
подъеме i= 11°/м меньше 63 км/ч, следовательно, скорость будет
уменьшаться. Интервал снижения скорости удобно принять с 63 до
60 км/ч; /уср находят в точке t при цср = 61,5 км/ч. Для учета подъе-
ма 1 Р/од начало координат мысленно перемещают влево в точку 0х, со-
ответствующую /у — 11 Н/кН и, приложив линейку к точкам i и 0х.
проводят перпендикуляр — отрезок ft". Далее берут интервал скорос-
тей 60 55 км/ч и линейку прикладывают к точкам р и 0х и строят от-
резок кривой v (s) Ср". Аналогично строят отрезки кривой v (s) p“ri',
п'пГ и т. д., используя на кривой/у (v) точки п, т и т. д. При скорости
53 км/ч в точке п" должен быть переход с 0В2 на ОВ1, а при скорости
50 км/ч — в точке т на НВ.
Переход с режима тяги на режим выбега при построении сводится
к использованию кривой удельных замедляющих сил при выбеге
щож(и) вместо кривой удельных ускоряющих сил при тяге, начиная
с той скорости, при которой перешли на выбег.
На рис. 130 показано построение кривой v (s) в режиме выбега. Если
на выбег перешли при скорости 70 км/ч на подъеме 5°/^, то под дейст-
вием замедляющей силы ьуох скорость будет снижаться. Нужно задаться
интервалом скорости не более 10 км/ч До “ 70—60 км/ч и взять точку
а на кривой замедляющих сил в режиме выбега при оср — 65 км/ч.
Приложив линейку к точке а и к точке 0х, соответствующей i =
= + 5°/^, с помощью угольника получают отрезок а'Ь' | а0х, который
является отрезком линии v ($) в выбранном интервале скоростей. Ана-
логично строят отрезок Ь'с' в интервале 60—50 км/ч (ц.р = 55 км/ч —
точка Ь). Далее при подходе к границе элементов профиля пути подбо-
ром находят д v — 50—44 км/ч и строят отрезок с'а, используя точку
с при иср — 47 км/ч. На втором элементе (< = 0) подбором находят сни-
жение скорости от 44 до 36 км/ч и строят отрезок d'e' с использованием
7* 195
Рис. 130. Построение кривой скорости в режиме выбега
точки d при оср = 40 км/ч. На спуске 4°/w установившаяся скорость
движения, как видно из кривой шох (и), будет выше 80 км/ч. Следова-
тельно, движение будет ускоренным. Принимают Ди = 10 км/ч в пре-
делах 36—46 км/ч и строят отрезок e'h' как перпендикуляр к линии еОг
(точка е взята при и = 41 км/ч, а 0г соответствует спуску i = — 4°/о0).
Аналогично можно строить кривую и далее.
При включении механических тормозов переходят от кривой
a>ox(v) на кривую замедляющих сил при торможении (0,5 Ьт+и>ох).
На рис. 131 показана кривая замедляющих сил при ciужебном тормо-
жении 0,5 Ьт + ®ох = / (v). Рассмотрим построение кривой и (s)
при переходе на режим служебного торможения на горизонтальном
прямолинейном пути при скорости 80 км/ч. В интервале скоростей от
80 до 70 км/ч использована точка k при оср= 75 км/ч; как перпендику-
ляр к линии 0k построен отрезок k'l’ кривой v ($). Затем подбором най-
ден интервал скоростей 70—66 км/ч и точка / при иср = 68 км/ч. На
основании прямой 01 построен отрезок кривой и (s) I'm'. Далее на спуске
10°/оо (Z = — КУ/оо) подбором найден интервал скоростей 66 58 км/ч.
Приложив линейку к точкам т и 0х, а к ней угольник, строят отрезок
Рис. 131. Построение кривой скорости в режиме торможения
196
Таблица 28
Тип поеэда Др. Км/ч, при движении по спуску (с учетом кривой). %,
4 « 8 10 12 И 16 18
Грузовой 4 4 4 4 5 6 7 8
Пассажирский 2 2 3 4 6 7 8 9
т'п' кривой v(s). На подъеме 5°/м удобно выбрать интервал 58 —50 км/ч.
При иСп = 54 км/ч находят точку п и линейку прикладывают к ней и к
точке 0а. Далее при снижении скорости интервалы нужно брать не бо-
лее 5 км/ч. После перехода на элемент профиля пути i = 0 при v ~
= 40 км/ч построение выполняют, используя точку 0 и точки на кривой
удельных замедляющих сил при торможении.
При торможении перед остановками или местами с ограниченными
скоростями движения, когда известна точка, к которой поезд должен
подойти с известной скоростью (при остановке и = 0), выполняют об-
ратное построение кривой скорости. Например, если поезд должен ос-
тановиться в точке и', кривуюу (s) строят следующим образом. При сни-
жении скорости от 5 км/ч до нуля берут на кривой удельных замедляю-
щих сил точку t при игр = 2,5 км/ч и перпендикулярно линии Ot про-
водят отрезок u't' через точку и', затем в интервале скоростей 10—
5 км/ч берут точку $ и перпендикулярно линии 0s проводят отрезок
t's' через точку t' и т. д. Такое обратное построение используют и
в других режимах для подхода с заданной скоростью к определенной
точке.
При движении поезда по затяжному спуску желательно скорость
поддерживать примерно постоянной, близкой к допустимой. Однако
при использовании кривой замедляющих сил при торможении скорость
будет уменьшаться до остановки поезда. Поэтому необходимо ее регу-
лировать, используя поочередно режимы служебного торможения и вы-
бега. Например, если при движении поезда по затяжному спуску, на
котором допускается скорость 70 км/ч, в режиме выбега скорость воз-
растает, то после достижения 70 км/ч нужно переходить на режим тор-
можения, снижая скорость на 10—20 км/ч, затем снова переходить на
выбег и т. д. При этом получается пилообразная линия v ($), характер-
ная для механических тормозов. Необходимо отметить, что такой режим
движения является условным, так как, на самом деле, машинист может
регулировать тормозную силу, а не поддерживать ее на уровне 0,5 6Т.
Для упрощения расчетов при движении поезда по затяжному спус-
ку длиной до 10 км и крутизной до IBP/qo ПТР разрешено строить кри-
вую v (s) в виде горизонтальной линии, проведенной ниже допустимой
скорости на величину До, значения которой приведены в табл. 28.
На спуске до 4°/00 величину Ди принимают равной нулю. При ис-
пользовании электропневматических тормозов в пассажирских поездах
на спусках до 6°/w значения Ду берут из табл. 28, а на более крутых
принимают Ду = 3 км/ч независимо от крутизны спуска.
197
Рис. 132. Построение
кривой времени в функ-
ции пути
Для более полного использования кинетической энергии поезда
скорость в конце спуска перед подъемом должна быть наибольшей до-
пустимой по безопасности движения поездов, условиям остановки по-
езда в пределах заданного тормозного пути, состоянию пути или под-
вижного состава.
В случае применения электрического торможения строят диаграмму
замедляющих сил с использованием тех тормозных характеристик ре-
куперативного или реостатного торможения, на которых будет осу-
ществляться движение. При системе автоматического поддержания за-
данной скорости на электроподвижном составе переменного тока ско-
рость на спуске принимают на 2—3 км/ч меньше допустимой и выдер-
живают постоянной.
Построение кривой времени в функции пути по кривой скорости при-
ведено на рис. 132. Построенная ранее кривая скорости 0ABCDEG
в масштабах, взятых из табл. 27, состоит из отрезков О А, АВ, ВС и
т. д. Для построения первого отрезка кривой времени в функции пути
берут иср на первом отрезке О А (точка а), переносят эту скорость на ли-
нию kd', проведенную на расстоянии Д, взятом из табл. 27, от начала
координат (точка а'). К точкам а’ и 0 прикладывают линейку, а уголь-
ник — к ней с таким расчетом, чтобы провести отрезок перпендикуляр-
ной линии через точку 0 в пределах Аз, (отрезок 0At). Ордината точки
4! в масштабе х показывает время, необходимое для движения поезда в
интервале скоростей ОА или для прохождения отрезка пути Аз,. Далее
берется отрезок А В линии и (з) и точка b (при vcp). Снеся ее влево, по-
лучают точку Ь'. Перпендикуляр к линии Ob' проводят через конец от-
резка 0Ах в пределах пути Дз2 и получают второй отрезок кривой вре-
мени 4,5, и т. д. Как видно из графика, принцип построения сохраня-
ется и при увеличении, и при уменьшении скорости. Причем всегда точ-
ки на кривой kd' соединяются с началом координат 0. При движении по-
езда с меньшей скоростью линия t (з) идет круче (при v — 0 она верти-
кальна), а с увеличением скорости — положе. Если поезд движется по
длинному участку, то кривая времени может выйти вверх за пределы
графика. Для устранения этого обычно кривую t (s) строят в пределах
10 мин, а затем опускают до оси абсцисс и продолжают построение.
При построении кривых скорости и времени в функции пути учиты-
вают следующие условия:
198
1. Кривые строят с учетом возможно более полного использования
мощности локомотива (движение на более высоких ступенях регулиро-
вания скорости с использованием ступеней ослабления возбуждения).
Для расчетов при электрической тяге берут предпоследнюю ступень ос-
лабления возбуждения (последняя остается в резерве у машиниста).
2. Кривые строят в двух вариантах: для движения без остановок и с
остановками на раздельных пунктах. Разность времен хода дает вре-
мя, затрачиваемое на остановки и разгоны поезда при движении с ос-
тановками.
3. Кривые при проследовании участков с предупреждениями о сни-
жении скорости нужно строить с таким расчетом, чтобы не только сере-
дина (центр массы) поезда, но и его хвост и голова прошли весь этот
участок без превышения допустимой скорости.
4. При проверке действия тормозов на эффективность снижение
скорости грузового поезда допускать на 20 км/ч и пассажирского —
на 10 км/ч.
5. Выдерживать установленные скорости проследования по парко-
вым и станционным путям участковых станций от места отправления до
выходных стрелок с учетом длины поезда.
6. При ручном обмене жезлов в том случае, когда поезд проходит
раздельный пункт без остановки, скорость локомотива в месте обмена
не должна быть больше 40 км/ч, а при механических жезлообменивате-
лях — не более 70 км/ч.
В расчетах, выполняемых для составления графика движения по-
ездов, полученные времена хода по перегонам допускается корректиро-
вать по результатам опытных поездок.
57. Определение времен хода
методом установившихся скоростей
Если требуется провести приближенные расчеты времен хода, рас-
хода электрической энергии или топлива и т. д. без затрат большого ко-
личества времени, то применяют упрощенные методы, из которых на-
ибольшее распространение получил метод установившихся скоростей.
Этот метод основан на предположении, что на всей длине каждого эле-
мента профиля пути поезд движется с установившейся скоростью, а
при переходе с одного элемента наследующий мгновенно изменяется до
нового установившегося значения.
Равномерную или установившуюся скорость движения поезда оп-
ределяют по диаграмме удельных ускоряющих сил (см. рис. 128) или
по нанесенным на тяговую характеристику силам общего сопротивле-
ния движению для каждого подъема. На рис. 133 показаны наложен-
ные на тяговые характеристики электровоза кривые сопротивления
движению поезда на различных уклонах от —1 до + б0/^. Точки пере-
сечения кривых (и) с тяговой характеристикой FH (и) показывают
установившиеся скорости движения (точки 1 — 8).
На рис. 134 показан график и ($). По осн абсцисс отложен профиль
пути перегона, горизонтальными линиями показаны установившиеся
199
ния установившихся
скоростей на рахзичных
подъемах
Рис. 134 График установившихся скоростей дви-
жения поезда по различным элементам профиля
пути и принцип определения времени хода
скорости на каждом элементе, взятые из рис. 133. На первом элементе
i = 0 скорость оуст = 95 км/ч (точка 7), на подъеме i = 4°/w t>_CT =
= 66 км/ч (точка 3) и т. д. Допустимую скорость на спуске для поездов,
имеющих расчетный тормозной коэффициент не менее 0,33, рекоменду-
ется устанавливать в зависимости от крутизны спуска. На спусках до
10°/00 ее можно принять 90 км/ч, от 11 до IS’/^—70 км/ч, от ^догО0/^—
55 км/ч, от 21 до 24°/00 — 50 км/ч, от 25 до 30°/w—40 км/ч. На пя-
том элементе профиля пути с i — —12°/00 скорость о_ст = 70 км/ч.
Время движения поезда по каждому элементу профиля пути при
равномерной скорости, мин, определяют по формуле
t=60s/oyCT.
Для определения времени хода по перегону или участку значения
t на каждом элементе профиля пути суммируют. Результаты таких рас-
четов обычно сводят в таблицу следующей формы:
Перегон Эй элемента Длина элемента, км Уклон. % Скорость установив- шегося ДВИЖЕНИЯ, км/ч Время прохожде- ния эле- мента, мин Поправка на разгон и замедле- ние, мин Время хода по перегону, мин
Однако поезд достигает установившейся скорости очень редко. На
самом деле, на первом элементе идет разгон и скорость поезда, как
правило, не достигает установившегося значения, на подъемах скорость
может меняться. На рис. 134 на график установившихся скоростей
200
наложена кривая скорости, полученная на основании построения кри-
вых и (s) графическим методом. Из сравнения скоростей видно, что на
первом элементе действительная скорость при разгоне не достигает ус-
тановившегося значения. На втором элементе (на подъеме 4°'(Ю) она сни-
жается, но не достигает установившейся. На третьем элементе (на подъ-
еме 6%о) скорость уменьшается и достигает установившегося значе-
ния. При движении на четвертом элементе скорость снова возрастает
и т. д. Из-за этого скорость движения на первом, четвертом и шестом
элементах будет больше действительной, на втором и третьем — ниже
действительной, соответственно в обратной зависимости изменяются
времена хода. Иногда для удобства расчетов используют величину
бО/руст, выражающую время прохождения I км пути. Умножая ее на
длину элемента, получают время движения поезда по нему.
Разница в скоростях движения действительной и определенной ме-
тодом установившихся скоростей на графике заштрихована с указани-
ем превышения установившейся скорости над действительной (знак
<+») или наоборот (знак «—»). Из заштрихованных площадей видно,
что без учета разгона поезда со станции А и замедления перед останов-
кой на станции В разница в скоростях со знаком «+» и со знаком» «—»
примерно компенсируется и ошибка в определении времени хода по
перегону получается сравнительно небольшой. Причем ошибка будет
меньше для равнинного профиля пути с длинными, незначительно отли-
чающимися по крутизне уклонами. При резком изменении крутизны
уклонов ошибка возрастает. Ошибка зависит также от жесткости ха-
рактеристик, уменьшаясь при более жестких характеристиках.
Время (р, необходимое на разгон поезда после остановки, и за-
трачиваемое на торможение до остановки на раздельном пункте, учи-
тывают, вводя соответствующие поправки. Поправка на разгон поезда
/р в среднем принимается 2 мин и на замедление поезда —/т = 1 мин.
Для электропоездов поправку на разгон принимают /р 0,5 мин, а на
замедление (т — 0,4 мин.
Следовательно, время хода по перегону, мин,
«п=60£ — -Нр-Нт.
«ч
Для снижения затрат времени на определение времени хода поезда
по участку элементы профиля пути разбивают на группы с одинаковы-
ми уклонами, суммируют длины каждой группы и определяют суммар-
ное время хода по каждой группе, а затем суммируют времена хода по
всем группам и прибавляют время на один разгон и одно замедление,
умноженное на число остановок на участке. Этот метод используют
для оценки времени хода при предварительных прикидочных расчетах
в случае, например, намечаемой электрификации участка железной
дороги.
Сравнительные расчеты с использованием метода установившихся
скоростей и графического метода, проведенные для нескольких участ-
ков с различными профилями пути, показали, что разница в техничес-
ких скростях движения и временах хода составляет 4—7% при элект-
рической тяге и 11 — 17.5% при тепловозной.
201
ГЛАВА 9
РАСЧЕТ МАССЫ ПОЕЗДА
58. Общие сведения
Масса состава является одним из важнейших показателей, влияю-
щих на эффективность работы железной дороги. Увеличение масс со-
ставов в допустимых пределах позволяет повысить провозную спо-
собность железнодорожных линий, снизить себестоимость и повысить
экономичность перевозок, улучшить использование силы тяги и мощ-
ности локомотива, снизить расход электрической энергии или топлива
на тягу поездов. Чрезмерно большая масса состава может вызвать преж-
девременный выход из строя оборудования локомотива.
Поэтому массу грузового состава рассчитывают исходя из полного
использования силы тяги локомотива при движении по наиболее тяже-
лому подъему, а затем проверяют по условиям трогания на раздельных
пунктах, возможности расположения поезда в пределах длины приемо-
отправочных путей на станциях и нагреванию тяговых электродвигате-
лей или генераторов.
Массу состава пассажирских поездов с учетом категорий поезда
(скорый, пассажирский), а также ускоренных грузовых и грузопасса-
жирских поездов при движении по нескольким железным дорогам
устанавливает МПС.
Перед расчетом массы состава грузового поезда анализируют про-
филь пути на участке и выбирают наиболее тяжелый для движения поез-
да подъем, называемый расчетным, с учетом его крутизны и крутизны
уклонов, прилегающих к нему элементов пути. Если наиболее крутой
подъем имеет большую протяженность, и при движении по нему ско-
рость будет снижаться и достигнет установившегося наименьшего зна-
чения. допустимого ПТР. то такой подъем и принимают за расчетный.
Наименьшую допустимую ПТР скорость движения по подъему называ-
ет расчетной скоростью. а реализуемую при этом локомотивом силу
тяги — расчетной силой тяги. Если же наиболее крутой подъем имеет
небольшую протяженность, а на подходах к нему расположены элемен-
ты. на которых поезд может разгоняться и создать запас кинетической
энергии, то скорость на нем снижается, но установиться не успевает.
Тогда выбор расчетного подъема усложняется, и массу поезда опреде-
ляют с учетом использования запасенной в нем кинетической энергии.
На расчетном подъеме учитывают дополнительное сопротивление
движению от спрямленного подъема и кривых, которые заменяют фик-
тивными подъемами в пределах спрямленного элемента. Если на нанбо-
лее трудном подъеме длиной более длины поезда находится одна пли
несколько кривых малого радиуса, то спрямленные элементы разбивают
на элементы, длина которых должна быть не более длины поезда За
202
расчетный подъем принимают тот из полученных приведенных элемен-
тов, на котором дополнительное сопротивление от кривой получено на-
ибольшим. В том случае, когда отличие в крутизне приведенных эле-
ментов не превышает 0,3’/о#. длину их можно принимать и больше дли-
ны поезда. Выбор расчетного подъема выполняют для каждого направ-
ления движения. При этом массы поездов для разных направлений дви-
жения оказываются различными.
Расчетную силу тяги и расчетную скорость локомотива устанавлива-
ют по тяговой характеристике исходя из возможно более полного ис-
пользования мощности локомотива с учетом ограничений силы тяги.
У грузовых электровозов постоянного тока, как правило, берут точку
на пересечении характеристики полного возбуждения (иногда ОВ1)
при параллельном соединении тяговых электродвигателей с линией ог-
раничения по сцеплению колес с рельсами или по допустимому току
коммутации. На электровозах переменного тока берут точку пересече-
ния характеристики при наибольшем напряжении на тяговых электро-
двигателях при нормальном возбуждении с линией ограничения по
сцеплению. Однако в ряде случаев бывает экономически целесообраз-
но брать точку с большей расчетной силой тяги, которую можно реали-
зовать на характеристиках при напряжениях ниже наибольшего —
Таблица 29
Серия локомотива Режим работы на расчетном подъеме Расчетная сила тяги FKp. кН Расчетная скорость Сила тягн при тро- гании с места ^ктр* *н Комструк • ционная скорость max* км/ч Длина локомо- тива 1я. м
км/ч г
ВЛ 10, ВЛ 11 п 451 46.7 614 100 33
(две сек- ции) ВЛ10т п 492 45.8 667 100 33
ВЛ8 П, ОВ1 456 43,3 596 80 28
ВЛ23 П. ОВ1 342 43,3 446 100 17
ВЛ22“ П. ОВ1 336 36,8 379 75 16
(И = 4.45) ВЛ80₽ 0,5 зоны 4 3-я зона 502 513 43.51 37.0 677 ПО 33
ВЛ80с | ВЛ80г ) 29-я поз. 25-я поз. 501 512 43.4 37,2 677,6 110 33
ВЛ80к 29-я поз. 25-я поз. 481 490 44,2 38,0 649 ПО 33
ВЛ60* 29-я поз. 25-я поз. 361 369 43.5] 37.0 487 100 21
ВЛ 82 П 465 51.0 6401 ПО
ВЛ82“ П 487 50.5 667/ 33
2ТЭ10В 496 23.4 797 100 34
2ТЭ10Л — 496 23,4 750 100 34
2ТЭ116 496 24.2 797 100 36
ТЭ10 — 248 23.4 375 100 19
М62 — 196 20.0 350 100 18
ТЭЗ — 396* 20,5 571 100 34
Для увеличения проворной лособиости для гсиловозон ГЭЗ рязргтается принимать
‘‘и— 19 км/ч в г ян - 324 кН с последуюпзеЯ проверкой по нагреванию.
203
на 29-й или даже 25-й позиции. Расчетные силу тяги и скорость теплово-
за устанавливают по тяговой характеристике на последней позиции
контроллера машиниста, соответствующей полному использованию
мощности дизеля при токе продолжительного режима.
Так как расчетная сила тяги и расчетная скорость определяют мас-
су состава на данном участке и, следовательно, влияют на технико-
экономические показатели работы дорог, их значения утверждены
МПС и приводятся в ПТР. В табл. 29 эти данные приведены для основ-
ных серий локомотивов. При наличии на расчетном подъеме кривых
малого радиуса расчетный коэффициент сцепления снижается в соот-
ветствии с формулами (10) и (13). Если расчетная сила взята на пере-
сечении характеристик с ограничивающей линией по сцеплению колес
с рельсами, то ее значение должно быть также снижено пропорциональ-
но снижению коэффициента сцепления. При атмосферных условиях,
отличающихся от стандартных, силу тяги тепловоза снижают в соот-
ветствии с формулой (96). При проектировании новых линий и электри-
фикации участков расчетную силу тяги электровозов ПТР разрешено
принимать на 5%, а тепловозов на 7% меньше приведенных в табл. 29.
В условиях эксплуатации рассчитанную одним из указанных спо-
собов и проверенную по условиям трогания, длины приемо-отправочных
путей и нагреванию электрических машин массу поезда обязательно
проверяют в специальных опытных поездках.
59. Расчет массы состава грузового поезда
При движении поезда по расчетному подъему с установившейся
расчетной скоростью расчетная сила тяги FKp уравновешивает силы
основного и дополнительного сопротивлений движению
FBP=VK=FO+VM.
(217)
На рис. 135 показана схема сил, действующих на поезд при движе-
нии на подъеме. Сила основного сопротивления движению поезда,
Рнс. 135. Схема действия сил
на расчетном подъеме
выраженная через удельные силы отдельно для локомотива и
состава, имеет вид
W’o а>отлё + ^отсв-
На расчетном подъеме ip удельные силы дополнительного сопро-
тивления от подъема и кривых равны, т. е. = tp, и дополнительное
сопротивление движению поезда
^'д-ip тлв+«р тс8-
204
Подставив эти значения в выражение (217), получают
F кр — (®о + *'р) тл В+(®о+»'р) тс 8 •
откуда масса состава, т,
—
Л<р-(»о + М maR
« + М
(218)
где Гкр — расчетная сила тяги, Н;
тл, тс — расчетные массы соответственно локомотива и состава, т;
ip — расчетный подъем, °/о»;
8 — ускорение свободного падения, м/с*.
По этой формуле можно заранее рассчитать массы составов для раз-
личных локомотивов и построить графики тс (ip). На рис. 136 приве-
дены кривые тс (ip) для некоторых серий электровозов (сплошные ли-
нии) и тепловозов (штриховые линии), рассчитанные при средней мас-
се, приходящейся на одну колесную пару вагона 17,5 т для состава
Рис. 136. Зависимость массы состава от крутизны расчетного подъема
205
из четырехосных вагонов (50% на роликовых подшипниках и 50% на
подшипниках скольжения) при движении по звеньевому пути.
Пример. Определить массу состава, сформированного из груженых четырех
осных вагонов на роликовых подшипниках массой 75 т каждый, при движении
по звеньевому пути с установившейся скоростью на расчетном подъеме ip=! |®/00.
Состав ведет тепловоз 2ТЭ10В, имеющий массу 276 т.
Решение. I. Из табл. 29 для тепловоза 2ТЭ10В находим FKV — 496 кН
и — 23,4 км/ч.
2. Определяем основное удельное сопротивление движению локомотива u>j
по формуле (100):
Ч'Ь = l,9+0,0lv + О.ОООЗр’ - 1,9 +0,01-23.4 + 0,0003- 23,4’ = 2,29Н/кН.
3. Рассчитываем основное удельное сопротивление движению состава wJ по
формуле (112):
и»; = 0.7+ (3—0.1с + 0.0025 :д)/твп = 0,7+(3 +0.1 •23.4-^0,0025-23.4’)/18,75 -
= 1,06 Н/кН.
4. Определяем массу состава тс по формуле (218):
Л’кр —(^ + <р)«л/1 496 000—(2,29+11) 276-9,81
тс =------------------- ------------5------------------3900 т.
«+'"р)« (1.06+11)9.81
Расчет массы поезда с учетом использования кинетической энергии
выполняют, когда характер профиля пути и расположение остановоч-
ных пунктов не позволяют надежно определить, какой из трудных
элементов профиля пути нужно принять за расчетный. В этом случае
используют метод подбора, заключающийся в следующем. Задаются
расчетным подъемом по крутизне, меньшим, чем наибольший, но имею-
щим большую протяженность, и для него определяют массу состава
по формуле (218), а затем проверяют состав на возможность прохож-
дения пути, имеющего подъемы большей крутизны, с использованием
запасенной в поезде кинетической энергии. Такую проверку выпол-
няют, используя аналитический или графический метод решения урав-
нения движения поезда.
При аналитическом методе для проверки прохождения подъемов
большей крутизны используют формулу (212). При подстановке в нее
С = 120 , /уср = /«ср — “’кер и начальной и„ и конечной ик ско-
ростей получают, м,
! к ср — U*K ср
Если в интервале скоростей от ип до конечной — расчетной скоро-
сти ир поезд пройдет путь As, больший, чем длина проверяемого
подъема, то поезд пройдет этот подъем за счет работы, совершаемой
локомотивом, с использованием запасенной в поезде кинетической
энергии. В том случае, когда As окажется меньше длины проверяемого
подъема, такой состав локомотив не может провести поэтому подъему.
Тогда массу состава уменьшают и повторяют поверочный расчет.
206
Для повышения точности расчета интервалы изменения скорости
нужно брать в пределах 10 км ч и суммировать полученные отрезки
As. Тогда проходимый поездом путь, м.
»= S As, 2 ------------------г-.
и к ср — W« ср.
(220)
где ук» и vui — соответственно конечная и начальная скорость движения
в каждом интервале, км/ч;
Аз,- — путь, м, проходимый поездом при изменении скорости
от vHl до »ж|;
(/к ср~®я ср)» — среднее значение удельной ускоряющей или замедляющей
силы, действующей в каждом интервале скоростей
— vKl, Н/кН.
В расчетах при снижении скорости числитель формул (219) и (220)
будет отрицательным, однако s получается положительным, так как
(/к сп — tt'Kcp) также отрицательно.
Формулу (220) удобно использовать, если известна скорость под-
хода к проверяемому элементу. Если же она неизвестна, то расчет
приходится вести для ряда элементов от места, в котором скорость
известна: от станции, где поезд имеет остановку, от места ограничения
скорости или от места, где достигается наибольшая допустимая ско-
рость движения.
Пример. Проверить, может лн электровоз ВЛ 10 провести состав массой
4500 т, сформированный из четырехосных вагонов на подшипниках скольжения с
массой каждого вагона 70 т, по бесстыковому пути на подъеме 10%, длиной
2200 м, если скорость перед началом подъема составила 00 км/ч.
Решение. 1. Примем интервал скорости при движении на ослабленном
возбуждении ОВЗ от 60 до 57,5 км/ч. При более низких скоростях используем ог-
раничивающую линию по сцеплению с интервалами скорости от 57,5 до 50 км/ч
и от 50 до 46,7 км/ч.
Определим основное удельное сопротивление движению локомотива и состава
в этих интервалах по формулам соответственно (117) и (126). а затем поезда по
формуле (137):
при v = 604-57,5 км/ч - 58,75 км/ч, w’ ==3,23 Н/кН. и)'~ 1,82 Н/кН,
ш0 = 1,87 Н/кН;
при v = 57,54-50 км ч vCD —53,75 км/ч, w' 3,05 Н кН, ш’=1,73 Н/кН,
ш0 = 1,78 Н/кН;
при v =504-46,7 км'ч vCD =48,35 км/ч, w’ =-1,65 Н/кН, »'= 1,65 Н/кН,
= 1,70 Н/кН.
2. В выбранных интервалах скоростей находим удельные силы тяги, исполь-
зуя тяговые характеристики (см. рис. 46):
415000 .....
при vcp — 58,75 км/ч Fкер — 415 кН, /уср 4684-9 81 3 ®»В4 Н/кН;
при уср = 53,75 км/ч Гкср = 442 кН, /уг.р = 9,62 Н/кН;
”РИ fop ~ 48,35 км/ч FKcp — 449 кН, /уср — 9,78 Н/кН.
3. Пройденный поездом путь в каждом интервале скоростей определяем по
формуле (219):
, 4,17 (57,5s — 60»)
при fcp = 58,75 км/ч As, = —— ] I 8?-----------~ 433 М;
4,17 (50s — 57,5s)
при vcp - 53,75 кмч As, = "*~g 62—11 78—" 1556 М;
4.17 (46,7s—50s)
при сср - 48,35 км/ч As, == 9'73 _ ц 7 693 м. Сумма As дает
искомый путь:
s = Z As = Да, + As, + As, = 433 — 1556 I 693 2682 м
207
Рис. 137. Графический метод определения массы состава с учетом использова-
ния кинетической энергии:
а — кривая зависимости скорости от пути; в — график для выбора массы состава на дан-
ном участие
Так как 2682 > 2200 м, электровоз ВЛ10 может провести состав
массой 4500 т по этому подъему.
При графическом методе массу состава тс1 рассчитывают по фор-
муле (218) для подъема меньшей крутизны, чем наибольший. Для этой
массы строят график удельных ускоряющих сил при тяге, а затем
строят кривую v (s), начиная от места, на котором известна скорость
движения поезда. Если на наибольшем подъеме скорость не опустится
ниже расчетной ир, то поезд можно провести по участку. Если же в
конце подъема скорость окажется ниже ир, то нужно уменьшить массу
состава и повторить построения. Практически это делают так. Зада-
ются еще двумя массами состава тег и тсз, меньшими массы тс1. Для
них рассчитывают удельные ускоряющие силы и строят кривые u(s)
(рис. 137). В конце наибольшего подъема (i = lO"/^) получены ско-
рости и>, v2 и v3 для этих масс составов. По трем значениям этих ско-
ростей и массам составов mcl, mci и тсз строят зависимость массы сос-
тава от скорости в конце наиболее крутого подъема. Удобно скорости
отложить по оси ординат, а массы составов — по оси абсцисс. На
рис. 137, б точки А, В и С соответствуют выбранным массам и полу-
ченным скоростям. Чтобы определить наибольшую массу состава, ко-
торую локомотив проведет по данному подъему, полученные точки сое-
диняют плавной кривой и на ней находят массу тс при расчетной ско-
рости ир (точка D). При массе те поезд подойдет к концу данного подъе-
ма со скоростью ир.
Как правило, скорость в конце наиболее тяжелого подъема должна
быть больше или равна расчетной скорости. Однако для эксплуати-
руемых дорог в отдельных случаях в зависимости от местных условий
разрешается в конце подъема на протяжении не более 500 м двигаться
со скоростью ниже расчетной. При этом скорость выхода с подъема
для электровозов постоянного тока и двойного питания определяется
по характеристике полного возбуждения последовательно-параллель-
ного соединения, для электровозов переменного тока — при нормаль-
ном возбуждении на 21-й позиции (или 0,5 зоны 3 — у электровозов
ВЛ80р), для тепловозов 2ТЭ10В, 2ТЭ10Л, 2ТЭ116. ЗТЭ10М — 20 км/ч,
208
ТЭЗ, М62— 16 км/ч при выходе на ограничение по сцеплению с пере-
ходом на частичные характеристики.
Подъемы по крутизне, превышающие расчетный, которые поезд
может преодолевать за счет использования кинетической энергии, на-
зывают скоростными.
60. Проверка массы состава
по условиям трогания поезда с места
После определения массы состава по движению на наиболее тяже-
лом подъеме необходимо ее проверить по условиям трогания с места
на остановочных пунктах. Эту проверку массы состава тс, т, проводят
по формуле
(221)
Fк тр
^1р •гг’1 ~ п»
(®тр + 'тр)₽
где FK тр — сила тяги локомотива при трогании, Н, которую берут из табл.
29 или из тяговых характеристик по ограничивающей линии при
о = 0;
Штр — удельное сопротивление состава (основное и дополнительное) при
трогании, Н/кН, определяемое по формулам (151) и (152);
'тр — подъем, */(<,. места трогания;
g — ускорение свободного падения, м/с*;
тл — масса локомотива, т.
Формулу (221) можно использовать и для проверки возможности
трогания поезда на подъемах перегона.
Если масса состава по условиям трогания тетр окажется больше
массы состава тс, рассчитанной по условиям движения на наиболее
тяжелом подъеме, то поезд может тронуться с места остановки. В том
случае, когда тс 1р •< тс, трогание невозможно.
Иногда массу поезда проверяют не только по условиям трогания,
но и по условиям разгона. Если за раздельным пунктом, где поезд
имеет остановку, следует крутой подъем, то может оказаться, что
поезд на нем разогнаться не может. При разгоне на каждой характе-
ристике с увеличением скорости сила тяги снижается с Ексцтах до
cumin» но на крутом подъеме может оказаться, что силы основного и
дополнительного сопротивлений движению будут больше силы тяги
си min и в поезде наступит равновесие сил 1Гки Ек при FK>FKCUinln.
Тогда скорость движения увеличиваться не будет, а сила тяги не смо-
жет снизиться до F„ сц min* вследствие чего нельзя будет перейти на
следующую характеристику (такой переход вызовет бросок силы тя-
ги за пределы FH СЦП1ах). Дальнейший разгон поезда в таких условиях
невозможен. Для проверки массы поезда по условиям разгона на тя-
говых характеристиках под ограничивающими линиями по сцеплению
колес с рельсами нанесены штриховые линии, соответствующие ми-
нимальным значениям силы тяги перед переходом на следующую по-
зицию (см. тяговые характеристики электровозов). Расчет массы сос-
тава выполняют по формуле (218), подставляя вместо расчетной силы
тяги си min значения сил основного удельного сопротивления дви-
209
жению состава и локомотива при скорости пересечения линий
^Kcmnin (°) с характеристикой локомотива, на которой находится рас-
четная точка.
Пример. Проверить, может ли электровоз ВЛ10у, имеющий массу 200 т, тро-
нуть с места состав массой 5000 т, сформированный из четырехосных вагонов мас-
сой каждого вагона 70 т, при трогании на подъеме i = 10*/oo- Расчет провести для
вагонов на подшипниках скольжения и качения.
Решение. 1. Вагоны с подшипниками скольжения имеют удельное со-
противление движению при трогании с места, определяемое по формуле (151).
При Лво» 17,5 т = ^г^-б.вОН/кН.
Массу состава при Гктр = 667 кН, взятую для электровоза ВЛЮУ из табл.
29, определяем по формуле (221):
ГВтр 667 000
"‘стр (wTp-H)g ~тл~ (5,8+10)9,81
200-4305 — 200г 4105т.
Так как 4105<5000, взять с места состав на подшипниках скольжения на
подъеме I = 1О%о нельзя.
2. При вагонах на роликовых подшипниках удельное сопротивление дви-
жению при трогании с места определяем по формуле (152):
28
тво4*7
28
17,5 + 7
= 1.14 Н/кН.
Массу состава при Гнтр = 667 кН рассчитываем по формуле (221):
667 000
\Tn7w77~ 200 ' 6105 - 200 ’ 5905’-
Так как 5905 > 5000, состав на роликовых подшипниках может быть взят
с места на 10®/<ю подъеме.
61. Проверка массы состава по длине станционных путей
При работе мощных электровозов и тепловозов, имеющих большие
силы тяги, массы поездов, а следовательно, и их длины получаются
большими. Однако поезд должен устанавливаться в пределах полез-
ной длины приемо-отправочных путей /ПОп на станциях участка обра-
щения. В противном случае он займет стрелки, чем усложнит работу
раздельного пункта и сделает невозможным обгон, а также скрещение
поездов на однопутных участках. Поэтому длину поезда /п, масса ко-
торого определена по условиям движения по наиболее трудному подъе-
му и трогания с места, проверяют на возможность установки по длине
приемо-отправочных путей: 1а /поп.
Длина поезда, м, с учетом запаса в 10 м на неточность его установки
1п = ^с"Ьял Ю» (222)
где 1Я — длина локомотива, м, приведенная в табл. 29;
ля — число локомотивов;
(с — длина состава, м: 1С =
здесь (j — длина вагонов по осям автосцепки;
п/ — число однотипных вагонов в сформированном составе.
210
Если известна масса состава тс и процентное соотношение различ-
ных типов вагонов по массе pt, то число вагонов каждого типа
тс Pl
ЛI ,
тв 100
где тв — средняя масса однотипных вагонов, т.
При выполнении расчетов для графика движения поездов среднюю
массу вагонов определяют по структуре перевозимых грузов. Дело
в том, что при перевозке грузов большой плотности (каменный уголь,
руды, черные металлы) грузоподъемность вагонов используется пол-
ностью, но приходится перевозить и грузы с меньшей плотностью
(лесные материалы, строительные материалы, зерно), при этом недо-
используется грузоподъемность вагонов. Можно также допустимую
по длине приемо-отправочных путей массу состава определить исходя
из погонной нагрузки — массы поезда, приходящейся на один метр
пути, которую берут из отчетных форм. Длина вагонов по осям авто-
сцепки следующая, м:
20
21
17
15
II
12
Восьмиосный полувагон......................
Восьмиосная цистерна.......................
Шестносный полувагон.....................
Четырехосный крытый вагон и изотермический
Четырехосный полунагон и платформа .
Четырехосные цистерна, цементовоз и думпкар
Четырехосный цельнометаллический пассажирский вагон . . 25
Пример 1. Определить длину поезда /п, состоящего из тепловоза 2ТЭ116 и
состава массой 6000 т, сформированного из следующих вагонов: 40% (по массе)
четырехосных полувагонов на роликовых подшипниках (р<р — 40%), имеющих
среднюю массу по 80 т (тир 80 т); 50% четырехосных крытых вагонов на под-
шипниках скольжения с массой 75 т (ри. 50%, mMC — 75 т) и 10% восьмиос-
ных цистерн с массой 150 т (р, — 10%, тав — 150 т).
Решение. I. Число четырехосных полувагонов на роликовых подшипни-
ках в составе определяем по формуле, приведенной вверху на этой странице.
mcpw 6000-40
-----!-- ----------- 30 вагонов.
80 • 100
Ямр- т8.р100
Число четырехосных вагонов на
тс Рзс
И.4С-100
Число восьмиосных цистерн
тсР»
Пац /лв,-100
подшипниках скольжения
6000-50
-------- 40 вагонов
75-100
6000-10
--------=4 вагона.
150-100
2. Определяем длину поезда.Так как длина четырехосного полувагона 14 м,
четырехосного крытого вагона 15 м, восьмиосной цистерны 21 ы (см. выше), теп-
ловоза 2ТЭ116 36 м (из табл. 29), то
(п = Xntlt + Лд/л » 30-14+40-15+4-21 + 1-36 = 1140 м.
Пример 2. Определить, может ли установиться в пределах станционных путей
длиной 1СТ — 1050 м поезд, состоящий из двух электровозов ВЛ80с и состава,
сформированного из 8 восьмиосных полувагонов, 10 шестиосных полувагонов и
45 четырехосных крытых вагонов.
211
Решение. Из табл. 29 /л = 33 м. Из приведенных выше данных берем дли
мы вагонов: /„ = 20 м, 1Л = 17 м, /<кр = 15 м. Определяем длину поезда (с уче-
том запаса 10 м на неточность установки на пути) по формуле (222):
/п =» + /,л< + /4КрЛ4 4- 2/я+ 10 = 20-8+17-10+15-45+2-33 +10=1081 м.
Так как /п> /ст, поезд установиться в пределах станционных путей нс мо-
жет. Необходимо уменьшить его длину на 31 м.
62. Построение тонно-километровой диаграммы
При следовании поездов на большие расстояния их массу нельзя
изменять для каждого перегона или участка, так как это потребовало
бы частного переформирования составов, при котором усложнилась
бы работа станций и замедлилась доставка грузов. Для ускорения
доставки грузов уменьшают также число пунктов смены локомотивов
по пути следования. Поэтому устанавливают унифицированные нор-
мы масс поездов по целым направлениям с работой локомотивов на
длинных тяговых плечах.
Чтобы наглядно представить массы поездов, которые может вести
локомотив на каждом перегоне, для каждого участка строят тонно-
километровые диаграммы, а затем их анализируют по всему направ-
лению. На рис. 138 приведена тонно-километровая диаграмма одного
из участков, обслуживаемых электровозом В Л 80е. На каждом из вось-
ми перегонов указан расчетный подъем, его длина и рассчитанная мас-
са состава. Как видно из диаграммы, состав массой 4100 т может быть
проведен электровозом ВЛ80с по всему участку. Если установить та-
кую норму массы состава, то электровоз полностью будет использован
только на первом перегоне. Для повышения массы состава необходи-
мо на первом перегоне ввести дополнительные меры. Например, если
масса тс — 4100 т на нем установлена по условиям разгона поезда на
одной из станций, за которой следует расчетный подъем, то можно
отменить остановки поездов на ней или ввести разгонное толкание в
пределах станционных путей (без
выхода толкача на перегон), или
толкание на части перегона с воз-
вратом толкача на станцию. При
этом может быть удастся поднять
массу состава до 4300 т, и электро-
воз будет полностью использован
на втором и седьмом перегонах.
В том случае, когда требуется даль-
нейшее повышение массы состава по
условиям удовлетворения требова-
ний народного хозяйства в пере-
возках грузов, можно установить
массу состава 4700 т, но тогда на
первых двух перегонах необходимо
вводить толкание поездов по обоим
перегонам или по первому и части
212
второго перегона, а на седьмом перегоне использовать один из ва-
риантов, рассмотренных применительно к первому перегону.
Для значительного увеличения массы состава переходят на более
мощные локомотивы или локомотивы с большими силами тяги или вво-
дят двойную тягу на ряде перегонов.
Такой анализ тонно-километровой диаграммы с технико-экономи-
ческими расчетами проводят на каждом участке с выбором наиболее
целесообразных мероприятий по повышению массы поезда для каждо-
го перегона. По результатам анализа тонно-километровых диаграмм
устанавливают унифицированную норму масс составов, которая при
заданном объеме перевозок дает наибольший технико-экономический
эффект.
В условиях эксплуатации масса состава не должна быть больше
критической, под которой понимают наибольшую массу грузового сос-
тава по тяговым свойствам локомотива, рассчитанную рассмотренны-
ми методами и проверенную в опытных поездках. Ее устанавливают
для конкретного участка и периода эксплуатации по условиям сцеп-
ления колес с рельсами или нагревания тяговых электрических ма-
шин.
Если на дороге условия сцепления колес с рельсами или нагрева-
ния тяговых электрических машин значительно изменяются в зависи-
мости от времени года, то при единой критической массе в отдельные
периоды будет недоиспользование тяговых свойств локомотивов, а в
другие — перегрузки. В этом случае критические массы составов оп-
ределяют отдельно для летнего и зимнего периодов. В тех случаях,
когда на участке возникают особо неблагоприятные погодные условия
с резким ухудшением условий сцепления (гололед и т. п.) и значитель-
ным увеличением сопротивления движению, для поездов критической
массы вводят кратную тягу: вместо одного локомотива — двойную
тягу, вместо двойной—тройную и т. д. или снижают массу состава.
Так же поступают и в случаях, когда на путях перед скоростными
подл>емами вводится ограничение скорости движения до уровня, при
котором эти подъемы не могут быть пройдены за счет использования
силы тяги локомотива и кинетической энергии поезда со скоростью,
не меньшей, чем расчетная скорость локомотива.
Трогание с места поезда критической массы на расчетном или ско-
ростном подъеме не предусматривают.
Подъем, на котором разрешается трогание такого поезда, мож-
но определить по эмпирической формуле, рекомендованной
ВНИИЖТом, °/и,
•тр—)•
На дорогах разрабатывают специальные меры, исключающие ос-
тановки поездов критической массы на более крутых подъемах.
213
63. Особенности расчетов
при работе поездов повышенных массы и длины
В последнее время на ряде дорог из-за непрерывного роста объема
перевозок число отправляемых поездов все больше приближается к
пропускной способности участков. В этих условиях освоение возрас-
тающих перевозок может быть получено за счет повышения массы и
длины составов с введением при необходимости кратной тяги. Длина
такого поезда оказывается больше длины приемо-отправочных путей,
поэтому предусматривают безостановочное его движение по всему
участку обращения. На конечных станциях иногда удлиняют один из
путей или устанавливают разделенный состав на нескольких путях.
Как показывает опыт, такие составы могут быть массой 10 000 н более.
При кратной тяге расчеты выполняют аналогично одиночной
тяге и силу тяги каждого локомотива принимают равной расчетной.
В случае сосредоточения локомотивов в голове поезда для предупреж-
дения разрывов поезда вводят ограничение по максимальной продоль-
ной силе, которую может воспринять автосцепка. При трогании, когда
за счет зазоров в автосцепках появляются большие динамические уси-
лия, эта сила не должна превышать 930 кН и сила тяги локомотивов при
трогании, кН, не должна превышать эту силу и силу сопротивления
движению локомотивов при трогании
к тр *- ^0 ООО б (^‘тр Ь йр~Ь®г) •
Когда поезд движется по тяжелому подъему, зазоры в автосцепках
выбраны и динамические силы становятся меньше. Поэтому наиболь-
шее допустимое продольное усилие на автосцепке устанавливают
1275 кН и сила тяги локомотивов. кН,
< I 275000 -' g (Wg+ i — Wr).
В связи с этими ограничениями второй локомотив целесообразно
ставить не в голову, а в хвост длинносоставного поезда большой мас-
сы. Управление вторым локомотивом и в режиме тяги, и в режиме тор-
можения должно быть синхронным с первым локомотивом. Это дости-
гается или дистанционным управлением вторым локомотивом маши-
нистом первого локомотива или передачей по радио команд также ма-
шинистом первого локомотива машинисту второго локомотива.
При постановке второго локомотива в хвост поезда не только значи-
тельно уменьшаются продольные силы в поезде, но и улучшается управ-
ляемость тормозами в результате снижения давления в тормозной
магистрали не только в головной, но и в хвостовой части поезда, что
идентично сокращению длины поезда в 2 раза. Однако при сжимающих
усилиях хвостового локомотива в тяге, так же как и при электрическом
торможении головного локомотива, должна обеспечиваться устойчи-
вость вагонов от выжимания. Наибольшая продольно сжимающая
сила в поезде зависит от типа и степени загрузки вагонов поезда. ПТР
214
рекомендованы следующие допустимые продольные сжимающие силы
в поезде:
Число колесных пар
(осей) вагонок
при тво< 12 т
Продольная сила. кН:
£ 12 т при mao > 12 т
4
6 и 8
490
980
980
без ограничений
Опыт Московской дороги по ускорению перевозки грузов за счет
поездов повышенных массы и длины позволяет увеличить провозную
способность дорог и дает значительный экономический эффект. Перед
введением движения таких поездов на дороге были проведены большие
работы по улучшению содержания пути, подвижного состава, устройств
СЦБ, повышению квалификации работников, связанных с движением
поездов; проведены тщательные тяговые расчеты, а затем опытные по-
ездки с поездами. На ряде участков выполнены ремонтные работы для
ликвидации мест ограничения скорости движения по состоянию пути,
особенно перед тяжелыми подъемами, тщательно выбраны нитки гра-
фика движения для поездов повышенных массы и длины с обеспече-
нием безостановочного пропуска поезда по участку.
В настоящее время перевозка грузов поездами повышенной мас-
сы и длины широко применяется на большинстве железных дорог
страны.
ГЛАВА 10
ТОРМОЖЕНИЕ ПОЕЗДОВ
И ТОРМОЗНЫЕ ЗАДАЧИ
64. Работа тормозов и тормозные расчеты
Тормозные средства поезда, создающие тормозные силы, опреде-
ляют уровень безопасности движения поездов. Поэтому процесс тор-
можения поездов необходимо рассмотреть более подробно. При тормо-
жении поезда тормозная сила возникает не сразу после поворота ру-
коятки крана машиниста в тормозное положение. Требуется время на
распространение воздушной волны по тормозной магистрали поезда,
срабатывание воздухораспределителей, перемещение тормозной рычаж-
ной передачи до соприкосновения тормозных колодок с колесами и на
увеличение нажатия колодок до установившегося значения. В связи
с тем что воздухораспределители вагонов головной части поезда сра-
батывают раньше воздухораспределителей хвостовой части, головная
часть поезда начинает тормозиться раньше, а хвостовая — позднее.
Тормозная сила вагонов таким образом возникает через некоторое вре-
мя, постепенно увеличиваясь до установившегося значения. В расчетах
это увеличение тормозной силы условно заменяют мгновенным скач-
ком тормозной силы, происходящим после поворота рукоятки крана
машиниста в тормозное положение через время ta. Его называют вре-
менем подготовки тормозов к действию. В течение времени t„ принима-
ют движение поезда равномерным. За это время поезд пройдет путьзп,
называемый подготовительным тормозным или предтормозным путем.
Путь, проходимый поездом с действующими тормозами, называют
действительным тормозным путем зд.
Таким образом, тормозной путь, проходимый от поворота рукоятки
крана машиниста до остановки поезда sT, равен сумме подготовитель-
ного и действительного тормозных путей:
*т'-*пН'®д- (223)
При равномерном движении со скоростью с„, км ч, подготовитель-
ный тормозной путь, м,
sn - ен /ц.3,б «*0,278ип /0, (224)
где 1и — время подготовки тормозов, с;
3,6 — коэффициент, учитывающий соотношение между единицами скорости
километр в час и метр в секунду.
Однако на самом деле скорость поезда в период подготовки тормозов
ta не остается постоянной при движении на выбеге по горизонтально-
му пути или подъему снижается, а при следовании по крутому спус-
ку— возрастает Чи.бы учесть эти изменения скорости, вводят по-
правку во время, увеличивая его на спусках и уменьшая на подъемах
ПТР рекомендованы следующие формулы для определения /о, с, раз-
216
личных поездов при экстренном торможении. Для грузовых составов
длиной 200 колесных пар (осей) или менее при автоматических тормо-
зах. а также для одиночно следующих грузовых локомотивов
Ю/
" |000 0|,»„р
Для грузовых составов длиной более 200 до 300 осей при автома-
тических тормозах
(225)
15/
(226)
lOOOftp <| l(p
Для грузовых составов более 300 осей при автоматических тормо-
зах
(227)
18/
/ w 12 —----------
" ЮОООрЧкр 1
Для пассажирских поездов при пневматических тормозах и оди-
ночно следующих пассажирских локомотивов
5/
1„ = 4 —----------------------------------.
IOOOftp4Kp
Дтя пассажирских поездов при электропневматических тормозах
3/
(228)
(229)
•/.,= 2 —----------.
КХХЮрФкр
В этих формулах
/ приведенный уклон, для подъемов берется со знаком < », для
спуском — со знаком «—»;
On — расчетный тормозной коэффициент поезда при экстренном торможе-
нии;
расчетный коэффициент трении колодки о колесо при наибольшей
скорости движения.
Число осей в грузовом составе п, определяют по формуле
ptmv />„, т,. ри т,.
100тВ(И 100m,100/пн.,«р I00mw,
где р„. р„. — процентное содержание нагонов в составе (но массе) соотвстствен-
Pip. Pt ио восьмиосных. шестиосных, четырехосных на роликовых под-
шипниках. четырехосных на подшипниках скольжения.
тс — масса состава, т,
т,,о». та,и, — масса, г. приходящаяся на ось вагона соответственно восьмиосно-
тмнр. m1|ot(. го, шести ос пого, четырехосного на роликовых подшипниках, че-
тырехосного на подшипниках скольжения.
Если срабатывает автостоп, то время подготовки автоматических
тормозов /„. рассчитанное по указанным формулам, увеличивают на
14 с на время срабатывания системы автостопа.
При ручных тормозах время подготовки к действию берут равным
60 с. причем в расчетах учитывают тормозную силу локомотива и тор-
мозных вагонов. Расчетную силу нажатия чугунных тормозных колодок
при ручном торможении принимают: для пассажирских цельнометал-
лических вагонов и рефрижераторных поездов 39,2 кН на ось; для
217
грузовых вагонов с тормозной площадкой 19,6 кН; для локомотивов
включая электро- и дизель-поезда, 49 кН. Число осей ручного тормо-
жения у локомотивов приведено в табл. 17.
Тормозная сила локомотива, развиваемая вспомогательным тор-
мозом при удержании остановившегося поезда на раздельном пункте,
имеющем укДон, кН.
Дт 0.25IK,,.
Действительный тормозной путь определяют аналитическим или
графическим методом при действии замедляющей силы 6Т + zt’„x Ь ic.
При аналитическом методе разность скоростей начала и конца тормо-
жения делят на интервалы. Длина тормозного пути, м,
500(czJ--p{)
’« ---!-----Т- (23')
v(IOOOft|, фи|, | «)
где и с, — начальная и конечная скорости в каждом интервале
скоростей, км/ч;
1000 ft• а?ох i - заземляющая сила при экстренном торможении,
Н/кН.прн средней скорости в каждом интервале;
С .замедление поезда, км/ч2, при действии удельной
замедляющей силы в 1 Н/кН, принимаемое равным
км/ч2
для грузового и пассажирского поезда 120 ,
км/ч1
для одиночно следующего электровоза *°7}У/кН ' для
км/ч1
одиночно следующего тепловоза 114 fjT^j, для элек-
км/ч2 км'ч2
троноезда 119 ..1Ля дизель-поезда 116
При расчете тормозного пути при полном служебном торможении
для расстановки сигналов время подготовки тормозов принимается
таким же, как и для экстренного торможения, а расчетный тормозной
коэффициент уменьшается на 20%.
65. Тормозные задачи
Поскольку режим торможения является важнейшим в обеспечении
безопасности движения поездов, тормозным расчетам уделяют большое
внимание и сводят их к решению различных тормозных задач. При этом
приходится иметь дело с длиной тормозного пути sT, наличием тор-
мозных средств в поезде, определяемых расчетным тормозным коэффи-
циентом 0,„ начальной v„ и конечной и„ скоростями движения и укло-
нами 1. Конечную скорость обычно принимают равной нулю. Из этих
пяти параметров определяю! один по четырем заданным, используя
аналитический или графический метод решения уравнения движения
поезда. В зависимости от того, какую величину из пяти определяют,
тормозные задачи подразделяют на три типа.
Первый тип тормозных задач или просто первая тормозная за-
дача сводится к определению длины тормозного пути по заданным
значениям им, и„, и I. Во второй задаче рассчитывают допустимые
21»
скорости движения t/„ на различных уклонах i исходя из условия ос-
тановки поезда в пределах заданного тормозного пути sT при заданном
значении Лр. В третьей задаче определяют, сколько тормозных средств
нужно иметь в поезде (или какой должен быть <>р), чтобы поезд, дви-
жущийся с заданной скоростью он, можно было остановить на задан-
ном уклоне / в пределах тормозного пути sT.
Определение длины тормозного пути sT проводят следующим обра
зом. Подготовительный тормозной путь рассчитывают по формуле (224)
при заданной скорости v„ и времени /п, определенному по одной из
формул (225)—(229). Число осей в грузовом составе рассчитывают по
формуле (230).
Действительный тормозной путь при снижении скорости err vu до
(обычно ук 0) определяют аналитически по формуле (231), имея
удельные замедляющие силы при экстренном торможении, или графи-
ческим методом, построив кривую о (s) на основании диаграммы удель-
ных замедляющих сил при экстренном торможении. Тормозной путь
определяют по формуле (223).
Пример. Определить тормозной путь при экстренном торможении грузового
поезда, состоящего из электровоза ВЛ80е с массой 192 т и состава массой 5000 т,
сформированного из четырехосных груженых вагонов, на спуске г- 6%» со
скорости 60 км/ч до остановки. В составе 60% (по массе) вагонов на роликовых
подшипниках с массой каждого вагона твр = 80 т и 40% вагонов на подшип-
никах скольжения с массой вагона /пис — 70 т. Состав оборудован стандартны-
ми чугунными колодками. Расчетный тормозной коэффициент 0р = 0,36. Расчет
провести аналитически, а затем графическим методом при движении поезда по
звеньевому пути.
Решение. 1. Расчет длины подготовительного тормозного пути выпол
ияем следующим образом.
1.1. Определяем число осей в составе по формуле (230):
PtDmc Pic f»c 60-5000 40-5000
nr ----L------4----------------------4- ---------- 264 оси .
ЮОтноф 10<>пВ|14с 100-80/4 100-70/4
1.2. Определяем время подготовки тормозов ta по формуле (226). Значение
Фир при fit 60 б«реч из табл. 16 (фкр = 0,108):
15« 15 (-6)
/.. 10—-------------10------------1-------- 12,3с.
" • 1000брфир 1000-0.36-0.108
1.3. Подготовительный тормозной путь рассчитываем по формуле (224):
$и = - 0.278t-H/n = 0,278-60-12,3 = 205 м.
2. Для определения действительного тормозного пути зд необходимо для
каждого интервала скорости (Ар = 10 км/ч) рассчитать »ох, Фкр и 6Т.
2.1. Сопротивление движению состава при оср в каждом интервале скорос-
тей определяем по формулам (112), (111) и (134).
Например, для средней скорости оср = 55 км/ч:
3 | 0.1» 0,00250» 3 |-0,1 -55 i 0.00025-55*
«nt d 0 •7 I ------------------~ 0.7 -1 --------—------------»
I.5H кН;
2|9
и_. в0 _ a -0.lt' 0,0025?» о 7 8 0.1-55 ; 0,0025 55»
70 4
4г
»Л,&9Н/кН:
Р«1«<Н>Р « 60-1,5 ( 40-1.89
—---------------- = 1 .66 Н /к Н .
° 100 100
2.2. Основное удельное сопротивление движению локомотива рассчитывас
по формуле (101). При и.р 55 км/ч
Wx-2,4 I 0.011? 0 00035?» =2.4 I 0.011-55 | 0.00035-55’ = 4.06 Н кН.
2.3. Основное удельное сопротивление движению поезда определяем i
формуле (139). При егр — 55 км'ч
«?х m.i । ш* т,.
®ох«--------------
т
4.06-192 । 1,66-5000
5192
= 1.75Н кН.
Результаты расчетов сводим в табл. 30.
2.4. Расчетный коэффициент трения чугунных колодок о колеса определяе
по формуле (179) или берем из табл. 16. Для 55 км/ч
фн|1=0,27
0 4 100
5? -)-100
-0.27
55-, 100
5-55 1 100
—0,112.
2.5. Удельную тормозную силу рассчитываем по формуле (190). При oCD =
= 55 км/ч к
&т *- 1000 Орфнр -= 1000-0,36-0,112 = 40,32 Н/кН.
2.6. Отрезки тормозного пути Ла в каждом интервале скоростей определяем,
используя формулу (231). Преобразуем се для нашего расчета таким образом-
Л|> _ 500(t>} — of)
C(*? + »ox + 0 ’
Т а б л и ц а 30
Интервл.-i скоростей До. км/ч Огр. км/ч “о 4 р- Н/кН Нм/Н •»Ю« <»'. Н/кН к'х. II/кН «г„». Н/кН пХ ' »т. Н/кН ‘т+^ох- Н/кН X <
60-50 55 1.50 1,89 1.66 4,06 1.75 0.112 40,3 42.0 127.3
50-45 47,5 1.37 1.75 1.52 3,71 1.60 0.118 42.5 44,1 52,0
45—40 42,5 1.29 1.65 1 .44 3,50 1.52 0 123 44.3 45,8 44,6
40-35 37.5 1.21 1.57 1.35 3.30 1.42 0. 130 46.8 48.2 37.1
35—30 32.5 1.14 1.49 1.28 3.13 1 35 0. 136 49.0 50,3 30.6
30—25 27,5 1,08 1.42 1.22 2,97 1.28 0.145 52.2 53.5 24.2
25-20 22.5 1.02 1.36 1.16 2.82 1.22 0.156 56.2 57.4 18.3
20—15 17.5 0.97 1.30 1.10 2,70 1.16 0.169 60.8 62.0 13.0
15-10 12,5 0,93 1.25 1.06 2,59 1.12 0. 187 67.3 68.4 8.3
10—5 7.5 0,91 1,23 1.04 2.54 1.10 0.211 76.0 77.1 4.4
5-0 2.5 0,91 1.23 1.04 2.54 1.10 0.246 88.6 89,7 1.2
X \.т 360 м
220
Рис. 139. Решение первой тормозной задачи графическим методом
При Ли — 504-60 км/ч, f - 120 и i - — 6"/ull получим
500(60’—50=)
As -------1------------- 127м.
120(40.32 |- 1.75—6)
Все результаты расчетов для других интервалов скоростей приведены в
табл. 30.
2.7. Действительный тормозной путь хд ХЛх 34>0 м (см. сумму в табл.
30).
3. Тормозной путь поезда определяем по формуле (223):
ат = sn -)• хд 2054 360 565 м.
4. Для определения тормозного пути графическим методом по данным табл
30 построим диаграмму удельных замедляющих сил при экстренном торможении
(рис. 139. а) в одном из масштабов, взятых из табл. 27 для тормозных расчетов
Для построения графика определим при v 0 6Т -f wn* —98,3 Н/кН. На рис
139, б подготовлено поле для построения графика t(s). На нем при скорости у„ —
— 60 км/ч откладываем от оси ординат отрезок ВС, равный $п — 205 м, и из точ
ки С строим кривую v (s) при действующих тормозах. Для этого на рис. 139, а
находим на оси абсцисс точку, соответствующую спуску 6e/*d (точка Д). К ней и
к точкам при средних скоростях движения на графике удельных замедляющих
сил (точки I— II) прикладываем линейку и на рис. 139, б проводим перпендику
лярные к ней линии в каждом интервале скоростей С— Г, Г — 2', ..., Ю'—Ь
В результате получаем ломаную линию, близкую к кривой. На оси абсцисс огре
зок ОС' ВС 205 м соответствует эи. отрезок CD — действительному тормоз-
ному пути зд 358 м, а тормозной путь равен отрезку 0D: хт 563 м —результат
близкий к длине тормозного пути, рассчитанного аналитическим методом.
Определение допустимых скоростей движения на уклонах различ-
ной крутизны произвести теми же методами, которые использовали
в первой задаче, нельзя. Дело в том, что для определения подготови-
тельного тормозного пути на каждом уклоне необходимо знать неиз-
вестную нам начальную скорость о„. Если неизвестна скорость им, то
нельзя определить и время t„, так как неизвестны величина <ркр, зави-
сящая от скорости, и действительный тормозной путь, зависящий
от ин и Ьт. Поэтому задачу решают графическим методом.
Наибольшая скорость по условиям остановки поезда в пределах
тормозного пути ограничивается обычно на спусках, где поезд разви
вает большие скорости даже в режиме выбега. Замедляющие силы при
22)
этом уменьшаются за счет составляющей веса поезда, действующей на
спуске по направлению движения, удлиняя тормозные пути.
На подъемах поезд не может развивать большие скорости движения,
а дополнительное сопротивление движению от подъема увеличивает
замедляющие силы при торможении. Поэтому тормозные пути полу-
чаются меньшими.
В связи с этим наибольшую скорость определяют обычно для спус-
ков или горизонтального участка пути. Для этого строят диаграмму
удельных замедляющих сил поезда по заданному значению О,,
(рис. 140, а) и по ней (рис. 140, б) строят кривую v (s„) при действую-
щих тормозах для заданного спуска i, %, (точка М на рис. 140, а).
Поскольку начальная скорость неизвестна, построение ведут в обрат-
ном порядке, строя отрезок u (sJt) в пределах 0—V, и проводя его через
точку s — sT при v 0 (отрезок В А на рис. 140, 6). Затем из конца
первого отрезка (точка fi) строят второй в интервале скоростей — V,
и т. д. В результате получают линию v (sT) АВС В связи с тем
что начальная скорость ун неизвестна, подготовительный тормозной
путь 5ц можно определить, задаваясь различными скоростями, напри-
мер , иг и т. д. до о». Однако полученная при этом линия будет близ-
ка к прямой, проходящей через начало координат. Поэтому на прак-
тике зависимость длины подготовительного тормозного пути от ско-
рости движения определяют проще. Задаются наибольшей скоростью
движения локомотива или наибольшей скоростью на участке и для
нее рассчитывают Откладывают его на графике (см. рис. 140, б) при
итах и получают точку К. Вторую точку определяют при v 0. При
этом s„ 0. Прямая 0К и дает зависимость между $„ и он.
Точка пересечения прямой 0К с кривой АР (N на рис. 140, б)
показывает допустимую скорость иЯ011 на заданном спуске. Действи-
тельно, при скорости уЯ01| отрезок 0N' соответствует подготовитель-
ному тормозному пути s„, а отрезок N'A действительному тормоз-
ному пути 5Д. Их сумма как раз равна заданной длине тормозного пу-
ти sT.
Рис. 140. Определение допустимых скоростей движения па спусках
222
Чтобы не выполнять такие построения для каждого спуска, ветре
чающегося на участке, на практике делают подобные расчеты и постро
ения для трех значений уклонов: обычно для горизонтального прямо-
линейного пути (I 0), наибольшего спуска i - , и среднего
спуска i=--- определяют для них од„м и по полученным трем точ-
кам строят кривую допустимых по тормозам скоростей п зависимости
от крутизны спуска. Рассмотрим такое решение тормозной задачи на
примере.
Пример. Определить допустимые скорости движения ня спусках различной
крутизны поезда, состоящего из электровоза ВЛ80с массой 192 т и состава мас-
сой 3850 т, длиной 216 осей. Расчетный тормозной коэффициент поезда fl,, - 0,39.
Диаграмма удельных замедляющих сил этого поезда приведена ня рис. 141, а.
Участок имеет спуски от 0 до Длина тормозного пути 1200 к
Решение I. Расчет подготовительных тормозных путей проведем дли
трех уклонов: i 0. i — i,nai. — 12®,о, и i icfl — 6%0.
1.1 Время подготовки тормозов к действию определяем по формуле (226)
При Ощах 110 км ч, (р,.р 0,087 (см т абл. 16):
для i 0 для i — 6 */«, для 1 — 12®w /П1 10 — 15*
10000р ф]ф
*1И Ю Gu Ю — * * • с । 1000-0,39 0.087 15(—12> 15 3
1000-0.39-0.087
1.2. Подготовительный тормозной путь su определяем но формуле (224):
при 1 0 siu - 0,278 vI1UU/nl 0,278-110-10 306 м;
при 1 — 6*/m jUJ 0,278-НО-12,65 387 м;
при i — - 12°/о. s,„ 0.278 110-15,3 468 м.
Эти значения su откладываем па рис. 141, б (точки Е, G, //) и соединяем их
с точкой 0. получая прямые, по которым можно определить su при любой скоро-
сти.
2. Построение кривых ;< (sjX) и определение оД(||| для трех уклонов начинаем
с точки А по диаграмме удельных ускоряющих сил (см. рис. 141, а) при i О,
( — 6® оо- i —В результате получаем три кривые на рис. 141,6: АВ при
I - О, АС при i 6®.'eo, .4 О при ( — 12“/00 Точка М пересечения кривой АВ с
примой 0Е показывает допустимую скорость Сд.цц при i 0 (98 к(Гч). При этом
отрезок 0М‘ соответствует su, а ЛГЛ соответствует эд. Аналогично в точке
IV вЯО1М 91 км ч на спуске i — 6%, и в точке Р 83 кмч на спуске
i - 12®/н
3. Построение кривой iAl)ll (<) производим следующим образом. По трем по-
лученным значениям о»„„ для различных i строим график Сдщ, ((). откладывая
на рис. 141, я по оси абсцисс I. а по оси ординат допустимые скорости. По этому
графику можно определить Сд,,п для любого спуска от 0 до 12®/м.
Необходимые тормозные средства в поезде так же. как и допусти-
мые скорости движения, нельзя определить, используя формулы для
тормозных расчетов, в связи с тем, что и s„ и хл зависят от расчетного
тормозного коэффициента значение которого неизвестно. Поэтому
третью задачу решают графическим методом в следующем порядке.
Поскольку расчетный тормозной коэффициент изменяется в сравни-
тельно небольших пределах, задаются тремя его значениями 0,,
223
Рис. 141. Заниенмость наибольших допустимых скоростей движения по тор
<лм от \ клони
224
Рис. 143. Зависимость длины
тормозного пути от расчетно-
го тормозного коэффициента
Рнс. 142. Определение тормоз-
ных путей при разных расчет-
ных тормозных коэффициен-
тах
0рср и <*р max (A™ грузового поезда, например, 0,33; 0,4; 0,5) и строят
диаграммы удельных замедляющих сил при экстренном торможении
(рис. 142, а). По этим диаграммам строят кривые v (sj, начиная с за-
данной скорости о„ до и = 0 (рис. 142, б). Точки начала построения
этих кривых можно взять на расстоянии длины подготовительных тор-
мозных путей, рассчитываемых по формуле (224). Можно также кри-
вую v («д) начинать при s = 0, но тогда к полученному пути $д нужно
прибавить sn. Три найденные суммы действительного и подготови-
тельного путей (sT) соответствуют трем значениям Ор. По ним строят
кривую зависимости sT (0р) (рис. 143), а по ней находят значение Ор
при заданном тормозном пути sT.
Пример. Определить, какой расчетный тормозной коэффициент должен иметь
поезд, состоящий из тепловоза 2ТЭ10В и состава из 80 четырехосных вагонов на
роликовых подшипниках с массой каждого вагона 70 т, чтобы при движении по
бесстыковому пути со скорости 80 км/ч он на спуске 12^°/00 остановился в преде-
лах 1300 м.
Решение.!. Расчет удельных сил сопротивления движению выполняем
отдельно для состава, тепловоза, а затем и для поезда.
1.1. Определяем to’ четырехосных вагонов по бесстыковому пути по формуле
(127) (или берем из табл. 10). Так, для v = 80 км/ч
3 + 0,09» + 0,002о» „ „ 3 + 0,09-804-0.002-80»
•"= °'7+-----------------------°-7 +-----------ж-----------
= 2,01 Н/кН.
1-2. Определяем а?х тепловоза по формуле (118) (или берем из табл. 10). При
» «= 80 км/ч
»х = 2,4+ 0.009 v + 0,00035»» 2,4+ 0,09-80+ 0,00035-80» — 5,36 Н/кН.
8 Зак. эоа 225
Таблица 31
е. км/ч Н/кН ws. Н/кН “<>х- н кН Q. X />т. Н/кН. при *т 1 И',,х. Н/«Н. при
е(, - о.зз о сГ С 0Р-0.33 ЧГ О II •ft о 1' е>
80 2.01 5.36 2.17 0,097 32.0 38.8 48,5 34,2 41.0 50,7
70 1.79 4.75 1 .93 0.102 33.7 40,8 51.0 35.6 42.7 52,9
60 1.59 4.20 1.71 0.108 35.6 • 43.2 54,0 37,3 44.9 55,7
50 1.41 3.73 1.52 0,116 38,3 46.4 58.0 39.8 47.9 59,5
40 1.26 3.32 1.36 0,126 41,6 50,4 63.0 43,0 51.8 64,4
30 1.13 2.99 1 .22 0,140 46.2 56.0 70,0 47.4 57.2 71.2
20 1,02 2.72 1.10 0,162 53,5 64,8 81.0 54.6 G5.9 82.1
10 0.93 2.53 1.01 0.198 65,3 79.2 99.0 66.3 80.2 ЮО.О
0 0.93 2.53 1.01 0,27 89.1 108,0 135.0 90.1 109.0 136,0
1.3. Расчет поезда проводим по формуле (139). Масса состава т» —
—- 70-80 - 5600 т. Массу тепловоза берем из табл. 17: тл — 276 т. Для п =
= 80 км/ч:
-
»х«л+»о«с 5,36-276 + 2.01-5600 „
—— ---------= 2,17 Н /кН .
5600 + 276
т
Результаты расчетов удельных сил сопротивления движению при других
скоростях приведены в табл. 31.
2. Расчет удельных тормозных сил при 0р = 0,33; 0.4 и 0,5 производим сле-
дующим образом.
2.1. Значения <ркр рассчитываем по формуле (179) (или берем из табл. 16).
При v = 80 км/ч
v I- 100 Л 80 I 100
<г„п-0.27----1--- =0,27 —---------- 0,097.
5с>+100 5 80|100
2.2. Для выбранных значение 0р определяем удельные тормозные силы по
формуле (190). Для V = 80 км/ч:
*„ = 1000 <р1(р0р = 1000-0,097-0,33 32,0 Н/кН;
b-п =- 1000-0.097-0.4 = 38,8 Н/кН;
Ьта 1000-0,097-0.5 48,5 Н/кН.
2.3. Удельные замедляющие силы определяем сложением Ь? и шох. Резуль-
таты всех расчетов приведены в табл. 31. Эти данные были использованы для по-
строения диаграммы удельных замедляющих сил (см. рис. 142, а), по которой на
рис. 142, б построены кривые v ($д).
3. Расчет подготовительного тормозного пути выполняем следующим обра-
зом.
3.1. Число осей в составе из 80 вагонов равно 320. Следовательно, время под-
готовки тормозов определяем по формуле (227). При и — 80 км/ч <ркр = 0,097.
Тогда при 0р — 0,33
1п1-12--------12—-----------------181-|2)_ в18.75с.
m 10000pqKJ, 1000 0.33-0,097
Аналогично при ftp * 0,4 /nJ = 17,57 с; при 0р =
18 (—12)
0,5 /П1 =16,45 с.
226
3.2. Длины подготовительных тормозных путей определяем но формуле
(224):
при др — 0,33
при др = 0,4
при др = 0,5
s,„ = 0.278 tVn, = 0,278-80 18.75 = 417 м:
s(lt = 0,278-80-17,57 = 391 м;
jn> = 0.278-80-16,45 » 366 м
4. Построение графика v (s) при торможении начнем с точек sm, «ш и sus
при 1'н ~80 км/ч, которые смешены от точки А (см. рис. 142, б) на расстояние под-
готовительного тормозного пути. Полученные построением точки В. С и D дают
sT] » 1420 м (при др = 0,33), sTS ~ 1215 м (при др*0.4) и хгя«950 м (при др -
г- 0,5). По этим значениям sr и 0р построим график sT (д.,) — кривая ЕК1. на
рис. 143.
5 Используя график (др) (см. рис. 143), находим, что для получения за-
данного тормозного пути sT — 1300 м в поезде должны действовать тормозные
силы, соответствующие расчетному тормозному коэффициенту 0., 0,37 (точка
М}.
66. Тормозные расчеты с использованием диаграмм
Для облегчения тормозных расчетов ВНИИЖТом разработаны
диаграммы графики, связывающие тормозные пути при экстрен-
ном торможении с расчетными тормозными коэффициентами и со ско-
ростями движения в начале торможения. Такие диаграммы выполне-
ны для разных уклонов и приведены в ИТР для i = 0 и спусков через
2®/w для грузовых (длиной по 200 осей) и пассажирских поездов.
На рис. 144 приведен график sT (Лр) при скоростях движения от
30 до 120 км/ч для грузового поезда на горизонтальном прямолинейном
пути (1е0). Для определения тормозного пути с начальной скорости,
например 90 км/ч при 0р =0,4, находим точку А пересечения кривой
«т (бр) при v = 90 км/ч с вертикальной линией, соответствующей
дп =0,4 (40 кН на 100 кН веса поезда). Сносим эту точку на ось ор-
динат и получаем тормозной путь 900 м (при i — 0). Если необходимо
определить тормозной путь при снижении скорости от 90 до 60 км/ч,
находим дополнительно точку на кривой sT (Ор) при v = 60 км ч (точ-
ка В). Тормозной путь при снижении скорости от 90 до 60 км/ч будет
равен разности ординат точек А и В (900 405 = 495 м).
Эту диаграмму можно использовать и для определения необходимого
расчетного тормозного коэффициента, при котором поезд можно было
остановить с заданной скорости в пределах заданного тормозного пу-
ти. Например, чтобы остановить грузовой поезд на горизонтальном
прямолинейном пути со скорости 90 км/ч в пределах тормозного пути
1000 м, находим точку пересечения кривой, соответствующей скорости
90 км/ч, с горизонтальной линией при sT 1000 м (точка С). 11олучаем
О,, = 35 кН на 100 кН веса состава (или = 0,35). Для определения
sr или бр на спусках необходимо использовать соответствующую но-
мограмму из ИТР. Наибольшую скорость на горизонтальном прямо-
линейном пути находят по заданному тормозному пути и расчетному
тормозному коэффициенту. Например, при sT — 900 м и 0р = 0,3
(точка D) допустимая скорость одои *= 80 км/ч. Если точка оказывае-
мся между кривыми скорости, то ее находят методом интерполяций.
«• 227
ГЛАВА 11
ТОКОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
И КРИВЫЕ ТОКА
67. Токовые характеристики и их назначение
Токовыми характеристиками называют зависимость тока тягового
электродвигателя, или тока, потребляемого электроподвижным соста-
вом, или тока тягового генератора тепловоза от скорости движения.
Их используют для нахождения токов при движении, поезда с различ-
ными скоростями, которые необходимы для оценки использования
мощности тяговых электродвигателей и генераторов, а на элсктропо-
движном составе и для определения расхода энергии на тягу поезда и
расчета элементов системы электроснабжения. По току, проходящему
по обмоткам тягового электродвигателя или генератора, и времени,
в течение которого проходит данный ток, определяют нагрев их об-
моток При длительной работе локомотива с большими токами нагре-
вание электрических машин может ограничивать наибольшую массу
поезда. Поэтому после определения массы состава, скоростей движения
и времен хода проверяют выбранную массу состава по условиям на-
гревания обмоток электрических машин, используя характеристики
v (/,,) или /д (у). Для этого на графике v, t (s) наносят и токи, исполь-
зуя токовые характеристики.
При работе электроподвижного состава постоянного тока для рас-
чета расхода энергии и выбора или проверки электрических нагрузок
в элементах системы электроснабжения железных дорог необходимо
знать токи, потребляемые электровозами или электропоездами /•, в каж-
дой точке пути. Для этого необходимы токовые характеристики, пока-
зывающие зависимость тока /, от скорости у.
Как известно из электротехники, в системе переменного тока рас-
ход электрической энергии определяют не по току, потребляемому
электроподвижным составом, а по его активной составляющей. Сле-
довательно, при системе переменного тока необходимо знать не только
полный ток /j, потребляемый электровозом или электропоездом, по
которому определяют нагрузки в системе электроснабжения, но и его
активную составляющую lda. В связи с этим должны быть известны
токовые характеристики ld (и) и /м (у), а по ним строят кривые этих
токов в функции пути.
68. Токовые характеристики
электроподвижного состава постоянного тока
Токовые характеристики электроподвижного состава строят исхо-
дя из скоростных характеристик тягового электрод! игателя. Для оп-
ределения тока электроподвижного состава /я задаются скоростью дви-
230
женин v, но скоростной характеристике v (/д) находят ток тягового
электродвигателя /д и умножают его на число параллельных ветвей
тяговых электродвигателей
h °'л-
где а - число параллельных цепей тяговых электродвигателей
Например, для восьмиосного электровоза при последовательном
соединении ас — 1 и. следовательно, /0 /я; при последовательно-
параллельном асп ~ 2 и /э — 2/д; при параллельном а„ 4 и /э
₽ 4/д; для шестиосного электровоза соответственно а,. 1, аС|, 2.
а„ - 3.
На характеристики наносят ограничивающую линию, которая со-
ответствует току при наибольшей допустимой силе тяги электровоза
по сцеплению колес с рельсами или по току тягового электродвигателя.
Токовые характеристики (и) шестиосного электровоза ЧС2Т. по-
строенные на основании скоростных характеристик v (/д), приведены
на рис. 146. На них нанесена ограничивающая линия по наибольшему
току тягового электродвигателя ABCDEG. Ограничивающая линия по
току проведена следующим образом: средний ток тягового электро-
двигателя при пуске электровоза установлен /дп = 820 А, а пиковое
значение /Дгаах около 900 А. При разгоне электровоза до выхода на
231
ходовую характеристику последовательного соединения тяговых элект-
родвигателей (о = 24 км/ч) ток / , = / Д1, =820 Л (линия Я в). При из-
менении скорости движения среднее значение тока поддерживается
уменьшением сопротивления реостата (использованием маневровых
позиций при разгоне в зоне малых скоростей, когда ток /д< /Д1„
пренебрегаем). Обычно при тяговых расчетах не учитывают разгон с
использованием позиций ослабления возбуждения на последователь-
ном и последовательно-параллельном соединениях, поэтому при и =
= 24 км/ч тяговые электродвигатели должны быть переключены на
последовательно-параллельное соединение (СП) и включен пусковой
реостат, а ток /3 увеличится с 820 до 1640 А (линия ВС) и не будет из-
меняться до выхода на ходовую характеристику СП соединения при
v 51,8 км ч (точка D). Затем группы тяговых электродвигателей пе-
реключают на параллельное соединение, при этом atl = 3, а ток уве-
личится до /„ = 820 • 3 = 2460 А (линия DE). В цепь тяговых элект-
родвигателей включают пусковой реостат, который выводят до ско-
рости 76,7 км/ч, поддерживая неизменным ток = 2460 А (линия EG).
При этой скорости выходят на ходовую характеристику полного воз-
буждения параллельного соединения и электровоз работает на ней до
скорости 79,5 км/ч.
Далее переходят на характеристику ослабленного возбуждения
0В1 по вертикальной линии (при неизменной скорости). Изменения
токов приведены в таблице на рис. 146. При этом ток в соответствии с
таблицей точек перехода изменяется от /,lh «2240 А до /эп»»х —
= 2700 А. Затем электровоз работает на характеристике 0В1 до ско
рости 85,5 км/ч, при которой ток изменяется от 2290 до 2620 А. Даль
нейшие изменения тока легко установить из таблицы на рис. 146. Пос-
ле перехода на характеристику 0В4 (на предпоследнюю токовую ха-
рактеристику) значение тока берут по этой кривой. Характеристика
0В5 — последняя на электровозе ЧС21, так же как и последние ха-
рактеристики других электровозов (как было указано при рассмотре-
нии тяговых характеристик), для расчетов не используется и остает-
ся в резерве машиниста.
Чтобы упростить расчеты, часто принимают ток при переходах на
характеристики ослабленного возбуждения равным среднему току
/8 “ 2460 А (по линии GH).
Если в расчетах были использованы тяговые характеристики на
ступенях ослабления возбуждения при С и СП соединениях тяговых
электродвигателей, то переходы на СП и П соединения нужно брать
при более высоких скоростях (соответственно40,5 и 76,7 км/ч). Токовые
характеристики электровозов ВЛ10 и ВЛ10* приведены на рис. 147.
Их строят на основании скоростных характеристик тягового электро-
двигателя ТЛ-2К (см. рис. 45). Линию ограничения на них наносят
исходя нз допустимой силы тяги по сцеплению. Для этого из тяговой
характеристики электровоза (см. рис. 46, а) или по формулам рассчи-
тывают силу тяги по сцеплению и определяют Екса. Затем, разделив
ее на число движущих осей, получают силы тяги, развиваемые каждой
колесной парой, соединенной с тяговым электродвигателем Ек дп. Эти
расчеты выполняют для разных скоростей. Для каждого значения си-
232
лЫ тяги F„ дП определяют пуско-
вой ток /я„ из электротяговых ха-
рактеристик FKa (/дИ). Получен-
ное значение /ди умножают на чис-
ло параллельных ветвей тяговых
электродвигателей а и получают
значение /»,„ которое откладывают
при этих скоростях. В связи с из-
менением силы тяги по сцеплению
в зависимости от скорости токи
/дк и А>» также изменяются.
Так, электровоз В.’П0 при ско-
рости v - 0 развивает силу тяги
по сцеплению FK,.n =614 кН (см.
рис. 46. а). Следовательно, каждый
тяговый электродвигатель разви-
вает на ободах колес при этом силу
тяги FK дн -614 000 8 - 76 750 Н.
Эта сила тяги, как видно из рис. 45,
реализуется при токе /д„ = 685 А.
Так как при последовательном сое-
динении тяговых электродвигате-
лей /д=/э, этот ток и будет по-
Рнс. 147. Токовые характеристики
электровозов ВЛ 10 и ВЛ 10’
треблять электровоз при и = 0 (точка А). Аналогично можно опре-
делить ток при v — 5 км/ч исходя из FKcn = 535 кН, следовательно,
F„ ди ~ 66 875 Н и /Я|, -» - 615 А (точка В).
Когда скорость достигает 10 км/ч, сила тяги = 514 кН, Ft< д„ =
= 64 230 Н и /Д11 •= 595 А. До этой скорости тяговые электродвига-
тели были соединены последовательно, и ток при и» 10 км/ч «•
= 595 А (точка-С). Однако при скорости 10 км/ч происходит переход
на характеристику IIB последовательного соединения. Тяговые элект-
родвигатели переключают на последовательно-параллельное соедине-
ние и включают в их цепь реостат. Для реализации одинаковой силы
тяги до и после перехода на СП соединение каждый тяговый электро-
двигатель должен потреблять тот же ток /411 = 595 А, а электровоз при
«си — 2 — ток, в 2 раза больший /Я1, = 595 - 2 = 1190 А (точка D).
При v = 22 км ч выходят на безреостатную характеристику /7В
последовательно-параллельного соединения и далее переходят на па-
раллельное соединение групп тяговых электродвигателей. Сила тяги
при этой скорости F„,.u = 497 кН и Fltnu = 62 145 Н, ток /я =
а 575 А. Следовательно, при этой скорости на СП соединении ток
/»п ® 575 * 2 * 1150 А (точка G), а после перехода на параллельное
соединение (аи = 4) /э„ ~ 575 • 4 = 2300 А (точка Н). Далее опреде-
ляют токи в точках I. и А1 (и = 30 и 40 км/ч). В точке N (при ол=
~ 46,7 км/ч /ап = 2140 А) выходят на безреостатную характерис-
тику при полном возбуждении параллельного соединения групп тя-
говых электродвигателей и работают по ней до точки R. Далее пере-
ходят на характеристику ослабленного возбуждения ОВ!, и ток изме-
няется по вертикальной штриховой линии RS при скорости 48,5 км/ч.
233
Значении токов при переходах можно взять из табл. 6. При этом ток
/., изменяется при переходе на ОВ1 с 1970 до 2480 А. Точку 5 можно
также найти следующим образом: из тяговых характеристик после пе-
рехода на OBI гк = 508,2 кН, следовательно, FKl = 63 520 Н. По
электротяговым характеристикам Гид (/д) при OBI находим, что этой
силе тяги соответствует ток /д = 620 А и /э = 620 • 4 <= 2480 А.
Аналогично находят или берут из таблиц точек перехода значения то-
ков при переходах на характеристики ОВ2 и ОВЗ (характеристика
ОВЗ является расчетной).
Для упрощения расчетов по определению токов в зоне переходов
на ослабленное возбуждение иногда расчеты ведут по средним значе-
ниям токов по линии NT. При ограничении силы тяги электропо-
движного состава сцеплением колес с рельсами ток с уменьшением
коэффициента регулирования возбуждения возрастает (на ОВ4 /,„
2720 А, а на ПВ /э„ = 2140 А), хотя FK,.a на ПВ больше, чем на
ОВ4. Это объясняется тем, что электромагнитная сила тяги пропор-
циональна произведению тока на магнитный поток (F^^ — 3,6СФ/Д).
При одном и том же токе /д магнитный поток при меньшем р будет
меньше и, следовательно, сила тяги также будет меньше. Чтобы полу-
чить большую силу тяги при меньшем р, тяговый электродвигатель
должен потреблять большой ток.
На рис. 147 штрихпунктирной линией показаны ограничивающие
линии по сцеплению колес с рельсами электровоза ВЛЮг, имеющего
большую массу (200 т вместо 184 т у электровоза ВЛ 10).
69. Токовые характеристики
электроподвижного состава переменного тока
Скоростные характеристики и(/д) тяговых электродвигателей
электроподвижного состава переменного тока (см. параграф 30) при
водят только для высшей ступени регулирования. А для построения
кривых тока тягового электродвигателя необходимо иметь токовые
характеристики /д (о), построенные с учетом внешних характеристик
преобразовательной установки для всех ходовых позиций и всех сту-
пеней ослабления возбуждения. На эти характеристики должны быть
нанесены ограничивающие линии по сцеплению колес с рельсами или
по коммутации тяговых электродвигателей, из которых берут значе-
ния пускового тока.
Токовые характеристики /а (о) тягового электродвигателя
НБ-418К при работе на электровозах ВЛ8О, ВЛ80т, ВЛвО для хо-
довых позиций приведены на рис. 148. На них нанесена сплошная ли-
ния ограничения тока по сцеплению колес с рельсами .45 для электро-
воза ВЛ80*. показаны переходы на позиции ослабленного возбуждения
вертикальными тонкими линиями и средние токи при этих переходах
(линия ST). Приведены также штрихпунктирные линии ограничения
по сцеплению А|5,7”, и при переходах для электровозов BJI80T и
BJieiF. имеющих большие массы, приходящиеся на каждую ось. То-
ковые характеристики электродвигателя НБ-418К при работе па элект-
234
Рис. 148. Токовые характеристики
1л(у) тягового электродвигателя
НБ-418К электровозов ВЛ80г.
ВЛ80т. ВЛ80"
Рнс. 149 Токовые характеристики
/д(р) тягового электродвигателя
НБ-418К электровоза ВЛ801'
ровозе ВЛ80 показаны на рис. 149. На рис. 150 приведены токовые
характеристики /д(о) тягового электродвигателя AL-4442nP электро-
возов ЧС4Т и ЧС4 с ограничением тока по коммутации (линия Л$) и
изменениями тока при переходе на позиции ослабленного возбуждения
0BI—0B3 (тонкие вертикальные линии).
Токовая характеристика, показывающая зависимость действую-
щего значения тока электроподвижного состава Zd от скорости v, мо-
жет быть построена на основании токовой характеристики /д (о) с уче-
том параметров преобразовательной установки.
Ток в первичной обмотке трансформатора без учета расхода элект-
роэнергии на собственные нужды при мостовой схеме выпрямления.
А,
где /4 — действующее значение тока вторичной обмотки трансформатора, А;
кт — коэффициент трансформации.
Полный ток электроподвижного состава, состоящего из лт одина-
ковых секций, на каждой из которых есть преобразовательная установ-
ка, А,
/а = /|
или, так как при мостовой схеме /2 кЭф/„, получим
лт/в , (232)
ГЛ« — коэффициент эффективности переменного тока.
Коэффициент трансформации определяют из формулы (74) кт —
“ 0,9С/с/(/во, а выпрямленный ток — из выражения /в = а/я, где
а — число параллельных цепей тяговых электродвигателей на секции
электровоза или моторного вагона.
235
Подставив эти выражения в уравнение (232), получим, что полный
ток, А,
Qflr L ««у
d n о/' ' (233)
U, Jft- c
Пользуясь формулой (233), для каждого значения тока /д можно
определить ток, потребляемый электроподвижным составом, а значит,
и построить токовые характеристики /d (и). Значения а и пт принима-
ют исходя из схем соединения электродвигателей и числа трансформа-
торов на электроподвижном составе; U„o берут из внешней характерис-
тики преобразователя на данной ступени регулирования; Uc — но-
минальное напряжение на токоприемнике принимают равным 25 000 В;
к»Ф — коэффициент эффективности переменного тока обычно прини-
мают равным 0,97 (а иногда 1,0).
Пересчет выполняют в следующем порядке. Задаются несколькими
значениями /д во всем диапазоне возможных нагрузок и из указанных
характеристик для каждой ступени регулирования определяют ско-
рости движения. Затем для этих значений тока подсчитывают величины
ld по формуле (233).
Таким образом для каждого значения скорости движения находят
ток ld на данной ступени регулирования и строят кривые ld (и). На
рис. 151 показаны характеристики ld (о) электровозов ВЛ 80е, ВЛ80т
и ВЛ80* с тяговыми электродвигателями НБ-418К. На них нанесены
ограничивающие значения токов по сцеплению колес с рельсами
(сплошная линия AST для электровоза ВЛ80* и штрихпунктирная
линия ASjTj для электровозов ВЛвО0 и ВЛвСП). Поскольку ток /д
при ограничении по сцеплению колес с рельсами изменяется в зависи-
мости от скорости по кривой линии, на графике рис. 151 ограничиваю-
щие линии также должны быть кривыми. На практике эту кривую за-
Рис. 150. Токовые характеристики
l»(v) тягового электродвигателя
AL-4442nP
Рис. 151. Токовые характеристики
h(v) электровозов ВЛ 80е, ВЛ80'.
ВЛ 80*
236
меняют прямой AS, допуская при
этом очень небольшую погреш-
ность, Как видно из графика, ток
возрастает с увеличением скоро-
сти. Это объясняется уменьшением
коэффициента трансформации кт
трансформатора в процессе пуска и
разгона электроподвижного соста-
ва, необходимого для увеличения
подводимого к двигателям напря-
жения. Точки перехода на пози-
ции ослабления возбуждения пере-
считывают с учетом использования
максимальных значений тока. Тон-
кими вертикальными линиями по-
казаны переходы на позиции ослаб-
ления возбуждения электровозов
В Л 80*.
Рис 152. Токовые характеристики
1л(и) электровозов ЧС4Т и ЧС4
На рис. 152 приведены токо-
вые характеристики электровозов
ЧС4Т и ЧС4 с тяговыми двигателя-
ми AL-4442nP. Буквенные обозначения на них аналогичны рис. 151.
Для определения расхода электрической энергии на тягу поездов
нужно построить зависимость активной составляющей полного тока
(активного тока) /da, потребляемого электроподвижным составом, от
скорости. Активный ток, А,
(234)
где х — коэффициент мощности электроподвижного состава, определяемый
по уравнениям (88) или (89).
Ток/da можно также рассчитать непосредственно по току электро-
двигателя /д. Для этого в уравнение (234) подставим значения ld из
выражения (233) и % из равенства (89). Тогда
^da — —(Я^ — а₽об)/дРд-
Ос
(235)
По этой формуле можно подсчитать значениж/^ и, имея зависимость
/д (и), построить токовую характеристику активного тока /da (и). На
эти кривые наносят ограничивающие линии и линии перехода на ха-
рактеристики ослабления возбуждения.
Токовые характеристики активного тока /da (и) электровозов
ВЛ80к, ВЛ80т и ВЛ80с с тяговыми электродвигателями НБ-418К
приведены на рис. 153 и электровозов ЧС4Т и ЧС4 с тяговыми электро-
двигателями AL-4442nP — на рис. 154.
Ограничивающие линии на характеристики активного тока рассчи-
тывают и наносят с учетом тех условий, которые принимались при на-
237
Рнс. 153. Характеристики активного
тока /./«(к) электровозов ВЛ80‘,
В«'180т, ВЛ80-
Рис. 154. Характеристики актив-
ного тока /ац(с) электровозов
ЧС4’ и ЧС4
хождении ограничивающих линий на характеристиках полного тока
(на рис. 153 ограничения по сцеплению показаны для электровоза
ВЛ80к сплошными линиями, а для электровозов ВЛ 80е и ВЛ801,—
штрихпунктирными).
70. Построение кривых тока электроподвижного
состава
На основании кривых скорости движения в функции пути v (s) и
токовых характеристик электроподвижного состава постоянного тока
/э (и) строят кривую тока, потребляемого электровозом или электро-
поездом, в функции пути /а (s).
Ток, потребляемый электровозом или моторным вагоном для любой
скорости, взятой по кривой движения и (.$), определяют с помощью
токовых характеристик /э (и). Эти построения выполняют следу-
ющим образом. Для точек изломов кривой и (s) (на границах прира-
щений скорости Дц) по токовым характеристикам /я (и) находят токи
/9, которые откладывают в произвольно выбранном масштабе в соот-
ветствующих точках пути. Соединив полученные точки прямыми ли-
ниями, получают кривую тока.
Для уяснения порядка построения кривой /»(s) рассмотрим пример.
Пример. По заданной кривой v (s) (рис. 155) и токовой характеристике элект-
ровоза ВЛ10 (см. рис. 147) построить кривую тока, потребляемого этим электро-
возом, в функции пути /э (s).
Решение. В соответствии с токовой характеристикой электровоза ВЛ 10
отметим интервалы скоростей, в которых электровоз работает при различных
соединениях и возбуждениях тяговых электродвигателей. При о = 04-10 км/ч—
последовательное соединение, при о — 104-22 км/ч — последовательно-парал-
лельное, при v = 224-46,7 км/ч — параллельное с включенными пусковыми ре-
зисторами, при v — 46.74-48,5 км/ч — параллельное при полном возбуждении
238
ПВ, при с =•48,5 4-52 км/ч при ослабленном возбуждении 0В1, при р -
я 524-56 км/ч 0В2, при ч = 56 км. ч и выше — ОВЗ
Из токовой характеристики электровоза видно, что при у О ток /;, = 685А
(точка И, см. рис. 147). Это значение тока откладывают в произвольном мас-
штабе при v —О (точка О' на рис. 155). При р = 10 км/ч ток =595 А (точка С
ни рис, 147). Этот ток откладывают в точке пути, которой соответствует скорость
о = 10 км/ч (точка /' на рис 155) При этой скорости происходит переключение
Титовых электродвигателей с последовательного на последовательно-параллель-
ное соединение (см. рис. 147), и ток удваивается (1190 А). Это значение наносят на
график и получают точку При скорости v — 22 км/ч ток равен 1150 А —
получают точку 2'. Так как при v—-22 км/ч электродвигатели переключают с по-
следовательно-параллельного соединения на параллельное, ток увеличивается в
2 раза (точка 2"—2300 А). При г» 30 км/ч ток равен 2230 А (точка 3'), при v —
40 км/ч — 2170 Л (точка <). В точке 5 при скорости 46,7 км/ч выходят на без-
реостатную характеристику полного возбуждения параллельного соединения
групп тяговых электродвигателей и ток электровоза /< <= 2140 А (точка 5')-
Далее движение происходит по ходовой характеристике до v»• 48,5 км/ч. при
которой ток на характеристике ПВ равен 1970 А (точка 6’).
В связи с переходом с ПВ на OBt ток возрастает до 2480 А (точка 6"). При
движении по ходовой характеристике ОВ! от р — 48,5 км. ч до р >=• 52 км/ч ток
снова снижается до = 2060 Л (точка 7'). Затем переход на СВ2 вызывает уве-
личение тока до /п = 2670 Л (точка 7"). Движение по характеристике 082 от
v — 52 до v = 56 км/ч вызывает уменьшение тока до = 2270 А (точка Я').
Переход на ОВЗ сопровождается увеличением тока до /л — 2780 Л (точка <Т)
Далее осуществляется движение на ОВЗ. При увеличении скорости до о = 60 км/ч
ток снижается до 2420 А (точка 9"). при скорости 65 км/ч ток равен 2090 А (точ-
ка 10'), при v = 70 км ч /э = 1870 А (точка //'). при v = 72 км/ч /а = 1800 Л
(точка 12"). Затем скорость снижается (в связи с движением на подъем), а ток со-
ответственно возрастает. Его значение легко определить для любой точки рас-
смотренным методом. В точке 16 ток возрастает до наибольшего зиачеиия (2780 А
в точке 16'). Поэтому переходите ОВЗ на 0В2, ток уменьшается до 2270 А (точ-
ка 16’), а затем при снижении скорости снова растет и в точке 17' достигает наи-
Рис. 155. Построение кривой тока электровоза постоянного тока
239
Рис. 156 Кривые 1л(з). L(s), /*,(«) электровоза переменного тока
большего значения для 0В2— 2670 А. Переход на 0В1 вызывает уменьшение то-
ка /а до 2060 А и т. д. Между точками 18 и 19 скорость остается постоянной —
v = 49 км/ч. Ток /э также остается постоянным 2420 Л. В точке 24 ток выклю-
чен (0).
Если принять изменение тока между найденными точками по закону прямой
линии и соединить точки О', 2', Т, 3', 4'. 5'. 6’ и т. д. прямыми, то получа-
ют ломаную линию, показывающую зависимость изменения тока /, от пути s.
Когда для электроподвижного состава постоянного тока не требует-
ся определять расход электроэнергии, а нужно рассчитать только на-
гревание тяговых электродвигателей, можно построить зависимость
тока одного тягового электродвигателя от пути / д (s). Построение этой
кривой выполняют по скоростным характеристикам без использования
токовых характеристик электроподвижного состава.
Для электроподвижного состава переменного тока строят кривые
/д (s), /d (s) и 1ал (s) по кривой скорости v (s), используя токовые ха-
рактеристики /л (и), ld (у) и 1Ля (у). Порядок построения этих кривых
аналогичен построению кривой тока, потребляемого электроподвиж-
ным составом постоянного тока.
11а рис. 156 показаны кривые /д (s), ld (s) и /dn(s). построенные
по кривой у (s) на основании токовых характеристик.
71. Кривые тока тяговых электрических машин
тепловозов
Нагревание обмоток генератора или тяговых электродвигателей
определяют соответственно по току генератора /г или току электро-
двигателя /я и времени работы. Для этого должна быть известна за-
висимость тока от скорости движения тепловоза. Зависимость тока
электродвигателя от скорости определяют по току генератора при
каждом значении скорости с учетом схемы соединения тяговых элект-
родвигателей. Кривые зависимости тока генератора от скорости дви-
жения при номинальной мощности, снимаемые при испытании этих
240
агрегатов, приведены в паспортных данных тепловоза (см. таблицы
на тяговых характеристиках тепловозов, рис. 79,80,81,82,83).
Токовые характеристики генератора тепловозов 2ТЭ10В на различ-
ных положениях рукоятки контроллера машиниста даны на рнс. 157.
Из этих кривых видно, что при работе в пределах какой-либо характе-
ристики ток генератора плавно изменяется, снижаясь с увеличением
скорости движения. Токовые характеристики на низших положениях
рукоятки располагаются ниже. При переходе с одного режима на дру-
гой при неизменной скорости движения появляются броски тока.
Так, на рис. 157 на позиции 15 контразлера тепловоза 2ТЭ10В при
скорости v - 38 км/ч переход с !5ПВ на 15ОВ1 вызывает бросок тока
с 3100 до 3800 А (штриховая линия) АВ; переход с 15ОВ1 на 15ОВ2
при скорости 62,5 км/ч вызывает бросок тока с 2900 до 3500 А (штри-
ховая линия CD). Обратные переходы происходят с 15ОВ2 на 15ОВ1
при v — 43 км/ч со снижением тока с 4250 до 3550 А (штриховая ли-
ния EG); с 15ОВ1 на 15ПВ при п - 27,5 км/ч со снижением тока с 4500
до 3750 А (штриховая линия KL).
На рис. 158 приведены кривые выпрямленного тока генератора
тепловоза 2ТЭ116.
Патьзуясь кривыми 1Г (и), по кривым движения v (s) строят токо-
вые кривые /г (s). На ранее построенной кривой v (s) с пометками о
режиме работы тяговых электродвигателей берут точки перелома и
для каждой из них по кривой /г (и) определяют ток генератора при дан-
ном режиме. Нанесенные на график точки соединяют прямыми лини-
Рис. 157. Зависимость тока генератора тепловоза 2ТЭ10В от скорости
241
Рнс. 158. Зависимость тока генерато-
ра (после выпрямления) тепловоза
2ТЭ116 от скорости
ими, показывающими изменение
тока генератора в зависимости
от пути s. При изменении режима
работы тяговых электродвигателей
(переход с полного возбуждения на
ослабленное ОВ/, с ОВ/ на 0В2 и
наоборот) появляются броски тока.
На рис. 159 приведены токовые
характеристики генератора тепло-
воза ТЭ1160, а на рис. 160 — кри-
вая v (s) движения пассажирского
поезда с тепловозом ТЭП60. Кри-
вую /г (s) строят следующим обра-
зом. До скорости и 23 км/ч ток
генератора не меняется и состав-
ляет 6150 А. На пути движения
поезда до скорости и 23 км/ч ток /г
изображен горизонтальной линией.
Далее при движении по характери-
стике полного возбуждения /5ИВ отмечены значения тока /г при каждом
изломе кривой скорости v (s). Полученные точки нанесены в осях коор-
динат /г, s. При скорости v = 71,5 км/ч включается первая ступень
ослабления возбуждения /50В/. Ток возрастает броском с 3100 до
3950 А. Затем токи /,. снова определяют для точек излома кривой v (s)
при движении на /5ОВ/. При скорости v == 118 км/ч включается вто-
рая ступень ослабления возбуждения и ток /г возрастает с 2950 до
3950 А. Далее токи снова определяют для точек излома кривой ско-
Рис. 159. Зависимость тока генератора тепловоза ТЭП60 от скорости
242
Рис. 160. Построение кривой тока генератора тепловоза ТЭП60
рости. После достижения скорости МО км/ч начинается ее снижение,
вызванное движением по подъему, ток при этом возрастает. При ско-
рости v — 105 км/ч снимается вторая ступень ослабления возбуждения
(переход с 15ОВ2 на 150ВI) с уменьшением тока с 4200 до 3150 А.
Дальнейшее движение на позиции 15ОВ1 со снижением скорости
до 59 км/ч вызывает увеличение тока до 4400 Л. Переход на более лег-
кие участки профиля пути сопровождается повышением скорости и
снижением тока. Здесь снова по достижении скорости v — 118 км/ч
включается ступень ослабления возбуждения 15ОВ2, и ток увеличи-
вается с 2950 до 3950 А. Перед станцией при скорости v 120 км/ч,
которой соответствует ток 3900 А, машинист выключает ток. Соединив
найденные точки, получаем кривую /г (s) для данной кривой скорости
и ($).
ГЛАВА 12
НАГРЕВАНИЕ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
И ГЕНЕРАТОРОВ
72. Общие сведения
Наибольшую силу тяги при расчете массы поезда принимают с уче
том ограничения по коммутации тяговых электродвигателей или ш
сцеплению колес с рельсами. Однако, кроме этих ограничений, н;
электроподвижном составе необходимо учитывать еще и ограничени»
по использованию мощности или нагреванию тяговых электродвига
телен, а на тепловозах — по нагреванию главного генератора или тя
говых электродвигателей.
Ранее было установлено, что при работе тягового электродвигате
ля или генератора в них неизбежны потери энергии, вызывающи!
нагрев их частей и деталей. Нагревание электрических машин зависиз
от потерь мощности, продолжительности нагревания и интенсивности
охлаждения. Потери в электрической машине зависят от ее нагрузки.
Чем больший ток проходит через ее обмотки, тем больше потери энер-
гии в ней и тем сильнее нагреваются ее части (в первую очередь 015-
мотки и коллектор).
Чтобы уменьшить нагрев частей тяговых электрических машин, их
охлаждают воздухом, поступающим снаружи с помощью вентилятора.
Этот воздух проходит внутри машины и отводит часть тепла. Для элект-
родвигателей с принудительной вентиляцией устанавливают номи-
нальное количество продуваемого через них воздуха. В электродви-
гателях и генераторах с самовентиляцией, где вентилятор находится
на валу якоря, интенсивность охлаждения возрастает с увеличением
частоты вращения якоря.
При малом нагреве изоляции ее изоляционные свойства сохраняют-
ся долго, а при высоких температурах происходит интенсивный про-
цесс ее старения и потери изоляционных свойств. Обмотки тяговых
электрических машин допускают нагрев до разных температур в за-
висимости от класса изоляции. Изоляция класса В, созданная на ос-
нове слюды, нефтебитумных или синтетических лаков, микалентной
бумаги и асбестовой ленты или стеклолснты. является менее тепло-
стойкой из применяемых для изоляции обмоток тяговых электрических
машин материалов. Большей теплостойкостью обладает изоляция
класса F, выполненная на базе слюды, новых синтетических материа-
лов и стекловолокна. Еще большей теплостойкостью обладает изоля-
ция класса Н, состоящая из слюды, кремиийорганических материалов
и стекловолокна.
При рассмотрении процессов нагревания тел удобнее пользоваться
не температурой тела, а превышением его температуры над температу-
рой окружающего воздуха. В зависимости от класса изоляции допус-
244
Таблица 32
Части тятиной электрической машины Способ измерения температуры Предельно допустимые превы- шения температур частей тяго- вых электрических машин над Гкк 30 ЛС при продолжи- тельном и часовой режимах. “С
Класс изоляция
В F 1 Н
Обмотки якоря Метод сопротивления 120 140 160 ’
Катушки полюсов То же 130 155 180
Коллектор Электрическим или ртут- ным термометром 95 95 105
машин показана на
Рис. 161. Зависимость
времени нагрева обмо-
ток тяговых электриче-
ских машин до предель-
но допустимой темпера-
туры от тока
каются различные превышения температур обмоток электрических
машин. В табл. 32 приведены предельно допустимые превышения тем-
ператур обмоток тяговых электрических машин, а также их коллекто-
ров над температурой наружного воздуха, равной не более 40 °C
(/„„„,ах ^40°C), при различных классах изоляции (по ГОСТ 2582 -81*).
Наибольшую температуру наружного воздуха принимают по данным
метеорологических станций как среднюю многолетнюю (не менее пяти
лет). Если /„вшах окажется больше 40°C, то допустимые превышения
температур уменьшают на число градусов, равное /нв ||1#х— 40 °C.
При большом токе обмотки электрической машины нагреваются
до предельно допустимой температуры быстро, а при малом токе
медленнее.
Зависимость времени нагревания обмоток до предельно допустимой
температуры от тока тяговых электрических
рис. 161. Из нее видно, что при токе /д) об-
мотки нагреваются до предельно допустимой
температуры в течение времени tt, а при
меньшем токе /Д2 в течение более длитель-
ного времени t2. Если отложить время /ч.
равное 1 ч, то соответствующий ему ток /дч
будет нагревать обмотку до предельно допу-
стимой температуры в течение часа. Значение
тока /дк которому кривая асимптотически
приближается, является током продолжитель-
ного режима.
В соответствии с ГОСТ 2582 -81* устанав-
ливают продолжительный и кратковременный
режимы тягового электродвигателя. Продол-
жительный режим определяется наибольшим
током, при котором работа в течение неогра-
ниченного времени при номинальном напря-
жении с возбуждением и вентиляцией, соот-
ветствующими данному режиму, не вызывает
превышения предельно допустимых темпера-
тур. Часовой режим тяговых электродвигате-
245
лей определяется наибольшим током /4Ч, при котором работа с прак-
тически холодного состояния (20—25 °C) в течение I ч при номиналь-
ном напряжении и соответствующих данному режиму возбуждении
и вентиляции тягового электродвигателя не вызывает превышения
предельно допустимых температур.
Для тяговых генераторов устанавливают номинальные продолжи-
тельные режимы при наименьшем и наибольшем напряжении. При наи-
меньшем напряжении продолжительный номинальный режим работы
генератора определяется наибольшим током якоря, при котором в те-
чение неограниченного времени при номинальной мощности не превы-
шаются предельно допустимые температуры. При наибольшем напря-
жении продолжительный номинальный режим работы тягового гене-
ратора определяют по нагреванию обмотки возбуждения, которая при
работе в течение неограниченного времени с номинальной мощностью
не должна превышать предельно допустимых температур.
Таким образом, мощность продолжительного или часового режима
определяется нагревом частей тягового двигателя или генератора и
прежде всего его обмоток до наибольшей допустимой температуры.
От теплостойкости изоляционных материалов зависят мощность
и габаритные размеры электрических машин. Тяговые электродви-
гатели или генераторы с изоляцией более высокой теплостойкости при
одной и той же мощности имеют меньшие габаритные размеры или при
сохранении одинаковых габаритных размеров смогут развивать повы-
шенную мощность. Изоляция класса F позволяет повысить мощность
тягового электродвигателя примерно на 10%, а изоляция класса Н —
на 15 — 20% по сравнению с изоляцией класса В.
На грузовых электровозах устанавливают тяговые электродвига-
тели мощностью часового режима 400 950 кВт, на пассажирских
от 700 до 1050 кВт, на моторных вагонах электропоездов —
200—250 кВт. Главные генераторы магистральных тепловозов имеют
мощности продолжительного режима 1400—3000 кВт, а маневровых
тепловозов 700—1400 кВт. Тяговые электродвигатели тепловозов
(при электрической передаче) обычно имеют мощности 340—500 кВт.
На электровозах нагревание тяговых электродвигателей проверя-
ют в летних и зимних условиях. На тепловозах проверку нагревания
электрических машин делают только в том случае, если вводится огра-
ничение скорости движения на труднейших подъемах до величин,
ниже расчетных. Это связано с работой тяговых электродвигателей
или генераторов с токами, непревышающими номинальные значения.
73. Аналитический метод
расчета нагревания электрических машин
Проверку нагревания электрических машин — тяговых электро-
двигателей электроподвижного состава и тепловозов или главных ге-
нераторов тепловозов — выполняют, определяя превышение темпе-
ратуры наиболее нагретой части — обмотки якоря или катушек главных
или дополнительных полюсов над температурой наружного воздуха.
246
Рис. 162. График нагре-
вания тяговой электри-
ческой машины при не-
изменном токе
На основе стендовых испытаний установлено,
что изменение их температуры происходит по
закону нагревания однородного твердого те-
ла, известному из физики. Тела обладают
теплоемкостью, теплоотдачей и теплопровод-
ностью. При бесконечно большой теплопро-
водности часть сообщаемого телу тепловой
энергии идет на повышение температуры тела,
так как оно обладает теплоемкостью, а часть
тепла отдается в окружающую среду, так как
тело обладает теплоотдачей.
Изменение превышения температуры об-
мотки тягового электродвигателя или гене-
ратора т над температурой окружающего воздуха во времени ( при
неизменной нагрузке и одинаковом выделении тепла приведено на
рис. 162. В начале процесса, когда температура обмотки близка
к температуре окружающей среды, нагревание идет интенсивно,
так как почти вся тепловая энергия расходуется на повышение темпе-
ратуры тяговой машины. С повышением т все больше энергии отдается
в окружающую среду, а при установившейся температуре вся
выделяемая в тяговой машине тепловая энергия отдается в окружаю-
щую среду. Если бы отсутствовала теплоотдача, процесс нагревания
характеризовался бы линией ОА.
В соответствии с законом нагревания однородного твердого тела
превышение температуры т, °C, тяговых электродвигателей или глав-
ных генераторов при номинальных для данной машины условиях ох-
лаждения определяют аналитически:
т=т.(|-е",/г)+т,е“|/г, (236)
где т0 — начальное превышение температуры для расчетного промежутка вре-
мени, °C;
е — основание натуральных логарифмов;
Т — тепловая постоянная времени, мин, соответствующая такому условно-
му времени, в течение которого нагрелась бы обмотка тягового элек-
тродвигателя или генератора до установившейся температуры при
полном отсутствии теплоотдачи (отрезок ОВ на рис. 162).
Когда локомотив движется на выбеге, при механическом торможе-
нии или во время стоянки при /д — 0, а следовательно, и = 0 вы-
деление тепла прекращается и происходит остывание обмотки. В этом
случае превышение температуры, °C,
т = т. е~,,т-
По приведенным формулам сравнительно сложно определить тем-
пературу. Поэтому расчеты облегчают, используя более простую при-
ближенную формулу, незначительно снижающую точность расчета, прт
условии, что отношение Л//Т <0,1:
t = tZA//T+t«(I— Д//Г), (237
где Д/ — интервал времени, мин, в течение которого по обмоткам идет иеиз
менный средний ток. Он должен удовлетворять условию выполнепи!
указанного соотношения Дг и Т.
24
При остывании
т т,(1 — М/Т).
(23Н)
Установившееся превышение температуры т^, и постоянная вре-
мени Т являются тепловыми параметрами данной обмотки тягового
электродвигателя или генератора. Их значения устанавливаются при
испытании электрических машин на стенде.
На рис. 163 показана зависимость установившегося превышения
температуры тю от тока /д, лимитирующей по нагреванию компенса-
ционной обмотки тягового электродвигателя ТЛ-2К электровоза
ВЛ 10. У этого электродвигателя, как и у некоторых других тяговых
электродвигателей электровозов, постоянная времени Т не зависит от
тока. На рис. 161 приведены тепловые характеристики тягового элект-
родвигателя А1.-4846еТ электровоза ЧС2, на рис. 165 — обмотки
якоря тягового электродвигателя НБ-418К электровозов ВЛ80 всех
индексов и на рис. 166 — |ягового электродвигателя AL-4412nP элект-
ровозов ЧС4Т и ЧС4.
Тепловые характеристики т^ (/д) и Т (/J тяговых электродвига-
телей ЭД-118, ЭД-107А и ЭД-107 тепловозов 2ТЭ116, 2ТЭ10В, 2ТЭ10Л,
ТЭПЮ приведены на рис. 167, тяговых электродвигателей ЭД-108 теп-
ловозов ТЭ1160 на рис. 168. На тепловозах ТЭЗ и ТЭ7 ограничиваю-
щим является температура обмоток главного генератора. Тепловые
характеристики их приведены на рис. 169.
Если локомотив или электропоезд отправляется со станции после
длительной стоянки (свыше 2 ч), начальное превышение температуры
т0 тяговых электродвигателей принимают равным 15 °C. Для меньших
стоянок его определяют расчетом на основании температуры в момент
прибытия из предыдущего рейса и ее снижения за время стоянки
по кривой охлаждения т (/). Значения Т на рис. 163—169 приведены
Рис. 163. Тепловые характеристи-
ки компенсационной обмотки тя-
гового электродвигателя ТЛ-2К
при (?,=95 м’/мин
для принудительного охлаждения тя-
говых электродвигателей. В случае
выключения мотор-вентилятора вели-
чину Т увеличивают в 3 раза (так
как теплоотдача при этом будет зна-
чительно меньше).
11ревышение температуры тягового
электродвигателя или генератора над
температурой наружного воздуха при
аналитическом методе рассчитывают
по формуле (237) следующим обра-
зом. Необходимые токи /д или /г оп-
ределяют при работе электроподвиж-
ного состава переменного тока и теп-
ловозов из графика /д (s) или /г (s), а
при работе электроподвижного соста-
ва постоянного тока пересчитывают
из тока электровоза, который берут
из графика /» (s). Для каждого рас-
чета берут токи в двух соседних точ-
246
Рис. 164. Тепловые характеристи-
ки тягового электродвигатели
AL-4846cT при Q»=120 м’/мин
Рис. 165. Тепловые характеристи-
ки обмотки якоря тягового элек-
тродвигателя НБ-418К при
Q,= 110 м’/мин
ЧОО 60S 100 1000 ПВО 14001Л, А
Рис. 166. Тепловые характеристи-
ки тягового электродвигателя
AL-4442nP при Q.—96 м’/мин
Рис. 167. Тепловые характеристи-
ки тяговых электродвигателей
ЭД-107, ЭД-107 А. ЭД-118 тепло-
возов 2ТЭН6, 2ТЭ10В, 2ТЭ10Л,
ТЭГИ 0
249
Рис. 168. Тепловые характеристи-
ки тягового электродвигателя
ЭД-108 тепловоза ТЭП60
6001000 П90 №00 ПВО ООО If,А
Рис. 169. Тепловые характеристи-
ки тягового генератора теплово-
зов ТЭЗ и ТЭ7
ках, между которыми на графике ток изменяется прямолинейно, на-
чиная со станции отправления. Изменяющийся на этом отрезке ток
заменяют неизменным по значению средним током /дср или /гер,
которые определяют по формулам, А:
при электроподвижном составе переменного тока или тепловозах
средний ток тягового электродвигателя
^дср = (/д1+/д1)/2
или средний ток генератора
Аг ср=('пт /р»)/2;
при электроподвижном составе постоянного тока средний ток тя-
гового электродвигателя
/д ср = А»! + '2а,
где а — число параллельных цепей тяговых электродвигателей.
Затем по тепловым характеристикам или кривым (/д) (см.
рис. 163—169) находят значения тепловых параметров тв и Т, а по
кривым / (s) определяют время, в течение которого проходил ток /дср
или /гср. Подставляя указанные величины в формулу (237), находят
превышение температуры тягового электродвигателя или генератора
для первого отрезка пути.
На втором отрезке кривой тока расчет превышения температуры
электродвигателя проводят аналогично, но за начальную температуру
т0 принимают превышение температуры т, которую он имел в конце
первого отрезка. Расчет превышений температур тягового электро-
двигателя или генератора на последующих участках выполняют та-
ким же порядком.
В том случае когда применяют кратную тягу грузовыми электро-
возами, второй, третий электровоз могут реализовать большую силу
тяги по сцеплению, чем первый, поскольку колеса идут по очищенным
250
первыми колесными парами рельсам. Поэтому на втором электровозе
можно применять более высокие позиции контроллера машиниста
(более высокое напряжение на тяговых электродвигателях) или более
высокие ступени ослабления возбуждения. При одинаковых позициях
контроллеров большие силы второго и третьего электровозов можно
реализовать за счет избыточного проскальзывания движущих колес
первого электровоза. Для учета более высоких нагрузок тяговых
электродвигателей второго, третьего электровозов при проверке их
на нагревание токи /я, взятые из кривых, умножают на коэффициент
К/д, равный 1,06 при трех четырехосных секциях (12 осей), 1,04 —
при двойной тяге и 1,02 — при тройной тяге.
При следовании локомотива без тока на выбеге или при использо-
вании автоматических тормозов превышение температуры на данном
участке определяют по формуле (238). В случае применения на электро-
подвижном составе рекуперативного или реостатного торможения рас-
чет выполняют обычным порядком, как и при следовании в тяговом
режиме.
Из полученных превышений температур тягового электродвигате-
ля или генератора выбирают наибольшую и затем приводят ее к рас-
четной температуре наружного воздуха. Если на локомотиве есть уст-
ройства снегозащиты, то влияние снижения количества продуваемого
воздуха оценивают соответствующим коэффициентом. Расчетное пре-
вышение температуры, °C,
тр=ткСз «Сцв, (239)
где <са — коэффициент сезона, принимаемый летом равным 1,0, а зимой — 1,1;
Кн, — коэффициент наружного воздуха, принимаемый из табл. 33.
Расчетную температуру наружного воздуха /вв определяют по
данным метеорологической станции как среднюю многолетнюю (не
менее пяти лет) по замерам в 7, 13 и 19 ч по местному времени:
где Г7, и — средняя температура наружного воздуха в 7, 13 и 19 ч.
По этой формуле расчетную температуру определяют отдельно для
летнего и зимнего периодов: в летний период по измерениям в июне,
июле и августе, если температура не меньше 4-15 °C, а в зимний пе-
риод — по измерениям в декабре, январе и феврале, если температура
не ниже нуля. В том случае, когда температура оказывается летом ме-
Таблица 33
Обмотки ТЯГОВОГО электродвигателя Значение коэффициента наружного воздуха кнв при расчет- ной температуре наружного поздуха »нв, °C
о > 10 IB 20 25 30 35
Полюсов 0,9 0,92 0,94 0,96 0,98 1 1.02 1,04
Якоря 0,94 0,95 0,96 0,98 0.99 1 1,01 1,02
251
Таблица 34
Ргжмм /дср. л А/, мин •с At Т . -- -С •со • т . А* •(-?>' т, ’С
Тяговый 1075 0,5 165 0.022 3,63 0.978 14.67 18,3
1025 0.4 152 0,017 2,58 0.983 17,99 20,6
980 0,3 140 0,013 1,82 0,987 20.33 22,2
960 0,6 137 0,026 3,56 0,974 21,62 25,2
950 1.8 132 0.078 10,30 0,922 23,22 33,5
940 0,8 130 0.035 4,55 0,965 32,35 36,9
1090 1,6 169 0.070 11,83 0,930 34.31 46,1
900 2,0 123 0,087 10,70 0,913 42,13 52,8
830 1,4 108 0.061 6,59 0,939 49,61 56,2
Выбег 0 2,1 0 0,091 0 0,909 45,09 45,1
Рекупера- 520 1,6 58 0,070 4,06 0,930 41,94 46,0
тинное тор- 800 2,2 103 0.096 9,89 0.904 41.58 51,5
моженне 760 1.9 96 0,083 7,97 0,917 47,20 55,2
нее +15 °C, а зимой ниже нуля, за расчетную температуру берут соот-
ветственно + 15 °C и нуль.
Если тепловоз работает на промежуточных (частичных) позициях
контроллера, то превышение температуры, приведенной по формуле
(239) к расчетной температуре наружного воздуха, умножают на ко-
эффициент ка, учитывающий уменьшение расхода охлаждающего воз-
духа. Коэффициент кп для позиций 1+й и 15-й равен 1,0; 12-й и
13-й—1,05; 11-й —1,08; 10-й — 1,15 и 9-й — 1,2.
Когда расчетное превышение температуры окажется выше допус-
тимого, необходимо принять меры к снижению температуры. Такими
мерами являются:
переход на электроподвижном составе с позиции ослабленного
возбуждения на полное (нормальное) возбуждение или на позиции ме-
нее глубокого ослабления возбуждения;
подталкивание поезда на лимитирующем перегоне или участке;
обслуживание участка более мощным локомотивом.
Если позволяют условия перевозок грузов и пассажиров, темпе-
ратуру можно также понизить, введя вынужденную остановку поезда
на промежуточной станции для охлаждения тяговых электродвигате-
лей или уменьшив массу поезда.
После выбора мероприятий, направленных на снижение темпера-
туры нагрева, следует еще раз провести расчет нагревания тяговых
электрических машин и убедиться, что их температура не превышает
допустимые нормы.
Пример. Определить превышение температуры обмоток тяговых электродви-
гателей НБ-418К электровоза ВЛ80₽ аналитическим методом при расчетной тем-
пературе окружающего воздуха в летний период =*+10 °C. Начальное пре-
вышение температуры двигателей примем т0 = 15 °C. Токи /д и время Д1 приведе-
ны в табл. 34.
Решение. Вначале тяговые электродвигатели работали с током /дСр =
«= 1075 А в течение 0,5 мин. Чтобы рассчитать превышение температуры обмотки
252
якоря электродвигателя над температурой окружающего воздуха за это время,
из рис. 165 находим: Т = 23 мин, при /дср = 1075 А 165 °C. Тогда
А/ / М X 0,5 / 0.5 \
т=т_—+то[ 1- — 1—165 —+ 15 I----------ГГН 18.3° С.
” Т \ Т 23 к 23 /
Аналогично рассчитываем т при последующем токе /аср = 1025 А. При этом
Т( будет равно 18,3°С— температуре т, полученной при первом расчете. Таким
образом рассчитываем т при остальных токах, причем, если электровоз следует
без тока, температуру определяем по формуле (238). В режиме рекуперативного
торможения температуру рассчитываем так же, как и в режиме тяги. Все расчеты •
сводим в табл. 34.
Наибольшее превышение температуры обмотки якоря тягового электродви-
гателя равно 56,2°С (см. табл. 34). При расчетной температуре наружного возду-
ха /Н| = +10°С из табл. 33 находим для обмотки якоря кяв = 0,96 (для летнего
периода кса — 1) и по формуле (239) определяем расчетное превышение темпера-
туры обмотки якоря
Тр = т КсвКнв = 56,2- 1-0,96 = 54°С.
Эта температура ниже допустимой для изоляции класса В (120°С).
74. Другие методы расчета нагревания
электрических машин
Метод определения т по сетке температурных кривых. Превышение
температуры обмоток тяговых электрических машин над температурой
наружного воздуха можно определить по графикам, показывающим
зависимость т от времени t при определенных значениях тока. Эти гра-
фики строят по результатам испытаний электрических машин на стенде.
При постоянной нагрузке измеряют температуры обмоток через опре-
деленные промежутки времени и наносят на график. Затем подобные
графики строят при других токах. На рис. 170 приведены кривые на-
гревания т (/) соответственно при токах /п /, и /s. В том случае, когда
нагретая машина будет работать с
током / = 0, ее температура бу-
дет уменьшаться по линии (/ = 0).
Если же машина длительное время
работала с большими перегрузками
и нагрелась, то при токе /г ее тем-
пература будет уменьшаться по за-
кону охлаждения (кривая, показы-
вающая снижение т при токе Л).
Кривые нагревания и охлажде-
ния при токе /, стремятся к уста-
новившемуся превышению темпе-
ратуры т.1. Аналогично кривые
нагревания и охлаждения при то-
ках /,и /, стремятся к установив-
шимся температурам соответствен-
Но т<»2 и тж>. Это объясняется тем,
нто при превышении температуры
Рис. 170. Кривые нагревания и ох-
лаждения тяговой электрической ма-
шины
253
обмоток над температурой воздуха, рав-
ном т^, все выделяемое в электрической
машине тепло отдается в окружающую
среду. При превышениях температур
т<та> в окружающую среду отдается
меньше тепла, и оставшаяся часть вызы-
вает повышение температуры обмотки
до т^. При т >тх в окружающую сре-
ду отдается больше тепла, чем выделяет-
ся в машине, поэтому машина охлаж-
дается и ее температура понижается
до т..
С увеличением тока / температура
также растет вследствие выделения боль-
шего количества тепла.
Если, например, тяговый электро-
двигатель или генератор, имеющий на-
чальное превышение температуры т0, ра-
ботал вначале со средним током /t в те-
чение времени то процесс нагревания
шел по отрезку /—2 линии т (/) при /,.
Точку 1 находят на кривой, соответст-
вующей току /, при т0. От нее вправо от-
кладывают время /| и проводят верти-
каль до пересечения с кривой т (/) в точ-
ке 2. Следовательно, превышение темпе-
ратуры после этого режима работы бу-
дет равно т>. В том случае, когда после
и охлаждения тягового элект-
родвигателя ЭД-107
работы с током /2 электрическая машина будет работать с током
/2 в течение времени превышение температуры определяют
следующим образом. Находят начальную точку 3 на кривой т (7)
при /2 и превышении температуры тх. Процесс увеличения т пой-
дет по отрезку линии 3—4 при и в течение времени t2 превышение
температуры возрастет до значения, определяемого точкой 4, и достиг-
нет т,. При последующей работе электрической машины с током /, в
течение времени t3 начальную точку находим на кривых при токе /а и
превышении температуры т2 (точка 5). Она оказалась на кривой ох-
лаждения, следовательно, т будет снижаться. Отложив от точки 5
вправо время t3 и проведя вертикаль, находят точку 6, а следователь-
но, и т — т3. На рис. 170 используемые части кривых т (Г) и напучен-
ные значения т выделены жирными линиями. Аналогично можно оп-
ределять превышения температур и далее. Если для данного среднего
тока нет кривой т (/), то положение точек определяют интерполя-
цией.
Полученное наибапьшее превышение температуры (в нашем случае
т3) приводят к расчетному превышению температуры, как указано в
Параграфе 73, и сравнивают с допустимым прсзышслизм температуры.
‘ На рис. 171 для примера приведены кривые нагревания и охлаж-
дения тяговых электродвигателей НБ-406 электровозов ВЛ8 и ВЛ23,
255
на рис. 172'—главного генератора тепловоза ТЭЗ и ТЭ7, на рис. 173—
тягового электродвигателя ЭД-107.
Метод среднего квадратичного тока используют для приближенных
расчетов. Он основан на предположении, что обмотки тяговых элект-
рических машин нагреваются только за счет электрических потерь,
которые зависят от квадрата тока. Средний квадратичный ток тяговой
машины за рейс или эффективный ток. А,
эф V 2Ы
где /Ср — средний ток электрической тяговой машины за время Д/, мин, ко»
торый можно взять из графика /д (s) или /г (s);
ХД/ — время работы локомотива за рейс, мни, включая время следования
в режимах тяги, выбега, торможения и время остановок и стоянок.
Если расчетный ток /9ф окажется меньше тока продолжительного
режима /» тяговой электрической машины, то машина не может на-
греться выше допустимых температур. Однако в этом методе не учиты-
ваются изменения токов тяговых электродвигателей или генераторов
при движении по различным элементам профиля пути, особенно по кру-
тым подъемам, где токи значительно превышают средние квадратичные
значения, неодинаковые условия теплоотдачи электрических машин и
неодинаковые температуры окружающего воздуха. Чтобы учесть эту
разницу в режимах, вводят поправочный коэффициент кэжП, равный
в среднем 1,15—1,25. Следовательно,
/»Ф /«•/*»□•
При соблюдении этого неравенства недопустимого превышения
температуры обмоток не будет, а в случае его невыполнения возможно,
что превышение температуры обмоток окажется выше допустимых
значений, указанных в табл. 32.
256
ГЛАВА 13
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
ЭЛЕКТРОПОДВИЖНЫМ СОСТАВОМ
И ТОПЛИВА ТЕПЛОВОЗАМИ
75. Энергетика движения поезда
Локомотивы совершают механическую работу, затрачиваемую на
передвижение поезда. Эту работу электроподвнжной состав выполняет,
используя электрическую энергию, получаемую от систем электро-
снабжения электрифицированной железной дороги, а тепловозы и
дизель-поезда — используя химическую энергию, заключенную в топ-
ливе. Получение механической работы локомотива сопровождается
неизбежными потерями энергии в тяговых электродвигателях, тяговых
передачах, преобразовательных установках и пускорегулирующих
устройствах, а на тепловозах — также в дизеле и тяговом генераторе
Механическая работа локомотива затрачивается на преодоле-
ние сил основного сопротивления движению, сил сопротивления дви-
жению в кривых участках пути, а также на повышение кинетической
и потенциальной энергии поезда. Сила основного сопротивления
движению 1ГО возрастает с увеличением скорости. Поэтому при сле-
довании поезда с повышенными скоростями локомотив должен совер-
шать большую механическую работу. Сопротивление движению от
кривых Wr мало изменяется с изменением скорости и в расчетах меха-
ническую работу по преодолению его принимают постоянной.
Кинетическая энергия Лк зависит от массы поезда и половины
квадрата скорости. Следовательно, кинетическая энергия перед от-
правлением поезда и после остановки на станции прибытия (при и = 0)
равна нулю и при энергетических расчетах по участку ее можно не
учитывать. При ускоренном движении локомотив должен совершать
большую работу, чем при движении с равномерной скоростью. В случае
снижения скорости запас кинетической энергии можно использовать
для движения поезда без затраты энергии.
Потенциальная энергия Лп поезда определяется его весом и вы-
сотой расположения Н. При движении поезда по подъему запас по-
тенциальной энергии возрастает, поэтому локомотив должен совер-
шать большую механическую работу, выражаемую дополнительной
силой сопротивления движению от подъема. Запасенная в поезде по-
тенциальная энергия может быть использована для совершения меха-
нической работы при движении поезда по спуску без затрат энергии,
а при ускоренном движении она, кроме того, частично переходит в
кинетическую энергию.
Если для поддержания постоянной скорости движения на спуске
ли для замедления движения поезда применяется механический или
реостатный тормоз, то часть запасенной потенциальной или кинети-
ческой энергии теряется в тормозах, несмотря на то, что в этот момент
257
Рис. 174. Кривая движения поез-
да v(s)
локомотив не потребляет энергию. Это
объясняется тем, что на создание запа-
са и потенциальной, н кинетической
энергии ранее была затрачена допол-
нительная механическая работа ло-
комотива, которая вызвала более вы-
сокий расход электрической энергии
или топлива.
Расход энергии на совершение ме-
ханической работы при движении
поезда по участку определяют как от-
ношение механической работы к среднему к. п. д. локомотива (так
называемому эксплуатационному к. п. д.).
На рис. 174 показана простейшая кривая v (s) при следовании поезда
по перегону Od. Часть пути ОЬ поезд проходит в режиме тяги с потреб-
лением электрической энергии или топлива, остальной путь — в ре-
жиме выбега и торможения. На отрезке Оа идет пуск и разгон поезда.
На отрезке ab локомотив работает на ходовых характеристиках, на
отрезке Ьс на выбеге и на отрезке cd — при торможении механичес-
кими тормозами.
В период пуска механическая работа локомотива затрачивается
на преодоление сил сопротивления движению и на создание запаса
кинетической энергии. Часть потребляемой электроэнергии при пуске
электроподвижного состава постоянного тока теряется в пусковом
реостате, а также в тяговых электродвигателях и передаче, а при пере-
менном токе — в тяговых электродвигателях, передаче и преобразо-
вательной установке. Часть энергии, заключенной в топливе тепло-
воза или дизель-поезда, теряется в дизеле и тяговой передаче. На от-
резке ab механическая работа затрачивается на преодоление сил со-
противления движению и на дальнейшее увеличение запаса кинети-
ческой энергии, так как скорость в точке b выше, чем в точке а. В точке
b начинается режим выбега, и поезд движется за счет запаса кинетичес-
кой энергии, который постепенно снижается. Если бы в точке с не бы-
ли включены тормоза, то движение на выбеге продолжалось бы без
затрат энергии и топлива за пределами отрезка cd. При включении ме-
ханических тормозов в точке с большая часть кинетической энергии
поезда теряется в тормозах, превращаясь в тепловую энергию, нагре-
вающую тормозные колодки, колеса и окружающий воздух, и только
часть ее используется для совершения работы по преодолению сил
сопротивления движению на отрезке cd.
76. Определение расхода электрической энергии
на движение поезда графоаналитическим методом
При расчете полного расхода электрической энергии, потребляе-
мой электроподвижным составом, ее подразделяют на отдельные
составляющие: энергия, расходуемая на движение поезда, собствен-
ные нужды, отопление пассажирских и почтово-багажных вагонов, а
258
также на маневровые передвижения по деповским и станционным пу-
тям. Расход электроэнергии на тягу поезда можно определить несколь-
кими способами.
Наиболее точно расход энергии на движение поезда определяют
по кривым тока и времени в функции пути графоаналитическим мето-
дом. Расход электрической энергии на тягу поезда при системе посто-
янного тока зависит от напряжения на токоприемнике (7С, тока /э и
времени движения с этим током Д<. На рис. 175 показаны кривые из-
менения скорости движения, тока и времени в зависимости от пути s.
При постоянном значении тока /э в течение времени Л/ расход электро-
энергии на тягу поезда
А-ив1,Л1.
Однако ток изменяется по линии 0"Г2" ...У. Этот изменяющийся
ток на каждом отрезке пути можно заменить средним по значению
током. Например, при изменении тока от (Г до Г средний ток /э1ср =
= (Го 4- /|)/2. Аналогично находят токи /э1ср, /яжр и т. д. Тогда:
Д^т1 — б'С1 /э1ср Л/,;
/э<ср AG и т. Д-
Проведя аналогичные расчеты и далее сложив результаты, полу-
чают расход электроэнергии на перегоне О А, Вт • мин, с учетом откло-
нений напряжения на токоприемнике от номинального
Ат =•ДЛТ14- ЛДТ1 -|-... = Uex /aicp AG + ^ <1 /э*ср . • •
В расчетах без учета колебаний напряжения Uc расход энергии
определяют по формуле
4T = l/c S (/»ср ЛО-
В связи с тем что расход электроэнергии на практике измеряют в
киловатт-часах, ток в тяговых расчетах приводят в амперах, напря-
Рис 175. Определение средних токов и времени для расчета расхода электро-
энергии
9» 259
жение — в вольтах и время в минутах, необходимо полученный рас-
ход электроэнергии поделить на 60 (перевод минут в часы) и на 1000
(перевод ватт-часов в киловатт-часы). Тогда расход электроэнергии,
кВт • ч, без учета колебаний напряжения
Uс (^эср А/)
60-1000
(241)
Рассмотрим расчет расхода электрической энергии на примере.
Пример. Определить расход электрической энергии на тягу поезда на осно-
вании кривых /э (s) и t (s) (см. рис. 155) при напряжении на токоприемнике
3000 В.
Решение. 1. Рассчитаем средние значения тока на каждом участке:
на участке / (О' — /')
, 685-г595 t
/э1ср=-----------=640 A; A/j = 0,5 мин;
на участке 2(Г — ?)
11904-1150
/8*ср=-----"------ =1170 A; Alt=0,4 мин;
на участке 3 (2"—3’)
23004-2230
/ээср=------—----- 2265 Л; Лг, -0,3 мин;
на участке 4 (3'—4')
22304-2170
1ягср ------"----- 2200 A; Al, 0,4 мин;
на участке 5 (4‘ —5')
21704-2140
Л>5ср =-----------=2155 А; Д/» = 0,4 мин и т. д.
Результаты расчетов сведены в табл. 35.
Таблица 35
Участок '□ср- А Д1. мин 1 эср д'- А-мин Участок 'эср- А At, мин 'аср Л(- А-мни
О’—г 640 0.5 320 12'—13' 1835 0,1 183,5
1"—2' 1170 0.4 468 13'—14' 1980 0.25 495
2"—3' 2265 0,3 680 14' —15' 2250 0,35 788
3'—4' 2200 0.4 880 15'-16’ 2600 0.45 1170
4’—5' 2155 0.4 862 16"—17’ 2470 0.5 1235
5'—6' 2055 0.15 308 17" — 18’ 2240 0.4 896
6'—7' 2270 0.15 340 18' —19' 2420 0,2 484
7"—8' 2470 0.2 494 19' —20' 2240 0,25 560
8"—9' 2600 0,2 520 20"—21' 2470 0,35 865
9' —10' 2250 0.25 562 21"—22' 2600 0.45 1170
10' —11' 1980 0.4 792.5 22'—23' 2250 0,5 1125
11’—12' 1835 0.15 275 23'—24' 1980 0,8 1587
Итого 8,1 17060
260
2. Расход электрической энергии оп-
ределяем по формуле (241), рассчитав
/,срЛ/ и просуммировав их. Подставив
значение 2 (/вер Л0 — 17 060 А мин в
формулу (241), получим расход энергии на
заданном перегоне
д б'с S (/дер А/)
т 60-1000 ~
3000-17 060
------------= 853
60-1000
кВт • ч.
Для электроподвижного состава
переменного тока расход электриче-
ской энергии на тягу поезда опреде-
ляют по активной составляющей пол-
ного тока которую определяют
из кривых !Лй (s). С учетом факти-
Рнс. 176. Зависимость коэффици-
ента формы кривой от напряже-
ния на токоприемнике
ческого напряжения на токоприемнике расход энергии Ат. кВт-ч,
“ (^'с ки 7rfacp А0
60-1000
(242)
где /rfacp — активная составляющая тока, средняя за время А/;
ис — среднее напряжение на токоприемнике за время А/;
Ку — коэффициент формы кривой напряжения при данном Uc, который
берут из графика рис. 176.
Если колебания напряжения невелики, их в расчетах не учитывают
и в соответствии с ПТР произведение UcKu берут равным 25 000 В.
При использовании рекуперативного торможения возвращенная
электроэнергия вычитается из полученного расхода электроэнергии.
Напряжение на токоприемнике в расчетах при рекуперации на по-
стоянном токе берут 3300 В, на переменном — 25 000 В.
77. Графическим метод определения расхода
электроэнергии
Графический метод позволяет определить расход электроэнергии
на движение поезда без построения кривой тока в зависимости от пути
с использованием кривой скорости и (s) и токовой характеристики
/» (v) или l4& (о). На рис. 177 в правой части приведена кривая v (s),
а в левой — кривая /» (и) Ток /а отложен в масштабе /, мм/А,
скорость — в масштабе т, .
Расход электроэнергии на элементе As, по которому поезд движет-
ся со средней скоростью оср, можно определить по формуле (241) или
(242), используя кривую движения u(s) и токовую характеристику
/э (у). Если отложить напученную энергию ЛАТ в масштабе р,
мм/ (Вт • ч), расход электроэнергии в пределах этого элемента будет
изменяться по прямой линии ab.
261
Необходимо выяснить, при каких условиях можно было бы постро-
ить линию ab чисто геометрически без проведения расчетов ДДТ. При
средней скорости иср электроподвнжной состав потребляет ток
(точка С). Если эту точку соединить с началом координат, то из полу-
ченного прямоугольного треугольника ОСВ можно определить tg 0':
СВ lKD I
tgfl'==— = --Р •
ОВ оср т
Умножив числитель и знаменатель на Uc и Д/, получают
/ж„ Uo Ml ДЛТI
tg В — р —-------------1---•
"ср l/с "ср mUc Д*
Направление искомой линии ab будет перпендикулярно к линии
ОС при равенстве углов 0 и 0'. Из треугольника abc
Ьс ДЛТ р
tg₽----------—
ас Му
гдо у — масштаб пути, мм/км.
Но Да — исрД/, тогда
ЛЛТ р
"ср Д'У
Приравняв tg 0 и tg 0', получим
Л.4Т р ДДу I
"ср Ь‘У
"ср Д^
ИЛИ
/
Р
(243)
У тис ’
где р, у, 1н т — выбираемые масштабы построения, а напряжение сети Uc при-
нимаем постоянным.
Для графического построения линии ab как перпендикуляра к ли-
нии ОС нужно выдержать масштабы построения из равенства (243) и
строить кривую расхода электроэнергии, пользуясь угольником и
линейкой. Поскольку масштабы у
и т берут из построений кривых
движения, можно выбирать мас-
штабы I или р. Если токовая ха-
рактеристика /а (v) уже построена
в масштабе /, то масштаб р,
мм/Вт ч, определяют из урав-
нения
Рис. 177. Графический метод по-
строения кривой расхода электро-
энергии
262
(244)
yi
Р mUc
Построение линии А т (а) по кри-
вым о (а) и /э (о) при движении че-
тырехосного электровоза с поездом
показано на рис. 178 (интервалы Av для укрупнения построения
завышены). Здесь у = 20 мм/км. т = 1 I = 0,025 мм/А, Uc=
= 3000 В. Тогда из равенства (244) масштаб
20-0,025
р---------=0,000165 мм/Вт-ч.
I -3000
Построение линии AT(s) ведут следующим образом. В интервале
скоростей Оч-Vj = 10 км/ч средняя скорость vcp = 5 км/ч и средний
ток Лер = 400 А (точка at). К точкам 0 и а, прикладывают линейку,
а к ней — угольник одной стороной прямого угла. Вторая сторона
покажет направление искомого луча из точки 0 в пределах первого
отрезка пути 0sx (отрезок 0а{). Ордината точки а{ соответствует рас-
ходу электроэнергии на отрезке 0$Р Затем находим точку аг, соответ-
ствующую средней скорости vcp = 15 км/ч и /эср = 800 А, и проводим
линию, перпендикулярную к 0аг (а( ai) и т. д. Ордината общего рас-
34
хода электроэнергии а< составила 34 мм, что соответствует 0 =
= 206 000 Вт • ч, или 206 кВт • ч.
Расход электроэнергии при движении под током все время возрас-
тает. При движении без тока линия Ат ($) должна быть горизонталь-
ной. В случае применения рекуперации токовые характеристики сле-
дует наносить правее оси v в системе координат /э и и. Тогда перпен-
дикуляр к линии, соединяющей точку 0 с точкой на кривой тока ре-
куперации, будет направлен под углом вниз, что соответствует умень-
шению расхода электроэнергии на тягу поезда.
78. Определение расхода электрической энергии
аналитическим методом
Определение расхода электрической энергии на движение поезда
рассмотренными выше способами требует затраты большого количества
времени на построение кривых скорости, времени и тока (или электро-
263
энергии). Для ориентировочных расчетов используют аналитический
способ, основанный на определении составляющих расхода электро-
энергии на движение поезда, без построения указанных кривых.
Электрическая энергия, затрачиваемая на движение поезда, рас-
ходуется на преодоление сил основного и дополнительного сопротив-
лений движению, а часть ее теряется в тормозах, тяговых электродви-
гателях, передаче, преобразователях, в пусковом реостате электро-
подвижного состава постоянного тока. Расчет каждой из этих состав-
ляющих расхода электроэнергии аналитическим методом выполняют
следующим образом.
Энергия, расходуемая на преодоление сил сопротивления движе-
нии», Aw. Эта энергия равна работе, определяемой как произведение
силы на путь. Силы основного и дополнительного сопротивлений дви-
жению поезда на каждом элементе профиля пути равны, Н, mg (wa 4- i).
Работа, Дж, на перегоне или участке равна сумме работ, совершаемых
на каждом элементе:
1000/ngS (w0 + ii)si, (245)
где ij — приведенный уклон каждого элемента профиля пути, а/в0;
S/ — длина каждого элемента, км;
1000 — переводной коэффициент километров в метры.
С изменением скорости силы основного сопротивления движению
изменяются в сравнительно небольших пределах и для ориентиро-
вочных расчетов могут быть взяты при средней скорости движения
(для наших поездов около 50—60 км/ч). Элементы профиля пути
(подъемы и спуски) можно заменить одним эквивалентным уклоном,
при движении по которому будет затрачено столько же энергии, сколь-
ко и по действительному профилю.
Эквивалентный уклон, %0,
, 1000 (Нк На) - S (»gp Wocp) S„p 4- (и'кр 5|<р) _ „
<• =• ----------------------------------------,
где Нк — Нн — разница высот конечного и начального пунктов над уровнем
моря, м;
|вр — вредные спуски, %,, на которых I > w0K П1ах при наибольшей
допустимой скорости движения. При движении по такому спус-
ку на выбеге скорость возрастает и приходится включать тор-
моза;
авр — длина вредного спуска, м;
»кр — удельное дополнительное сопротивление движению от кривой,
Н/кН или ®/0#;
sKp — Длина кривой, м;
s — длина участка, м.
При переходе к ia уравнение (245) примет вид
(ц'(1ср (247)
Потери энергии в тормозах. Основная часть кинетической энергии,
запасенной в поезде перед торможением lOOOrn (1 4- y)vJ/2, теряется
в тормозах, а часть используется для совершения работы по преодоле-
нию сил сопротивления движению.
264
Оедовательно, потери энергии в тормозах, Дж, при каждом тор-
можении
1000m (l-f-Y)p*
ДЛг -----о ---------"1Г(«*»т+<г)*г. (24Я)
2-3,6-
где <и(1+у) — приведенная масса поезда, т;
ст — скорость начала торможения, км/ч;
1/3,6 — переводной коэффициент километров в час в метры в секунду;
ui,T— удельное основное сопротивление движению при торможении,
Н/'кН;
Sf — тормозной путь, м.
Если принять движение поезда при торможении равнозамедленным
с замедлением а,, м/с’, то проходимый путь, м,
4
$1 2<»т-3,6*
Тогда потери энергии в тормозах при одной остановке поезда, Дж,
Л4Т ТТТ^1000»1 1 Y)-«(»ut+M/»tI (2«)
2-3,6-
Энергия, Дж, затраченная на преодоление сил сопротивления дви-
жению, в сумме с потерями энергии в тормозах равна механической
работе тяговых электродвигателей:
4, ; Л.4Т. (250)
Потери энергии в тяговых электродвигателях и преобразователях.
Механическая работа, совершенная тяговыми электродвигателями,
равна Лм. Из сети при этом берется энергия, равная Лм.т]ср, где т)ср
средний к. п. д. электроподвижного состава с учетом потерь в тяго-
вом электродвигателе, передаче и преобразовательной установке
(принимают на 1 1,5% ниже максимального значения).
Потери энергии, Дж, в тяговых электродвигателях, передаче и
преобразовател я х
-4м/т)ср- -4м- (251)
Потери энергии при пуске. Потерн мощности в пусковом реостате
равны произведению электромагнитной мощности тяговых электродви-
гателей и коэффициента пусковых потерь ка (см. параграф 22). Если
пренебречь механическими и магнитными потерями в тяговых электро-
двигателях и потерями в передаче, то электромагнитная мощность бу-
дет равна механической мощности, развиваемой на ободах колесных
пар. В период пуска энергия .4и расходуется на преодоление сил со-
противления движению на участке пуска su и на накопление запаса
кинетической энергии
1000m (1 f y)v’
Л“-------Гз~6»--- '
265
Если принять движение равноускоренным с ускорением ап, полу-
чают 50 • 3,6*).
С учетом этого потери энергии, Дж, при каждом пуске
те» к„
--7T7J-1‘««(H-Y)4-. (252)
Электрическую энергию в ватт-часах, которую нужно затратить на
движение поезда, определяют как сумму составляющих [формулы (247),
(249), (251) и (252)[. Полученные значения в джоулях можно перевес-
ти в ватт-часы, умножив число джоулей на переводной коэффициент
1/36(Х) 2,78 • 10-* (1 Дж 2.78 • 10 » Вт ч 2,78 • I0-’ кВт ч).
Рассмотренным методом определяют ориентировочный расход элект-
роэнергии, например при намечаемой электрификации участка, задава-
ясь средними ускорениями при разгоне и замедлениями при тормо-
жении, средними значениями сил сопротивления движению, средними
скоростями начала торможения и конца пуска, средним к. п. д., элект-
роподвижного состава при заданном эквивалентном уклоне без по-
строения кривых движения. Вследствие этого затраты времени на
расчет значительно снижаются по сравнению с другими методами.
79. Полный расход электрической энергии
Дтя определения полного расхода электроэнергии к расходу энер-
гии на движение поезда прибавляют расход энергии на собственные
нужды, отопление пассажирских вагонов, движение по деповским пу-
тям и маневровые работы. Расход электроэнергии на собственные нуж-
ды 4СИ складывается из энергии, необходимой для работы вспомога-
тельных машин питания цепей управления, освещения и отопления
электроподвижного состава. Его определяют по средней потребляемой
мощности или току и полному времени работы этого оборудования.
Средний расход электроэнергии одним электровозом на вспомогатель-
ные машины в течение 1 мин и потребляемые ими токи приведены
в ПТР. Для некоторых серий электровозов эти данные следующие:
Серия электровозя Потребля- емая вс по мигатель- ными ма- Ток. пот- ребляемый нсломога- те л иным и машинами. А Серия электрофон Потреби я смая вспо- могатель- ными ма- шинами энергия за 1 мин. кВт-ч/мин Ток. пот- ребляемый вспомога- тельными машинами. А
энергии ЗЙ 1 мни. кВт- Ч/МИН
ВЛ 10. ВЛ 10», 2.08 42 ВЛ80- 4.83 14
ВЛ 11 ВЛ60». ВЛ60" 3.33 10
ВЛ8 1.67 33 ВЛ60"«
ВЛ22- 0.83 17 ЧС2’ 1,33 27
ВЛ82-. ВЛ82 4, 17 12 ЧС2 1.17 23
ВЛ 80е. В Л 80’ 5.5 16 ЧС4’ 2,33 7
ВЛ 80” 5,83 18 ЧС4 2.0 6
266
Таблица 36
Серия электропоезда или тип вагонл Вспомогательные МИШИНЫ Освещение Отопление
Расход энергии в 1 мин. кВт-я/мни Ток, А Расход энергии и 1 инн. кВт-ч/мим Ток, А Расход энергии п 1 мни. кВТ’Ч/МНН Ток. А
Электропоезда ЭР2. ЭР1 (10 вагонок) 0.58 12 0.3 6 2.92 58
Электропоезда ЭР22В. ЭР22 (8 вагонов) 1,25 25 0,37 9 3.2 64
Электропоезда ЭР9М, ЭР9П, ЭР9 (10 вагонов) 1.08 3 0.3 1 2,92 7
Пассажирский вагон — — — — 0.8 16/2
Почтово-багажный ва гон — — — — 0.4 8/1
В отопительный сезон, кроме того, необходимо учитывать дополни-
тельный расход электроэнергии на отопление исходя из полного вре-
мени работы электровоза и мощности 4—8 кВт на электровоз. Расход
электрической энергии на отопление пассажирских и почтово-багажных
вагонов в 1 мин и потребляемые токи приведены в табл. 36 (в числите-
ле указан ток при Ue - 3000 В, в знаменателе при Uc — 25 кВ).
В расчетах расхода энергии на собственные нужды принимают его не
зависящим от напряжения.
Расход электроэнергии на вспомогательные машины, освещение,
а в отопительный сезон и на отопление электропоездов принимают ис-
ходя из полного времени их работы при средней потребляемой мощно
сти. В табл. 36 приведены значения энергии и токов, потребляемых
вспомогательными машинами, идущих на освещение и отопление неко
торых серий электропоездов.
Для предварительных расчетов можно принять расход электроэнер-
гии на собственные нужды в размере 3% расхода электроэнергии на
движение поезда для электровозов и электропоездов переменного
тока и 2% для электровозов и электропоездов постоянного тока.
Расход электроэнергии на движение электроподвижного соста-
ва по деповским путям и при маневровой работе Дмн определяют по
опытным данным. Если опытные данные отсутствуют, а также в случае
проектирования новых линий или ориентировочных расчетов для дей-
ствующих линий расход энергии рекомендуется определять на осно-
вании следующих данных:
а) при движении по деповским путям — по числу выдаваемых на
линию в сутки электровозов или электропоездов, принимая расход
энергии на каждый электровоз ВЛ10, ВЛ10*, ВЛ8, 402*. ЧС2 по 20—
30 кВт • ч; ВЛ11, ЧС4Т, ЧС4, ВЛ60“, ВЛ60₽, ВЛ60'« по 30 45 кВт-ч;
ВЛ80 , ВЛ80т, ВЛ80*, ВЛ80₽, ВЛ82- по 45 60 кВт • ч; ВЛ22-,
267
ВЛ23 по 10—15 кВт • ч и на каждый электропоезд ЭР1, ЭР2, ЭР22М
ЭР22, ЭР9П, ЭР9М, ЭР9 по 30-50 кВт • ч;
6) при маневровой работе в депо исходя из ежесуточного расхода,
принимая расход энергии на каждый инвентарный электровоз ВЛ 10,
БЛЮ*, ВЛП, ВЛ8, ВЛ22", ВЛ23, ЧС2*. ЧС2, ЧС4Т, ЧС4 по 5—
10 кВт • ч; ВЛ80<\ ВЛ80Л ВЛ80\ ВЛ«0₽, ВЛ60*, ВЛ60₽, ВЛбО™ по
15— 30 кВт • ч и на каждый электропоезд ЭР 1, ЭР2, ЭР22В, ЭР9М,
ЭР9П, ЭР9 по 15—30 кВт • ч;
в) при маневровой работе с вагонами на станции исходя из времени
маневров, принимая среднюю развиваемую мощность электровоза
постоянного тока 100 кВт. переменного тока — 200 кВт. В этих дан-
ных учтены расход электроэнергии на передвижение и собственные
нужды электровоза. Расход энергии на деповских путях и при манев-
ровой работе принимают не зависящим от уровня напряжения.
Полный расход электроэнергии, потребляемой электровозами и
электропоездами при движении с поездами, кВт • ч,
4 —(253)
и с учетом расхода на маневровую работу Лм
Л' = Лт-}- Лсн -)• Лм.
Полный расход электроэнергии, отнесенный к шинам переменно-
го трехфазного тока (т. е. на первичной стороне тяговой подстанции),
кВт-ч,
*4тп = Л / (Т)кс т)тп). (254)
где Пкс — *. п- Д- контактной гетч, принимаемый равным 0,9—0,92 при систе-
ме постоянного и 0,93—0,95 переменного тока;
т)тп — к. п. д. тяговой подстанции, принимаемый равным 0,92—0,94 при
системе постоянного и 0,96—0,97 переменного тока.
Удельным расходом электроэнергии на движение поезда называют
расход электроэнергии, отнесенный к единице перевозочной работы —
к 1 т массы состава и пройденному расстоянию в 1 км. Его определяют
по формуле, Вт-чУ(т-км).
1000ЛТ
mc L
(255)
где Лт— расход электроэнергии на тягу поезда, кЗт-ч;
тс — масса состава, т;
L — длина участка, км.
С учетом собственных нужд удельный расход электрической энер-
гии, Вт-ч/(ткм),
1000Лт 1000ЛСН icon , . ,
=---------+-------;----------- (Лт г Лси)
тс L m^L m<. L
(256)
268
Удельный расход энергии принято также измерять в кВт-ч на изме-
ритель 10* т-км. При этом используют переводной коэффициент
, Вт-ч 10 000 кВт-ч , кВт-ч
I--------------------10 —:---------
т-км 1000 10* т-км 10* т-км
Пример. Определить удельный расход энергии с учетом собственных нужд
для электровоза ВЛ 10 с составом тс = 5000 т на участке длиной /. “ 10 км (см.
рис. 175).
Решение. Из примера, рассмотренного в параграфе 76, Ат = 853 кВт-ч.
Время движения поезда по участку (см. рис. 155) At - II мин. Примем расход
электроэнергии на собственные нужды исходя из расхода 2,08 кВт-ч/мин (см
с. 267).
Тогда
= 2,08-11 = 22,9 кВт-ч.
Удельный расход энергии по формуле (256)
, 1000(Лт Мс„) 1000(853 ( 22.9) Вт-ч кВт-ч
а' —-------------—---------------- 17,5------= 175—------- •
/пс/. 5000-Ю т-км 10*т-км
В зависимости от условий движения удельный расход электриче-
ской энергии колеблется в широких пределах. Обычно в грузовом
движении он составляет 10—20 Вт-ч/(т-км), в пассажирском движе-
нии за счет более высоких скоростей удельный расход энергии дальше,
чем в грузовом,—20—30 Вт-ч/(т-км). В пригородном движении
вследствие потерь при частых пусках и торможении удельный рас-
ход энергии электропоездами имеет еще большие значения — 30—
40 Вт-ч/(т-км). При работе сверхскоростных поездов (со скоростями
до 200 км/ч) удельный расход энергии наибольший — до 60—80
Вт-ч/(т-км).
80. Взаимодействие электроподвижного состава
и системы электроснабжения
Движение поездов разных масс по участку, имеющему различные
уклоны с изменяющимися скоростями и потребляемыми токами, со-
провождается непрерывными изменениями падения напряжения в си-
стеме электроснабжения. Связанные с этим изменения напряжения
в контактной сети и на токоприемниках электроподвижного состава
вызывают изменения условий работы тяговых электродвигателей и
вспомогательных машин. Наибольшее падение напряжения в тяговой
сети бывает в точке наибатьшего удаления оттяговых подстанций при
потреблении электроподвижным составом больших токов и нахожде-
нии на участке нескольких поездов.
При пониженном напряжении скорость движения поезда на одних
и тех же позициях контроллера уменьшается, вследствие чего увели-
чиваются перегонные времена хода и время работы тяговых электро-
двигателей, которое может привести к повышенному нагреву обмоток.
Для поддержания нужной скорости машинист можег включить более
глубокое ослабление возбуждения, однако при этом тяговые электро-
269
двигатели потребляют большие токи, которые вызывают повышенный
нагрев обмоток. На электровозах постоянного тока при пониженном
напряжении на токоприемнике уменьшается частота вращения мотор-
вентилятора и ухудшаются условия охлаждения тяговых электродви-
гателей.
Все это может привести к недопустимому превышению температуры
обмоток тяговых электродвигателей, особенно при работе с поездами
большой массы.
Низкий уровень напряжения может вызвать недостаточный раз-
гон поезда перед подъемом и создать меньший запас кинетической
энергии, вследствие чего скорость движения на подъеме заметно сни-
зится, а это при неблагоприятных условиях может привести к останов-
ке поезда на подъеме. На дорогах имеются так называемые лимити-
рующие перегоны, на прохождение которых затрачивается больше вре-
мени, чем на соседних. Потеря скорости на таком перегоне приводит
к снижению пропускной способности участка.
Если пониженное напряжение в контактной сети имеет кратковре-
менный характер, то расчеты проводят или с учетом колебаний напря-
жения, или принимают номинальное напряжение. В случае постоян-
ного пониженного напряжения в контактной сети с разрешения МПС
его учитывают в расчетах. При этом перестраивают тяговые и токовые
характеристики; для этого пересчитывают скорости движения по фор-
муле
где уп — скорость при пониженном напряжении, км/ч;
UCn — уровень пониженного напряжения, В.
Линии ограничения силы тяги по сцеплению на тяговых характе-
ристиках остаются без изменения, поэтому при меньшей расчетной
скорости расчетная сила тяги получается больше. Значения токов на
токовых характеристиках определяют с учетом увеличенной расчет-
ной силы тяги. Значения сил тяги при ограничении по току на всех
характеристиках не изменяются.
Работа электроподвижного состава на линии усложняется из-за
резких колебаний напряжения. Скачкообразное повышение напряже-
ния на токоприемнике может привести к увеличению продольных сил
в поезде, пробоксовкам колесных пар или срабатыванию защиты.
Для уменьшения падения напряжения в контактной сети необ-
ходимо снижать расстояния между тяговыми подстанциями, увели-
чивать площадь сечения проводов контактной сети при системе по-
стоянного тока или вводить компенсацию реактивной мощности при
системе переменного тока. Все эти меры требуют больших капитальных
и материальных затрат. В некоторых пределах уменьшить падение
напряжения в контактной сети можно правильной организацией дви-
жения поездов за счет более равномерной нагрузки сети. Если отправ-
ление поездов большой массы чередуется с отправлением поездов уста-
новленной массы и пассажирских, то создается более равномерная на-
грузка контактной сети и уменьшаются колебания напряжения в ней.
270
Применение рекуперативного торможения является большим ре-
зервом использования преимуществ электрической тяги. Оно позволя-
ет экономить электрическую энергию, снижать расход тормозных коло-
док и износ бандажей, плавно вести поезд, а при системе постоянного
тока повысить напряжение в контактной сети.
S1. Расход топлива тепловозами и дизель-поездами
При работе тепловоза или дизель-поезда энергия, заключенная
в топливе, расходуется на совершение работы по преодолению сил ос-
новного и дополнительного сопротивлений, на покрытие потерь в тор-
мозах, дизель-генера горной установке и передаче и на собственные
нужды. При расчетах отдельно выделяют расход топлива на стоянках
с включенным дизелем и на передвижение по станционным и депов-
ским путям. Массу топлива, расходуемого на движение поезда с уче-
том собственных нужд, определяют экспериментально для каждой се-
рии тепловозов или дизель-поездов исходя из времени работы дизеля
в режиме тяги на различных положениях рукоятки контразлера ма-
шиниста с потреблением различного количества топлива и времени
работы дизеля на холостом ходу.
На рис. 179 приведены кривые расхода топлива в режиме тяги
тепловозов 2ТЭ10В и 2ТЭ10Л. Из него видно, что расход топлива на
каждом положении рукоятки контратлера в широком диапазоне ско-
ростей изменяется в небольших пределах. С изменением наложения
Рис. 179. Кривые расхода топлива в режиме тяги тепловозами 2ТЭ10В и
2ТЭ10Л (на один дизель)
271
Рис. 180. Кривые расхода топли-
ва в режиме тяги тепловозом
2ТЭ116 на 15-м положении руко-
ятки контроллера
5 а го 60 То wo гго
Рнс. 181. Кривые расхода топлива в режи-
ме тяги тепловозом ТЭП60 на 15-м пато-
женин рукоятки контроллера
рукоятки контроллера, а следовательно, и частоты вращения коленча-
того вала дизеля изменяется и расход топлива. График для определе-
ния расхода топлива тепловозом 2ТЭ116 на 15-м положении рукоятки
приведен на рис. 180, а тепловозом ТЭП60 — на рис. 181. На рис. 180
значения в числителе даны для одной секции; в знаменателе — для
двух.
Массу топлива, расходуемого в I мин на холостом ходу, для каж-
дого типа дизеля берут из графиков в зависимости от частоты враще-
ния вала дизеля. На рис. 182 приведены для примера кривые g* (пл)
для тепловозов 2ТЭ10В, 2ТЭ10Л, ТЭ10 и др. с дизелем 10Д100.
Режимы работы дизелей на стоянках, учитывающие специфику мест-
ных условий, устанавливают распоряжением по дороге. Если таких
распоряжений на дороге нет. то расход топлива берут по данным
табл. 37.
В случае применения другого числа секций расход топлива нужно
соответственно изменить.
Таблица 37
Серия тепловоза । । Частота пр л щей ия коленчатого пала пл. об/мкн Удельный расход топлива при работе на холостом ходу gn, кг/мин
одним дизелем теплоно«ом или ди.я ель-пост л ом
2ТЭ10В, 2ТЭ10Л, 2ТЭ10 400 0.38 0,76
2ТЭ116 350 0.25 0,50
М62 400 0,42 0.42
ТЭЗ, ТЭ7 400 0.35 0,70
ТЭП60 400 0,50 0,50
ЧМЭЗ 350 0.15 0,15
ДР1 700 0,14 0,28
272
По известным расходам топлива в одну минуту определяют расход
топлива тепловозом или дизель-поездом, кг.
Е — G\ Mt Gj 4' • • • 4*Sx lx — —6’i Mj gi ,
(258)
где E — масса топлива, расходуемая на передвижение состава, кг;
Go Gs, Gi — масса топлива, расходуемая тепловозом или дизель-поездом
при средней скорости движения на данной позиции контроллера
машиниста в одну минуту, кг/мин;
Д/1( А/,, М) — время работы дизеля на дайной средней скорости, мин;
цх — масса топлива, расходуемого тепловозом или дизель-поездом
па холостом ходу в одну минуту, кг/мин;
Zx — время хода по участку на холостом ходу и время стоянок, мин.
Расход топлива при следовании одиночных тепловозов по стан-
ционным и деповским путям в режиме тяги определяют для движения
на первой ездовой позиции контроллера машиниста со скоростью 10—
15 км/ч. При этих условиях расход топлива принимают равным для
тепловозов, кг/мин:
2ТЭ10В. 2ТЭ10Л. 2ТЭ10, ТЭ10, ТЭП10 . . .0.5
2ТЭП6, ТЭП60, 2ТЭП60, ТЭП70..................I
ТЭЗ. ТЭ7.....................................0,6
Для тепловозов остальных серий, а также дизель-поездов удель-
ный расход топлива берут равным 0,3 кг/мин.
Потребляемое вспомогательными силовыми установками днзель-
поездов ДР1 топливо определяют по средней потребляемой мощности
агрегатов, обслуживаемых этими установками, и полному времени
работы установки. В среднем расход топлива на одну установку ди-
зель- поезда ДР 1 составляет 0,18 кг/мин, а на дизель-поезд, имеющий
две такие установки, — 0,36 кг/мин.
Используя приведенные данные, формулы, таблицы и кривые, оп-
ределяют расход топлива для тепловоза или дизель-поезд а при их
работе на линии.
Для сравнения расхода топлива различными тепловозами исполь-
зуют удельный расход топлива на измеритель выполненной перево-
зочной работы 104 т-км
где е — удельный расход топлива,
кг/(10* т-км);
Е — расход топлина на перемещение
поезда, кг;
те — масса состава, т;
L — длина участка, км.
Для сравнения различных ви-
дов и сортов топлива, имеющих
разную теплоту сгорания пользуют-
ся так называемым условным топ-
ливом, имеющим удельное количе-
ство теплоты горения 29,3 МДж/кг.
(259)
Рнс. 182. Расход топлива одним ди-
зелем на холостом ходу тепловозов
2ТЭ10В, 2ТЭ10Л, ТЭ10, ’ТЭПЮ:
/ — вентилятор «ключей на вторую сту-
пень; 2 — вентилятор включен на первую
ступень; 3 — вентилятор выключен
273
двигатели потребляют большие токи, которые вызывают повышенный
нагрев обмоток. На электровозах постоянного тока при пониженном
напряжении на токоприемнике уменьшается частота вращения мотор-
вентилятора и ухудшаются условия охлаждения тяговых электродви-
гателей.
Все это может привести к недопустимому превышению температуры
обмоток тяговых электродвигателей, особенно при работе с поездами
большой массы.
Низкий уровень напряжения может вызвать недостаточный раз-
гон поезда перед подъемом и создать меньший запас кинетической
энергии, вследствие чего скорость движения на подъеме заметно сни-
зится, а это при неблагоприятных условиях может привести к останов-
ке поезда на подъеме. На дорогах имеются так называемые лимити-
рующие перегоны, на прохождение которых затрачивается больше вре-
мени, чем на соседних. Потеря скорости на таком перегоне приводит
к снижению пропускной способности участка.
Если пониженное напряжение в контактной сети имеет кратковре-
менный характер, то расчеты проводят или с учетом колебаний напря-
жения, или принимают номинальное напряжение. В случае постоян-
ного пониженного напряжения в контактной сети с разрешения МПС
его учитывают в расчетах. При этом перестраивают тяговые и токовые
характеристики; для этого пересчитывают скорости движения по фор-
муле
где еп — скорость при пониженном напряжении, км/ч;
Uc„ — уровень пониженного напряжения, В.
Линии ограничения силы тяги по сцеплению на тяговых характе-
ристиках остаются без изменения, поэтому при меньшей расчетной
скорости расчетная сила тяги получается больше. Значения токов на
токовых характеристиках определяют с учетом увеличенной расчет-
ной силы тяги. Значения сил тяги при ограничении по току на всех
характеристиках не изменяются.
Работа электроподвижного состава на линии усложняется из-за
резких колебаний напряжения. Скачкообразное повышение напряже-
ния на токоприемнике может привести к увеличению продольных сил
в поезде, пробоксовкам колесных пар или срабатыванию защиты.
Для уменьшения падения напряжения в контактной сети необ-
ходимо снижать расстояния между тяговыми подстанциями, увели-
чивать площадь сечения проводов контактной сети при системе по-
стоянного тока или вводить компенсацию реактивной мощности при
системе переменного тока. Все эти меры требуют больших капитальных
и материальных затрат. В некоторых пределах уменьшить падение
напряжения в контактной сети можно правильной организацией дви-
жения поездов за счет более равномерной нагрузки сети. Если отправ-
ление поездов большой массы чередуется с отправлением поездов уста-
новленной массы и пассажирских, то создается более равномерная на-
грузка контактной сети и уменьшаются колебания напряжения в ней.
270
Применение рекуперативного торможения является большим ре-
зервом использования преимуществ электрической тяги. Оно позволя-
ет экономить электрическую энергию, снижать расход тормозных коло-
док и износ бандажей, плавно вести поезд, а при системе постоянного
тока повысить напряжение в контактной сети.
81. Расход топлива тепловозами и дизель-поездами
При работе тепловоза или дизель-поезда энергия, заключенная
в топливе, расходуется на совершение работы по преодолению сил ос-
новного и дополнительного сопротивлений, на покрытие потерь в тор-
мозах, днзель-генераторной установке и передаче и на собственные
нужды. При расчетах отдельно выделяют расход топлива на стоянках
с включенным дизелем и на передвижение по станционным и депов-
ским путям. Массу топлива, расходуемого на движение поезда с уче-
том собственных нужд, определяют экспериментально для каждой се-
рии тепловозов или дизель-поездов исходя из времени работы дизеля
в режиме тяги на различных положениях рукоятки контроллера ма-
шиниста с потреблением различного количества топлива и времени
работы дизеля на холостом ходу.
На рис. 179 приведены кривые расхода топлива в режиме тяги
тепловозов 2ТЭ10В и 2ТЭ10Л. Из него видно, что расход топлива на
каждом положении рукоятки контроллера в широком диапазоне ско-
ростей изменяется в небольших пределах. С изменением положения
Рис. 179. Кривые расхода топлива в режиме тяги тепловозами 2ТЭ10В и
2ТЭ10Л (на один дизель)
271
Рис. 180. Кривые расхода топли
ва в режиме тяги тепловозом
2ТЭ116 на 15-м положении руко-
ятки контроллера
®-с OBI на 08
• »-сОВ1 на 082
• -С08? на 08!
О 20 *0 60 80 ЮО 120
Рис. 181. Кривые расхода топлива в режи
ме тяги тепловозом ТЭПСО на 15 м поло
женин рукоятки контроллера
рукоятки контроллера, а следовательно, и частоты вращения коленча-
того вала дизеля изменяется и расход топлива. График для определе-
ния расхода топлива тепловозом 2ТЭ116 на 15-м положении рукоятки
приведен на рис. 180, а тепловозом ТЭП60 на рис. 181. На рис. 180
значения в числителе даны для одной секции; в знаменателе — для
двух.
Массу топлива, расходуемого в 1 мин на холостом ходу, для каж-
дого типа дизеля берут из графиков в зависимости от частоты враще-
ния вала дизеля. На рис. 182 приведены для примера кривые (пл)
для тепловозов 2ТЭ10В, 2ТЭ10Л, ТЭ10 и др. с дизелем 10Д100.
Режимы работы дизелей на стоянках, учитывающие специфику мест-
ных условий, устанавливают распоряжением по дороге. Если таких
распоряжений на дороге нет, то расход топлива берут по данным
табл. 37.
В случае применения другого числа секций расход топлива нужно
соответственно изменить.
Таблица 37
Сория тепловоза или дшель-поетда Частота вращения коленчатого пала Па, об/мин Удельный расход топлива при работе на холостом ходу gt. кг/мии
одним дизелем тспливоюм или дизель- поездом
2ТЭ10В. 2ТЭ10Л, 2ТЭ10 400 0,38 0,76
2ТЭ116 350 0,25 0,50
М62 400 0,42 0,42
ТЭЗ, ТЭ7 400 0,35 0,70
ТЭП60 400 0,50 0,50
чмэз 350 0.15 0,15
ДР1 700 0,14 0,28
272
По известным расходам топлива в одну минуту определяют расход
топлива тепловозом или дизель-поездом, кг,
£ 6|Д/1 + О11Л/,-Н.-+£х^=2<оЛ'( + £х'х. (258)
где £ — масса топлива, расходуемая на передвижение состава, кг;
бь G„, G, — масса топлива, расходуемая тепловозом или дизель-поездом
при средней скорости движения на данной позиции контроллера
машиниста в одну минуту, кг/мии;
Д(ь Л/,, Л// — время работы дизеля на данной средней скорости, мин;
/?х — масса топлива, расходуемого тепловозом или дизель-поездом
на холостом ходу в одну минуту, кпмин;
/х — время хода по участку на холостом ходу и время стоянок, мин.
Расход топлива при следовании одиночных тепловозов по стан-
ционным и деповским путям в режиме тяги определяют для движения
на первой ездовой позиции контразлера машиниста со скоростью 10—
15 км/ч. При этих условиях расход топлива принимают равным для
тепловозов, кг/мин:
2ТЭ10В, 2ТЭ10Л. 2ТЭ10, ТЭЮ, ТЭП10 . . .0,5
2ТЭ116, ТЭП60, 2ТЭП60, ТЭП70 ..... 1
ТЭЗ, ТЭ7.................................0,6
Для тепловозов остальных серий, а также дизель-поездов удель-
ный расход топлива берут равным 0,3 кг/мин.
Потребляемое вспомогательными силовыми установками дизель-
поездов ДР1 топливо определяют по средней потребляемой мощности
агрегатов, обслуживаемых этими установками, и полному времени
работы установки. В среднем расход топлива на одну установку ди-
зель- поезда ДР I составляет 0,18 кг/мин, а на дизель-поезд, имеющий
две такие установки, — 0,36 кг/мин.
Используя приведенные данные, формулы, таблицы и кривые, оп-
ределяют расход топлива для тепловоза или днзель-поезда при их
работе на линии.
Для сравнения расхода топлива
зуют удельный расход топлива на
зочной работы 104 т-км
е = —10*. (259)
тс L
где е — удельный расход топлива,
кг/(10* т-км);
£ — расход топлива на перемещение
поезда, кг;
тс — масса состава, т;
L — длина участка, км.
Для сравнения различных ви-
дов и сортов топлива, имеющих
разную теплоту сгорания пользуют-
ся так называемым условным топ-
ливом, имеющим удельное количе-
ство теплоты горения 29,3 МДж/кг.
различными тепловозами исполь-
измеритель выполненной перево-
Рнс. 182. Расход топлива одним ди-
зелем на холостом ходу тепловозов
2ТЭ10В, 2ТЭЮЛ. ТЭЮ, ТЭП10:
/ — вентилятор включен на вторую сту-
пень; 1 — вентилятор включен на первую
ступень; 3— вентилятор выключен
273
При пересчете расхода натурного топлива на условное топливо исполь-
зуют тепловой эквивалент Э, равный отношению удельного количе-
ства теплоты горения натурного и условного топлива. Для дизельно-
го топлива удельное количество теплоты горения равно 41,9 МДж/кг.
Отсюда Э = 41,9/29,3 = 1,43. Стедовательно, удельный расход ус-
ловного топлива, кг/(104 т-км),
еу = еЭ. (260)
Пример. Определить расход и удельный расход натурного и условного топ-
лива тепловозом 2ТЭ10В при движении его с составом массой тс — 5000 т на
15-м положении рукоятки контроллера машиниста со средней скоростью 45 км/ч
в течение 29,5 мин и на холостом ходу в течение 4,5 мин по участку длиной 24,9 км.
Решение. 1. Расход топлива тепловозом 2ТЭЮВ в режиме тяги опреде-
ляем из рис. 179. Для одной секции G = 8,55 кг/мин, для двух секций G "
= 17,1 кг/мин. Расход топлива на холостом ходу дизеля 1 ОД 100 определяем из
табл. 38: gx = 0,76 кг/мин.
Общий расход топлива определяем по формуле (258):
Е = 17,1 29,54-0,76 -4.5 - 508 кг.
2. Удельный расход натурного топлива на измеритель 104 т-км определяем
по формуле (259):
508
е=—---------— 10* = 40,8 kt/JIO4 т-км).
5000-24,9 '
3. Удельный расход условного топлива определяем по формуле (260):
еу = 40,8-1,43= 58,3 кг/(10«т-км),
здесь 1,43 — тепловой эквивалент дизельного топлива.
82. Нормирование расхода электрической энергии и топлива
Для планирования расхода топливно-энергетических ресурсов на
каждом участке необходимо иметь технические нормы расхода элек-
трической энергии для электроподвижного состава и топлива для теп-
ловозов и дизель-поездов на измеритель 104т-км. Разработка техниче-
ских норм является сложной задачей, так как на расход энергии или
топлива влияет много факторов, изменяющихся по сложным законам
с изменением условий движения. Нормирование усложняется в связи
с изменением экономичности работы локомотивов из-за неизбежных
отклонений сил сопротивления движению, а также сил тяги локомо-
тивов вследствие расхождения характеристик тяговых электродвига-
телей и износа бандажей колесных пар. Тем не менее правильные,
технически обоснованные нормы позволяют не только планировать
расход топливно-энергетических ресурсов, но и улучшать организа-
цию эксплуатации и создавать мощные стимулы для работников желез-
нодорожного транспорта по снижению расхода энергии и топлива на
тягу поездов.
Техническое нормирование расхода электрической энергии и топ-
лива на тягу поездов выполняют по инструкции ЦТ/2564 с использо-
ванием аналитического метода определения расхода электроэнергии
или топлива. За исходную норму принимают расход энергии или на-
турного топлива при движении поезда с грузовыми составами опре-
274
деленных масс, состоящих из четы- е,.
рехосных вагонов на подшипниках
скольжения с массой, приходящей-
ся на одну ось, равной 17,5 т, по
прямолинейному горизонтальному
пути с определенными скоростями.
Полученные расходы энергии е0,
кВт-ч/(10* т-км). или топлива п0,
кг/(10* т-км), для различных масс
составов и скоростей движения
называют энергетическими паспор-
тами. Их приводят в виде таблиц
или графиков. Из энергетического
паспорта (рис. 183) можно опре-
делить, сколько энергии на изме-
ритель будет израсходовано на тя-
гу поезда с составом заданной
массы при движении с какой-либо
средней скоростью. Так, на движе-
ние поезда с составом массой 5000 т
при указанных условиях со сред-
ней скоростью 60 км/ч расход энер-
гии на измеритель составит рис |ВЗ_ Энергетический паспорт
71 кВт-ч/(10* т- км) брутто (без уче- электровозов ВЛ80«, ВЛ80’, ВЛ80«
та массы локомотива). При движе-
нии поезда в реальных условиях расход энергии или топлива отли-
чается от данных энергетических паспортов. Поэтому при нормиро-
вании расхода энергии используют корректирующие коэффициенты,
учитывающие реальные сопротивления движению. Норму расхода
энергии, кВт-ч/(104 т-км), определяют по формуле
е «сп «ц ** “Ч । *' (4*т + Л*р)+*сп(<в + 0с*Ч). (261)
где е0 — расход энергии по энергетическому паспорту электровоза при
данных средней скорости движения и массе состава;
ксп — коэффициент, учитывающий изменение сопротивления движению
состава для разных типов вагонов;
к — коэффициент влияния степени использования грузоподъемности
вагона;
— коэффициент трудности пути нормируемого участка, определяе-
мый эквивалентным подъемом участка;
кх — температурный коэффициент нормируемого периода;
г' — число остановок, предусмотренных графиком движения поездов
на 100 поездо-км;
Хех — затраты электроэнергии на восстановление кинетической энер-
гии, потерянной при торможении, отнесенные к 10* т-км брутто;
Аер — потери энергии для электровозов постоянного тока в реостате при
трогании и разгоне, отнесенные к 10* т-км брутто;
есп — затраты электроэнергии на вспомогательные цепи электроподвиж-
ного состава, отнесенные к 10* т-км брутто;
ки, Кв — коэффициенты использования мощности вспомогательных машин
на ходу и на стоянках;
Qc — коэффициент стояночного времени как отношение времени стоя-
нок к общему времени за поездку.
275
Норму расхода топлива, кг/(104 т-км) брутто, рассчитывают по
формуле
л- я«ксп<дК(Жт + г' '’т-Нх Лх + Сс^Лх. (262)
где па — расход топлива по энергетическому паспорту при оср и тс;
пт — затраты топлива на накопление кинетической энергии, потерянной при
торможении, отнесенные к 10* ткм брутто;
кх — коэффициент холостого хода дизеля, ранный отношению времени хо-
лостого хода к общему ходовому времени;
пх затраты топлива на холостой ход;
к* — коэффициент холостого хода дизеля во время стоянок.
Все коэффициенты, входящие в выражения (261) и (262), берут
из таблиц, приведенных в инструкции ЦТ/2564 или рассчитывают по
приведенным в этой инструкции формулам.
Принципиально возможно также нормирование расхода топливно-
энергетических ресурсов по среднестатистическим показателям рас-
хода за предыдущие периоды работы участка с корректировкой их,
вызванной изменениями условий эксплуатации: повышением сред-
них скоростей движения, изменением сил сопротивления движению
вагонов из-за использования большего числа вагонов на роликовых
подшипниках или вследствие замены на участке звеньевого пути на
бесстыковый и т. д.
83. Способы уменьшения расхода электрической энергии
и топлива при тяге поездоы
Общие положения. Железнодорожный транспорт является круп-
ным потребителем электрической энергии и топлива. На его долю
приходится 5,5% вырабатываемой з стране электрической энергии
и 16,5% дизельного топлива. Поэтому экономному их расходованию
уделяется большое внимание. Только 1 % сэкономленных на транспорте
за год топливно-энергетических ресурсов позволяет сберечь свыше
15 млн. руб.
Основные пути экономии электроэнергии на тягу поездов можно
найти из анализа составляющих расхода электрической энергии
(см. параграф 78). Аналогичный анализ, проведенный для тепловозов,
позволяет выявить пути снижения расхода топлива.
Для уменьшения расхода электроэнергии и топлива необходимо
снижать основное сопротивление движению, как указано в главе 6
«Сопротивление дзижению поезда». Расход топливно-энергетических
ресурсов при увеличении скорости движения возрастает в большей сте-
пени, чем скорость. Потому при одной и той же средней скорости дви-
жения расход электроэнергии или топлива меньше в том случае,
когда фактическая скорость близка к средней. В случае нагона опоз-
дания расход топливно-энергетических ресурсов возрастает. С увели-
чением средних скоростей движения расход электроэнергии или топ-
лива также возрастает. Однако следует учитывать, что при этом полу-
чается дополнительный эффект от ускорения доставки пассажиров и
276
грузов, от ускорения оборота подвижного состава железных дорог
и т. п. Поэтому дальнейшее повышение скоростей движения является
важной народнохозяйственной задачей.
Чтобы уменьшить время хода по перегону, необходимо при движе-
нии по спуску развивать наибольшую допустимую скорость для после-
дующего прохода подъема за счет накопленной кинетической энергии.
Правильное использование кинетической энергии поезда дает возмож-
ность значительно снизить расход электрической энергии или топлива.
В этом случае большое значение имеют навыки машинистов по рацио-
нальному вождению поездов на участке и контроль за расходованием
каждой бригадой электроэнергии и топлива. Перевозка грузов в не-
полновесных составах или в не полностью загруженных вагонах при-
водит к увеличению удельного сопротивления движению, а следова-
тельно, к перерасходу электроэнергии или топлива на тягу поездов.
С увеличением массы поезда и загрузки вагонов снижается расход
электрической энергии и топлива на единицу перевезенного груза.
Однако масса состава не должна превышать критической нормы, так
как при этом увеличится боксование колесных пар локомотива или
будут перегреваться обмотки тяговых электрических машин сверх до-
пустимых температур.
Расход электрической энергии или топлива при движении поезда
по уклонам и кривым зависит от крутизны и протяженности уклона,
радиуса и длины кривой, режима ведения поезда, а на электроподвиж-
ном составе — и степени использования рекуперативного торможения
на вредных спусках. Расход топливно-энергетических ресурсов возра-
стает с увеличением крутизны подъема и времени движения поезда по
нему, а ня кривых участках пути узеличивается с уменьшением ради-
уса кривой. Следовательно, на участках, имеющих большое число кри-
вых малого радиуса, электроэнергии или топлива при прочих равных
условиях будет израсходовано больше.
Часть кинетической или потенциальной энергии, запасенной в по-
езде, теряется в тормозах при торможении. Количество теряемой
энергии зависят от квадрата начальной скорости торможения, массы
поезда и числа остановок или снижений скорости с применением тормо-
зов, а при следовании по спуску от его крутизны и протяженности.
Для уменьшения расхода электрической энергии или топлива на по-
крытие потерь в тормозах необходимо уменьшать число остановок и
мест ограничения скорости движения поездов. Особенно велики потери
из-за остановок поездов перед закрытыми сигналами или из-за порч
подвижного состава. Так, остановка одного поезда массой 4000 т перед
закрытым сигналом на прямолинейном горизонтальном пути со ско-
рости 60 км/ч и последующий разгон до этой же скорости вызывают
лишний расход энергии электровозом ВЛ8СК в 190 кЗт-ч (по сравне-
нию с движением на этом участке с постоянной скоростью 60 км/ч).
При одной такой остановке псезда выбивается из графика в среднем
по сети дорог 10—15 поездов и перерасходуется до 1,5 т топлива или
2,5 тыс. кВт-ч электроэнергии. Поэтому четкая организация движения
поездов и отличное содержание подвижного состава в пути обеспечи-
вают экономичную работу локомотивов.
277
При трогании и разгоне поезда локомотив работает с понижен-
ным к. п. д, поэтому необходимо время разгона снижать за счет
использования возможно больших сил тяги и ускорений. Повыше-
ние ускорения, кроме того, при сохранении одинакового перегон-
ного времени дает возможность дольше следовать на выбеге и на-
чать торможение при меньшей скорости движения. Для уменьше-
ния расхода электроэнергии и топлива необходимо, чтобы локомо-
тив работал в зоне высоких значений к. п. д.
В некоторой степени топливно-энергетические ресурсы можно
сэкономить за счет снижения их расхода на собственные нужды локо-
мотивов и на работу вспомогательных механизмов и машин. Например,
уменьшение утечек воздуха на локомотиве и особенно в составе при-
ведет к меньшему времени работы компрессора, а следовательно,
к снижению затрат энергии или топлива. Некоторые резервы снижения
расхода электроэнергии и топлива для электроподвижного состава
и тепловозов целесообразно рассмотреть отдельно.
На электроподвижном составе. Очень большую экономию элек-
трической энергии наряду с повышением безопасности движения дает
использование рекуперативного торможения. За счет рекуперации
на железных дорогах ежегодно в контактную сеть возвращается свы-
ше 1,5 млрд. кВт-ч электроэнергии. Дальнейшее расширение сети
электрифицированных железных дорог, на которых применяется ре-
куперативное торможение, позволит повысить экономичность исполь-
зования электрической энергии.
При разгоне электроподвижного состава постоянного тока часть
потребляемой энергии теряется в пусковом реостате. Она зависит от
пускового тока, времени разгона, числа остановок и участков, где не-
обходимо снижать скорость с последующим разгоном, а также от ко-
эффициента пусковых потерь электроподвижного состава. Потерн энер-
гии при торможении и пуске особенно велики на пригородных электро-
поездах из-за частых остановок и коротких перегонов. Потери энергии
при торможении пригородного электропоезда достигают 50%, при
пуске — 10-45% общего расхода электроэнергии. Эти потери возра-
стают с увеличением скоростей движения и уменьшением расстояний
между остановочными пунктами.
Потери при пуске можно уменьшить за счет выхода на безреостат-
ную характеристику при меньшей скорости. Это возможно при раз-
гоне с большими токами. При разгоне с током /Д1 (рис. 184) реостат
будет выведен при скорости Если же разгон будет происходить с
током /Д2, реостат будет выведен при меньшей скорости vt. Кроме то-
го, повышение ускорения дает возможность быстрее разогнаться, уве-
личить время следования на выбеге и начать торможение при меньшей
скорости движения (vT1 вместо ит1 на рис. 185), вследствие чего сни-
жаются потери в тормозах, пропорциональные квадрату скорости на-
чала торможения (площади, ограниченные кривыми и (/) и осью аб-
сцисс, одинаковы, что соответствует одинаковой длине перегона).
Расход электроэнергии, пропорциональный площади, ограниченный
кривой /э (/) и осью абсцисс, при меньшем ускорении получается боль-
ше, чем при большем ускорении, и площадь фигуры Oalbicxdleifl боль-
278
те площади фигуры
Необходимо отметить, что повы-
шение ускорения дает наиболь-
ший эффект при малых уско-
рениях электропоезда — 0,2—
0,5 м/с2; при ускорениях же 0,7—
1,0 м/с* эффект на перегонах дли-
ной 1,5—2 км значительно меньше.
Экономия электроэнергии за счет
повышения ускорения движения
возрастает при уменьшении длины
перегона. При редких остановках,
характерных для электровозной тя-
ги, снижение расхода электроэнер-
гии за счет больших ускорений при
пуске в общем расходе электро-
энергии занимает незначительное
место.
Электроэнергия на пригородном
электропоезде с автоматическим
пуском экономится при правиль-
ной регулировке реле ускорения.
Использовать кнопку пониженного
ускорения следует только в слу-
чае крайней необходимости, обычно
при ухудшении условий сцепления.
На электровозах машинист может
изменять пусковой ток и, следова-
тельно, влиять на значение потерь
электроэнергии.
В большинстве случаев при
трогании грузовых поездов потери
электроэнергии уменьшаются с по-
вышением ускорения. И только в
случае трогания легковесного со-
става на легком профиле расход
электроэнергии теоретически сни-
жается при уменьшении ускоре-
ния. Однако для снижения пере-
гонных времен хода и использова-
ния пропускной способности участ-
ков обычно разгон поездов на
электровозной тяге выполняют с
наибольшими ускорениями.
Интенсивность замедления поез-
да при торможении также влияет
на расход электроэнергии. На
Рис. 186 показаны кривые и (/) и
7» (Z) при равных временах хода по
Рис. 184. Зависимость скорости вы
хода на безреостатную характера
стику от тока
Рис. 185. Влияние интенсивности раз-
гона поезда на расход электрической
энергии
Рис. 186. Влияние интенсивности за-
медления поезда на расход электри-
ческой энергии
Рис. 187. Влияние включения ступе-
ней ослабления возбуждения на рас-
ход электрической энергии
279
одному и тому же перегону, но с различным замедлением при тор-
можении. За счет большего замедления при торможении (кривая v,)
снижается скорость начала торможения, увеличивается время движе-
ния на выбеге и уменьшается время хода подтоком. Экономия элек-
трической энергии при этом соответствует площади фигуры abed.
Ослабление возбуждения после выхода па характеристики латно-
го или нормального возбуждения также дает снижение расхода элек-
троэнергии за счет батее интенсивного увеличения скорости (кривая
на рис. 187) и снижения скорости начала торможения от. Ток при
движении на позиции ослабленного возбуждения больше, чем при
полном возбуждении, но время езды под током значительно меньше.
Потери в пусковом реостате электроподвижного состава постоянного
тока можно также уменьшить, применяя ослабление возбуждения тя-
говых электродвигателей на промежуточных ходовых позициях (на
С и СП), так как при этом разгон в зоне характеристик ослабленного
возбуждения происходит при выключенном реостате.
Потери энергии при ее преобразовании на электроподвижном со-
ставе —в тяговых электродвигателях, преобразователях, вспомога-
тельных машинах, зубчатой передаче и резисторах — также оказы-
вают влияние на расход энергии.
Экономичность работы электродвигателей определяется к. п. д.
при данной нагрузке, который имеет большее значение в зоне номи-
нальных нагрузок. Поэтому желательно, чтобы электродвигатели ра-
ботали в зоне таких нагрузок. Снижение потерь электроэнергии может
быть получено за счет режима ослабленного возбуждения, при котором
в широкой зоне больших нагрузок к. п. д. имеет батее высокое значе-
ние, чем при патом возбуждении. К. п. д. уменьшается при пониже-
нии напряжения на электродвигателях.
Расход электроэнергии на собственные нужды электроподвижного
состава составляет сравнительно небольшой процент общего расхода.
Так, средняя мощность вспомогательных машин составляет 2—2,5%
номинальной мощности электровоза постоянного тока и 5—6% —
электровоза переменного тока. Вспомогательные машины и освещение
электропоездов имеют среднюю мощность, составляющую 2—2,5%
мощности электропоезда. Одн? ю значительное количество электро-
энергии расходуется на отопление вагонов электропоездов. Дтя умень-
шения этого расхода необходимо правильно регулировать терморегу-
ляторы.
Опыт лучших машинистов по экономичному вождению поездов по-
казывает, что при правильном управлении электровозом можно до-
биваться значительного снижения расхода энергии. Для распростра-
нения такого опыта на каждом участке составляют режимные карты,
в которых рекомендованы рациональные режимы вождения поездов
на протяжении всего участка. Творческое использование режимных
карт, правильная их корректировка в случаях отклонения условий
движения данного поезда от обычных условий способствуют снижению
энергии на тягу поездов.
На тепловозах. Расход топлива определяется выполненной меха-
нической работой по преодолению сил сопротивления движению по-
280
езда и экономичностью работы дизе-
ля, которая оказывает наибольшее
влияние на к. п. д. тепловоза. На
рис. 188 для примера показана зави-
симость к. п. д. тепловоза ТЭ10 от
скорости. Из него видно, что при
разгоне поезда к. п. д. имеет низкие
значения, а в зоне ходовых скоро-
стей значительно выше. В зоне вы-
соких скоростей наблюдается некото-
рое снижение к. п. д. Кроме того, эко-
номичность работы тепловоза зави-
сит от положения рукоятки контрол-
лера. Из рис. 188 видно, наиболее
экономичными являются 7-е—П-епо-
Рис. 188. Зависимость к.п.д. теп-
ловоза ТЭ10 от скорости на не-
которых положениях рукоятки
ложения рукоятки, когда тепловоз контроллера машиниста
ТЭК) работает при наибольшем к. п. д.
Работа дизеля на локомотиве имеет свою специфику, связанную с
большим временем работы на холостом ходу и частичных нагрузках.
На отдельных дорогах тепловозы в номинальном режиме работают
только 20—30% времени, в режиме холостого хода—25—30%, а
остальное время работают с частичной мощностью. В среднем теплово-
зы работают при мощности, составляющей 40 -60% номинальной.
Средний эксплуатационный к. п. д. тепловоза с учетом холостого хода
и частичной нагрузки оказывается значительно меньшим, чем указа-
но на рис. 188, и составляет в среднем 20—21%. При изменяющихся
режимах своевременная установка рукоятки контроллера машиниста
в зависимости от условий движения поезда в соответствующее поло-
жение позволяет опытному машинисту находить наиболее экономичные
режимы работы тепловоза и обеспечивать меньший расход топлива.
Иногда для некоторого повышения экономичности двухсекцион-
ного тепловоза на сравнительно легких участках пути выключают одну
секцию. При этом дизель и тяговые электродвигатели другой секции
работают в зоне батее высокого к. п. д. Такой режим можно рекомен-
довать только после проверки его эффективности с учетом работы ди-
зеля, аккумуляторной батареи и тяговых электродвигателей. В зим-
нее время эффективность выключения одной секции снижается, так
как остановленный дизель приходится часто запускать, чтобы не до-
пустить чрезмерного понижения температуры воды и масла, а также
Для предотвращения попадания снега и пыли в тяговые электродвига-
тели неработающей секции.
Для экономии топлива на тягу поездов нужно умело использо-
вать кинетическую энергию движущегося поезда, зависящую от массы
поезда и половины квадрата скорости движения. Так, при движении
по спуску необходимо тормозами поезда управлять с таким расчетом,
чтобы к концу его достигалась паибачыная допустимая скорость дви-
жения. Накопленный запас энергии в дальнейшем будет использован
Для следования поезда по горизонтальному пути или подъему с мень-
шими затратами топлива. Если же машинист нерасчетливо применит
281
тормоза и к концу спуска поезд подойдет с меныпей скоростью, то в
тормозах будет потеряно больше энергии и для дальнейшего движе-
ния придется затратить больше топлива.
Наиболее экономичным является движение поезда с минимальным
использованием тормозов. Каждая остановка грузового поезда с со-
ставом массой 3000 т вызывает увеличение расхода топлива примерно
на 30 кг (на трогание с места и разгон). Кроме того, топливо расходу-
ется на холостой ход дизеля во время остановок. При простое нера-
ботающего тепловоза в течение 1 ч расходуется около 40 кг дизельно-
го топлива. Каждое ограничение скорости движения вызывает допол-
нительный расход топлива. Так, при снижении скорости с 50 до
20 км/ч перерасход топлива составит до 20 кг. Нагон опоздания по-
ездов также приводит к повышенному расходу топлива. Одна минута
опоздания пассажирского поезда вызывает при нагоне повышение
расхода топлива до 15 кг.
Большое влияние на расход топлива оказывает теплотехническое
и техническое состояния тепловоза. Необходимо, чтобы были правиль-
но отрегулированы мощность дизель-генераторной установки, частота
вращения вала, угол опережения впрыска топлива, равномерность
подачи топлива по цилиндрам. При занижении мощности ухудшается
экономичность работы дизелей ЮД100, 2Д100 на режимах малых и
средних нагрузок. Кроме того, тепловоз может не обеспечить выдержи-
вание заданных скоростей.
Изменение мощности за счет увеличения частоты вращения вала
дизеля ведет к увеличению расхода топлива и ускорению износа дета-
лей дизеля. Недопустима также меньшая частота вращения вала при
реализации номинальной мощности, так как экономичность дизеля
снижается, а сам дизель работает в более напряженных условиях. От-
клонение угла опережения от оптимального, неодинаковое количество
впрыскиваемого топлива по отдельным цилиндрам дизеля резко сни-
жают экономичность его работы, а кроме того, приводят к неравномер-
ной загрузке цилиндров и повышенным взносам поршневой группы
и шатунно-кривошипного механизма перегруженных цилиндров.
Неудовлетворительное техническое состояние дизеля и его вспомо-
гательного оборудования также снижает экономичность работы тепло-
воза. Заниженное наполнение цилиндров воздухом, например из-за
загрязнения воздушных фильтров или при чрезмерном износе поршне-
вых колец, приводит к неполному сгоранию топлива, снижая экономич-
ность работы дизеля. При этом дизель дымит, образуется нагар, за-
грязняется система смазки и выпускная система, что требует прежде-
временной очистки от нагара выпускных окон цилиндров, коллекто-
ров и глушителей.
Таким образом, экономное расходование топлива можно получить
только при отличном содержании тепловоза и умении машиниста вы-
бирать наивыгоднейшие режимы движения поезда. С этой целью в депо
проводятся школы передового опыта, разрабатываются режимные кар-
ты и памятки. Правильное сочетание рекомендаций, указанных в ре-
жимных картах, с конкретными условиями и особенностями движения
каждого поезда позволяет уменьшить расход топлива.
282
ГЛАВА 14
ПРИМЕНЕНИЕ
ЭЛЕКТРОННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН
ДЛЯ ТЯГОВЫХ РАСЧЕТОВ
34. Общие сведения о машинах непрерывного действия
Трудоемкость тяговых расчетов сравнительно велика и необхо-
димы большие затраты времени, особенно на решение уравнения дви-
жения поезда. Поскольку такие расчеты приходится выполнять до-
вольно часто: перед составлением графиков движения поездов, при
проектировании новых линий, переводе локомотивного парка участ-
ков железных дорог на новые виды тяги электрическую и тепловоз-
ную, при замене локомотивного парка и т. д., общая трудоемкость
расчетных работ получается значительной. Для снижения трудоемко-
сти тяговых расчетов на железнодорожном транспорте пытались при-
менять различные механические устройства и аппараты (интеграторы
Крылова, Боровского, графоанализатор Бескова и др.), однако боль-
шого распространения они не получили.
В связи с развитием производства электронных вычислительных
машин появилась возможность использовать их для решения урав-
нения движения поезда, определения температуры тяговых электри-
ческих машин и расхода электроэнергии или топлива на тягу поезда.
Любую изменяющуюся величину можно представить в виде или
непрерывного сигнала, характеризующего ее изменение, или дискрет-
ного сигнала, показывающего значение этой величины в отдельные
моменты времени. По принципу представления сигнала или информа-
ции электронные вычислительные машины делятся на две группы:
машины непрерывного действия — аналоговые (АВМ) и машины ди-
скретного действия — цифровые (ЭВМ).
Вычислительная машина непрерывного действия состоит из цело-
го ряда отдельных блоков, в качестве которых использованы опера-
ционные усилители постоянного тока. Каждый такой блок выполняет
определенную математическую операцию над напряжениями, подавае-
мыми на его входы. Отдельные блоки электрически связаны между со-
бой в той последовательности, которая необходима для решения урав-
нения. Результаты решения выдаются в виде кривой напряжения,
которую можно увидеть на экране электронно-лучевого индикатора
или записать на ленту регистрирующего устройства.
Для решения уравнения все входящие в него переменные величи-
ны заменяют обычно пропорциональными им машинными переменны-
ми, выражаемыми соответствующими напряжениями. Иными словами,
исходные уравнения заменяют машинными уравнениями.
В процессе решения уравнения движения поезда, являющегося диф-
ференциальным уравнением с нелинейными характеристиками уско-
ряющих и замедляющих сил, используют блоки, выполняющиеследую-
283
щие математические действия: интегрирование, суммирование и ин-
вертирование (т. е. изменение знака при сохранении абсолютного зна-
чения величины), умножение на постоянный коэффициент, функцио-
нальное преобразование. Кривые ускоряющих или замедляющих сил
при тяге, выбеге и торможении на прямом горизонтальном пути на-
бирают в специальном блоке функционального преобразователя.
Действительные значения ускоряющих или замедляющих сил в за-
висимости от скорости движения заменяют отрезками прямых линий
и выражают на выходе блока напряжением, изменяющимся в функции
скорости движения. Дополнительное сопротивление движению от
подъемов и кривых также учитывают в одном из блоков машины —
в блоке программирования.
При решении уравнения движения поезда принимают <
а время измеряют в минутах (1/60 ч). Тогда уравнение, решаемое вы-
числительной машиной, будет иметь более простой вид:
а.= Д»/Д/^2/уср.
Машины непрерывного действия несложны по конструкции, про-
сты в эксплуатации, занимают мало места, однако их точность зависит
от качества изготовления отдельных узлов и допусков на применяе-
мые детали, серийно выпускаемые промышленностью. Обычно погреш-
ность при расчетах на этих машинах составляет большую величину —
до 10%, поэтому машины непрерывного действия не нашли широкого
применения для тяговых расчетов.
85. Понятие о цифровых вычислительных машинах
В настоящее время широкое применение для тяговых расчетов
находят электронные цифровые вычислительные машины (ЭВМ), по-
зволяющие решать уравнения практически с любой точностью. ЭВМ
при решении уравнения оперирует цифровыми величинами, принимаю-
щими ряд отдельных (дискретных) численных значений, представлен-
ными в виде электрических импульсов. Процесс решения задачи на
такой машине состоит из отдельных последовательных элементарных
арифметических операций: сложения, вычитания, умножения, деле-
ния и логических операций сравнения. Последовательность выпол-
нения операций задается в заранее составленной программе вычисле-
ний, которая хранится в памяти машины. Составление программы ре-
шения уравнения представляет собой сложную и весьма трудоемкую
работу. Результаты решения выводятся из машины в виде, удобном
для восприятия человеком. Элементарные операции ЭВМ выполняет
со скоростью, достигающей сотен тысяч и даже миллионов операций
в секунду.
В настоящее время на вычислительных центрах железных дорог
используют ЭВМ «Минск-32», «Минск-22» и наиболее совершенные
машины единой серии ЕС ЭВМ (рис. 189). .Машина состоит из следую-
щих устройств:
284
Рис. 189. Упрощенная структурная схема ЕС ЭВМ
ЦП — центральный процессор, в который входит арифметнческо-
логическое устройство и устройство управления. Арифметическо-
логическое устройство выполняет простейшие арифметические и ло-
гические операции, а устройство управления управляет работой всей
машины в той последовательности, которая задана программой;
ОП — оперативная память, предназначенная для хранения про-
граммы и информации, которая непосредственно используется UU
для вычислений. В ОП хранятся также результаты промежуточных
вычислений;
ПУ — периферийные устройства, к которым относятся все уст-
ройства ввода и вывода (алфавитно-цифровое печатающее устройст-
во, электрическая пишущая машинка «Консул», устройства ввода
информации с перфокарт и перфолент и вывода на эти носители, дис-
плей и т. д.), а также внешняя долговременная память на магнитных
дисках, магнитных лентах и т. д.;
У ПУ — управление периферийными устройствами. В ЭВМ каж-
дая группа периферийных устройств имеет свое УПУ и поэтому на
рис. 189 их показано несколько;
для связи ОП и ЦП с периферийными устройствами служат два
канала связи: СК — селекторный канал для связи с быстродействую-
щими периферийными устройствами (память на магнитных дисках,
магнитных лентах и т. д., запись на которые и считывание информа-
ции происходит быстро) и МК — мультиплексный канал, служащий
для связи с медленнодействующими периферийными устройствами
(алфавитно-цифровое печатающее устройство, электрическая пишу-
щая машинка «Консул» и др.).
Управляют машиной со специального пульта управления, а па-
нель сигнализации позволяет следить за ходом работы машины.
86. Порядок выполнения тяговых расчетов
с использованием ЭВМ
Поскольку выполнение тяговых расчетов требует значительных
затрат времени и труда, в настоящее время разработаны и широко ис-
пользуются на практике программы выполнения тяговых расчетов на
ЭВМ.
Уравнения движения поезда, нагревания тяговых электродвига-
телей или генераторов, расхода электрической энергии или топлива
285
преобразуют в удобный для расчета на машине вид. Чтобы выполнить
тяговые расчеты на ЭВМ, для заданного участка необходимо подго-
товить информацию, в которой в определенном порядке излагаются
все необходимые для расчета данные: а) об участке; б) о локомоти-
ве; в) о составе.
Далее готовят задание на тяговый расчет. Всю информацию в
дальнейшем переводят на перфокарты и вводят в ЭВМ.
Информацию об участке подготовляют в виде таблиц (макетов
перфокарт) по формам, в которых указывают данные пути и допусти-
мые скорости движения. Каждому рассчитываемому участку присваи-
вают свой условный трехзначный номер — шифр, который вместе с
шифром дороги указывают во всех формах. Первые три колонки всех
форм одинаковы. В первую колонку заносят признак конца инфор-
мации в макете: на первой и последующих перфокартах ставят «О»,
в последней перфокарте «8> (цифра 8 — признак окончания инфор-
мации по каждой из форм). В случае если в форме будет использована
одна перфокарта, в первой колонке ставят «8». Во второй колонке ука-
зывают номер макета, который соответствует номеру формы. В третью
колонку записывают по порядку номер перфокарты каждой формы в
виде трехзначного числа, начиная с 001. Последующие колонки форм
заполняют необходимой информацией, строго соблюдая указанную
в них значность (зн.) чисел и проставляя при отсутствии значащих цифр
нули. Если нет информации для занесения в какую-либо из форм № 3,
5, 6, 7, то в форму записывают одну перфокарту с нулевой информа-
цией, в которой во всех колонках, начиная с четвертой, ставят нули.
В табл. 38— 46 в качестве примера показано заполнение форм 0—8
для одного участка (условный шифр 001) дороги с условным шифром
01. Содержание информации указано в таблицах.
Таблица 38
Форма 0
Сведения о координатах точек смены отсчета расстояний
Шифр дороги 01
Шифр участка 001
Признак конца макета № макет* № перфокарты Координата начала интервала, км . с точностью до 0.01 км Координата кон ца интервала, км. с точностью до 0.01 км
1 зн. 1 ЗН. 3 зн. 7 зн. 7 зн.
1 2 3 4 5
8 0 001 0026032 0000000 ооооооо ОО00000 0037901 ооооооо ооооооо ооооооо
286
Таблица 39
форма 1
Сведения о профиле пути
Шифр дороги 01
Шифр участка 001
Признак конца макета № макета № перфо- карты Длина элемента спрямленно- го профи- ля, м Знак уклона Крутизна уклона. . с точностью до 0.1 %,
1 зн. 1 ЗН. 3 зн. 4 зн. 1 зн. 3 эн.
1 2 3 4 5 6
0 1 001 0211 1 004
0200 1 004
0550 0 033
1573 1 102
0600 0 000
0200 1 038
3280 1 108
1420 0 018
0 1 002 3000 1 014
4021 0 063
0679 0 005
4616 0 068
1484 0 038
2160 0 033
0550 0 000
1250 0 028
• •• ... ...
8 1 0)3 1200 0 047
1256 1 043
0200 0 000
0339 0 003
0200 0 000
0000 0 000
О000 0 000
0000 0 000
287
В форму 0 (табл. 38) записывают координаты начала и кон
ца участка в соответствии с километровыми указателями. В перво!
строке колонок 4 и 5 указаны координаты начала и конца участка I
виде 7-значного целого числа (7 зн). две последние цифры показы
вают сотые дали километра. Число 0026032 соответствует 260,32 км
а 0037901 — 379,01 км. Так как расчет выполняется только для это
го участка, в остальных строках этих колонок проставлены нули
Длина участка 118,69 км определяется как разность координат его кон
ца и начала (при обратном движении — начала и конца).
В форму! последовательно вносят спрямленные и приведен
ные элементы профиля пути, начиная от оси первой станции. В каждо!
строке поочередно указывают: в колонке 4 — длину элемента в мет
рах (4 знака), ц колонке 5 — знак уклона (0 для горизонтального пу
ти или спуска, I — для подъема), в колонке 6— крутизну уклона, °/0(
(3 знака — последний — десятые доли тысячных). Так, первый эле-
мент профиля пути (табл. 39) имеет длину 211 м и подъем 0,4°/^. Е
табл. 39 занесен участок с профилем пути на 13 перфокартах (перфо-
карты 3—12 пропущены). На тринадцатой перфокарте в первой ко-
лонке стоит цифра 8, указывающая на конец информации по этой фор-
ме (в отличие от предыдущих перфокарт, где стоит цифра 0).
В форму 2 (табл. 40) заносят сведения о раздельных пунк-
тах, ограничивающих перегоны, по которым при тяговых расчетах по-
требуется определение времен хода, энергетических и других показа-
телей. Раздельные пункты последовательно нумеруют для каждого
направления движения. Расстояние от оси предыдущей станции до
оси каждого последующего раздельного пункта указывают с исполь-
зованием четырех знаков. Последние два знака показывают сотые доли
километра. Так, запись 1027 соответствует расстоянию 10,27 км. Рас-
стояние от оси раздельного пункта до входных и выходных стрелок
(3 знака) указывают в десятках метров (084—840 м). В последних ко-
лонках пишут допустимые скорости в километрах в час. В четвертую
колонку последнего раздельного пункта вместо расстояния до следую-
щего раздельного пункта заносят нули.
Первые две колонки формы 2 на перфокарты нс переносят, по-
этому раздельные пункты нужно записывать строго последовательно.
Если на раздельном пункте нет станционных путей или нет ограниче-
ний ни по главному, ни по боковому станционным путям, в колонки
5—8 заносят нули. Нули также заносят в колонку 7, если по главному
станционному пути (длина которого указана в колонках 5 и 6) дейст-
вует ограничение скорости, указываемое в форме 4, и в колонку 8, если
нет боковых путей или их не требуется учитывать при тяговых расче-
тах. Сумма всех расстояний в колонке 4 должна быть равна длине
участка.
В форму 3 (табл. 41) заносят дополнительные сведения об
установленных скоростях на каких-то отдельных участках станцион-
ных путей (а не па всем их протяжении). В колонку 4 записывают рас-
стояние от начала участка до начала места ограничения скорости в ки-
лометрах (5 знаков два последних знака — сотые доли километра,
например, 10860 соответствует 108,6 км). В колонке 5 указывают про-
288
Таблица 40
Форма 2
Сведения о раздельных пунктах и скоростях на станционных путях
Шифр дороги 01
Шифр участка 001
М п/п £ О X X X Q X раздельного пункта 1 Признак копии макета № микста № перфокарты Расстояние до оси следующего раздель- ного пункта, км. с точностью до 0.01 км Расстояние от стрелок до оси сглнцни. км. с точностью до 0.01 кы Допустимая скорость, км/ч
Входная стрелка Выходном стрелка по глав- ному пути По боково- му пути
1 зн. 1 ЗН. 3 зн. 4 зн. 3 зн. 3 зн. 3 зн. 3 зн.
1 2 3 4 5 6 7 8
1 2 3 4 А ' В Г 0 2 001 1027 1510 1230 1381 084 097 065 068 075 042 056 069 040 080 080 080 040 040 040 040
6 6 7 8 д Е Ж 3 0 2 002 1540 1304 1289 0814 046 047 052 073 098 090 098 043 040 080 ОКО 080 040 040 040 . 040
9 10 11 12 и к л м 8 2 003 0668 0499 0577 0000 065 057 078 098 106 077 048 000 080 070 040 025 040 040 025 025
Всего 11 869
тяженность места ограничения в километрах (3 знака, два послед*
пне — сотые доли километра, так, 010 соответствует 0,1 км).
При ограничении скорости на какой-либо части бокового пути в
колонку 6 заносят число, равное допустимой скорости в километрах
в час плюс 800. Места дополнительных ограничений скорости задают
в порядке возрастания их расстояний от начала расчетного участка.
В нашем случае ограничение скорости 40 км/ч имеется на главном
пути (при ограничении на боковом пути в колонке 6 было бы 840).
В ф о р м е 4 (табл. 42) указывают сведения об установленных
жор остях движения на перегонах: записывают расстояния от оси
юрвой станции до точки, в которой изменяется установленная скорость
движения, затем расстояние от оси первой станции до точки, начиная
С Зак. W 289
Табл и и а -II
Форма 3
Дополнительные сведения об установленных скоростях на станционных путях
Шифр дороги 01
Шифр участка 001
Признак конца макета макет» № перфо карты Расстояние, км. от начала участка до начали ДКЯНМШ тел ыюго н мтерна та по скорости с точ- ностью до 0.01 км Длинл. км. дополнитель- ного интер- вала но ско- рости с т.п- ностыо .ii> 0j0I км Скорость. км/ч
1 ЭИ. 1 зн. 3 зн. 5 зн. 3 зн. 3 зн.
1 2 3 4 5 6
8 3 001 10860 00000 ооооо ооооо ооооо ооооо 010 000 000 000 000 000 040 000 000 000 000 000
Таблица 42
Форма 4
Сведения об установленных скоростях на перегонах
Шифр дороги 01
Шифр участка 001
Признак конца макета Л« макета К» пс]>ф(> карты Длина интервала, км с данной допу- стимой скорость» С ТОЧНОСТЬЮ ДО 0.01 км Допустимая скорость, км/ч
1 зн. 1 ЗН. 3 зн. 5 зн. 3 ЗН.
1 2 3 4 5
8 4 001 09311 02558 ооооо ооооо ооооо ооооо ооооо ооооо 080 090 000 000 ООО 000 ООО ООО
Всего 11 869
290
с которой установлена другая скорость, и т. д. с указанием допусти
мой скорости движения В нашем примере на протяжении 93,1) км
установлена скорость не более 80 км/ч. а затем на протяжении 25.58 км
не более 90 км/ч. В этой форме не учитывают ограничения скорости,
задаваемые другими формами. Сумма длин интервалов этой формы
должна быть равна длине участка.
В фо р м у 5 (табл. 43) заносят снедения о допустимых скоро-
стях движения на кривых. Указывают расстояние в порядке возра-
стания от оси первой станции до начала каждой кривой в километрах
(5 знаков, нз них два последние- сотые доли километра), длину кри-
вой в километрах (3 знака, из которых два последние сотые доли
километра) и допустимую скорость в километрах в час (3 знака). В
нашем примере на расстоянии 113,42 км от осн станции Я имеется кри-
вая длиной 2 км, на которой скорость движения ограничена до 75 км ч.
Сюда не заносят информацию ио кривым, ограничение скорости на
которых заведомо выше допустимых скоростей по перегонам и по стан-
циям.
В основном варианте расчета информацию, заданную 4' о Р м о й
6 (табл. 44), не используют. Данные формы 6 дают возможность полу-
чить, кроме основного, еще три варианта расчета движения на рас-
сматриваемом участке при различных ограничениях скорости.
В эту «форму заносят сведения .для задания до трех вариантов
ограничений скорости на каких-либо отрезках участка, указываемых
но расстоянию от начала участка до начала места предупреждения в
километрах (5 знаков, два последние сотые доли километра). В
форме указывается длина пути с ограниченными скоростями движе-
ния в километрах (3 знака, два последние сотые доли километра)
и допустимые скорости. Отрезки пути задают в порядке увеличения
их расстояний от начала участка.
Если задается менее трех вариантов, то в неиспользуемых вари-
антах необходимо проставить нули. В нашем примере расчет с такими
ограничениями скоростей не требуется, поэтому в форму 6 записана
одна перфокарта с нулевой информацией (в колонках 4 8 проставле-
ны нули).
В форме 7 (табл. 45) указывают сведения о нейтральных
вставках контактной сети: расстояние до каждой нз них в километрах
и длину вставки в метрах. В вашем примере нейтра ii.iiitc вставки
Длиной по 50 м находятся на расстоянии 39,18; 81,43 и 117,43 км от
начала участка.
В ф о р м у 8 (табл. 46) заносят сведения о пунктах пробы тор-
мозов, которые задаются в порядке увеличения их расстояний от на-
чала участка. Если проба тормозов выполняется на основной н разгон-
ной кривых движения, то в колонке 5 указывают код 0; если пробу
тормозов выполняют только на основной (безостановочной) кривой,
то указывают код I; если тормоза пробуют только на разгонной кри-
вой, то указывают код 2.
Расстояние до начала участка пробы тормозов указывают в кило-
метрах и длину поезда в метрах. В табл. 46 указано, что поезд имеет
Длину 800 м и проверку тормозов нужно проводить на расстоянии
291
Таблица 43
Форма 5
Сведения о скоростях на кривых
Шифр дорога 01
Шифр участка 001
Признак конца макета N* макета V перфо- карты Расстояние. км. от начала участ- ка до качала крикоА с ТОЧ- НОСТЬЮ ДО OJOJ км Длина кривой. км. с точностью 1 " Г к М Допустимая скорость, км/ч
1 ли. 1 зн. 3 зн. 5 зн. 3 зн. 3 зн.
1 2 3 4 5 6
< 001 11342 200 075
8 5 00000 000 000
00000 ООО 000
00000 000 14)0
ооооо 000 000
00000 000 000
Таблица 44
Форма 6
Сведения о длительных и постоянных предупреждениях по скорости
Шифр дороги 01
Шифр участка 001
Признак конца макета Ah макета 1 1 в ! ! Г Расстояние, км. от нача ла участка до начала и и тс рва л а с данным предупрежде- нием по ско рости с точностью до 0.01 гм Длина интср нала. км. с нредуиреж- лепием с теми остью ДО 0.0| км Скорость лииження но предупреждению, км/ч
Вариант
1-Л 2-А 3-Я
1 зн. 1 зн. 3 зн. 5 зн. 3 зн. 3 ЗН. 3 зн. 3 зн.
1 2 3 4 5 6 7 8
8 6 001 00000 000 000 000 000
(ЮООО 000 000 ООО 000
ооооо 000 000 000 000
ооооо 000 000 (ИЮ 000
292
Таблица 45
Форма 7
Сведения о нейтральных вставках
Шифр дороги 01
Шифр участка 001
Признак конца макета № макета № перфо- карты Расстояние, км, от началч участка до начала нейтральной вставки с точностью дп 0.01 км Длина вставки, и
1 зн. 1 зн. 3 зн. 5 зн. 3 зн.
1 2 3 4 5
8 7 001 03918 050
08143 050
11743 050
ооооо ООО
00000 ООО
ооооо 000
ооооо 000
888 ооооо 000
Таблица 46
Форма 8
Сведения о пунктах пробы тормозов на участке
Шифр дороги 01
Шифр участка 001
Признак конца макета .V* макета № перфо- карты Длина поезда, м Код кривой, где нужна проба тормоэон Расстояние, км, от начала участ- ка до пункта пробы тормозов С ТОЧНО.'ТЬЮ до 0.01 км
1 зн. 1 зн. 3 зн. 4 зн. 1 зн. 5 зн.
1 2 3 4 5 6
8 8 001 0800 1 00880
0 ооооо
0 ооооо
0 00(ХЮ
0 ооооо
0 ооооо
0 ооооо
0 ооооо
293
t г a t i u i? м * » n ’г n ж л м >j it >» w •* « 41 « м w v s< w '• « *’ »» * *• ’° 4 4 9 «
I II I II II ПН II II I III II lllllll II I II III llllll
I I I I III I" I ' II ' • | - nr I I I
;?ШШ»>| ??: • I '»’?| )??» I il>>!:: i: i:. >
ШИ Hill .lJ)||ni|!)ll'lll.’lJHIMJ)U|i!U>|i»ll!>MIIIOI’
i iiui(«IN<<l4i|ui<lit|i«u«ul<l«4i4<iU<u«uiUuaiu«ui|:i4i«iu<ll
* И ||iS,-.Sibil
al;»!» '1 '*jj .‘IH'li f!t4UIHihi»4i|hH4i ИШИШНН1ННИНШНЬ
г
Рис. 190. Перфокарта с информацией о профиле пути
8,8 км от начала участка только для движения по основному (безос-
тановочному) варианту.
При необходимости информацию дополняют сведениями о распо-
ложении тяговых подстанций, сигналов и т. д. (для специальных рас-
четов) .
Все формы необходимо заполнять тщательно без ошибок, так как
каждая ошибка приведет или к прекращению выполнения расчета,
или к неправильному результату расчета. Для этого после заполнения
форм их нужно внимательно проверять.
С форм 0 8 информация переводится на 80-колонковые перфокар-
ты в соответствии с макетами. В каждой из колонок обязательно долж-
на быть только одна пробивка. Если информации нет, то в соответст-
вующей колонке пробивается нуль.
На рис. 190 показана для примера первая перфокарта формы I
(см. табл. 39): в колонках I и 2 пробит шифр дороги (в нашем примере
он условно назван 01); в катонках 3, 4 и 5 пробит шифр участка
001; в колонке 6 — признак конца макета 0 (так как за первой перфо-
картой следуют остальные перфокарты формы 1); в колонке 7 пробит
номер макета I; в качонках 8, 9 и 10 пробит номер карты 001; в колон-
ках II, 12, 13 и 14 указана длина первого элемента профиля пути —
211 м (пробито 0211 — смотри первую строку формы I в табл. 39);
в колонке 15 знак уклона — пробита I. соответствующая подъему;
в колонках 16, 17 и 18 пробита крутизна уклона (ММ (0.4°/м).
Таким образом, пробивка в катонках II 18 характеризует пер-
вый элемент профиля пути. Аналогично пробивки в колонках 19—26
характеризуют второй элемент профиля пути, пробивки в колонках
27 34 третий элемент, пробивки в катонках 35 42 четвертый
элемент прсхриля пути, в катонках 43 50 пятый, в колонках 51 -
58 шестой, в катонках 59 66 седьмой и в катонках 67 74 -
восьмой элемент профиля пути. В колонках 75 80 информации пет
пробиты нули.
Аналогично пробивают перфокарты по данным других форм
294
Информация о локомотивах содержит все необходимые Данные (>
локомотивах, нспо м> чуемые в расчетах. Она хранится на вычислитель-
ных центрах в виде библиотеки, в которой ио присвоенному локомо-
тиву номеру можно найти информацию для нужного локомотива и
ввести ее в вычислительную машину. Такая информация о локомоти-
вах включает в себя:
I) шифр (серию) локомотива или электро- или дцзель-поезда;
2) расчетную массу локомотива, т;
3) расчетную и конструкционную скорости, км/ч;
4) характеристики сил удельного основного сопротивления двц.
жению в режимах тяги и холостого хода, Н/кН, в виде полиномов не
выше второй степени (используются формулы, приведенные ц главе
«Сопротивление движению поезда»);
5) расчетный коэффициент сцепления;
6) тяговые характеристики локомотива для различных позиций
в виде таблиц с указанием координат точек, между которыми кривая
может быть заменена прямой линией. Значения силы тяги задаются в
тоннах силы или ньютонах;
7) нормы допустимого превышения температуры обмоток тяговых
электрических машин.
Кроме того, при электрической тяге на постоянном токе указы-
вают:
а) напряжение на токоприемнике, В;
б) токовые характеристики электровоза /»(о) и тягового элек-
тродвигателя /д (v) для различных позиций в виде таблиц;
в) тепловые характеристики тягового электродвигателя при двц.
женин под током т„ (/д) и Т (/я) в виде таблиц и характеристику Тх
при холостом ходе (/д — 0);
г) тормозные и токовые характеристики рекуперативного и реостат-
ного торможения при расчетах с использованием электрического тер.
можения.
Кроме информации по нп. I 7. при электрической тяге на пе-
ременном токе указывают
а) напряжение на токопрпем шке. В;
б) токовые характеристики /л (у) и /Ja (и) для различных позиций
в виде таблиц;
в) тепловые характеристики тягового электродвигателя при двц.
женин под током тж (/д) и Т (/д) в виде таблиц и характеристику 7\
при холостом ходе (/ д == 0);
г) тормозные и токовые характеристики рекуперативного и рео-
статного торможения при расчетах с использованием электрического
торможения.
При тепловозной тяге и дизель-поездах, кроме информации п0
пп. I—7, указывают:
а) характеристики расхода топлива G (и) в режиме тяги д1я раз-
личных положений рукоятки контроллера в виде таблиц;
б) характеристику расхода топлива gt на холостом ходу;
в) токовые характеристики генераторов /г (о) для различных
положений рукоятки контроллера в виде таблиц;
2%
г) тепловые характеристики тж(/г) и Т (/Р) генератора при дни
жении в режиме тяги в виде таблиц и характеристику 7\ при /, - О
Информация о составах содержит все необходимые для тяговых рас-
четов сведения о всех типах вагонов, используемых на сети железных
дорог. Она хранится на вычислительных центрах и состоит из данных
о различных типах вагонов и о составах с разным процентным соот-
ношением вагонов в них в виде библиотеки, в которой каждому виду
состава присвоен определенный номер. Общая информация о составах
включает в себя:
I) характеристики удельного основного сопротивления движению
для различных типов вагонов (при движении по звеньевому или бес-
стыковому пути);
2) удельное сопротивление при трогании состава;
3) характеристики расчетного коэффициента трения тормозных
колодок о бандажи для разных типов колодок.
Кроме того, необх%чима нормативная информация, содержащая:
а) таблицы дополнительного сопротивления движению поезда
от встречного и бокового ветра и при низких температурах наружного
воздуха;
б) нормативы регулировочного торможения;
в) таблицы снижения горизонтальной линии скорости на затяж
вых спусках относительно допустимых скоростей До в зависимости от
крутизны спуска;
г) нормы времени подготовки тормозов к действию;
д) нормативы, определяющие порядок проведения проверки тормо
зов на эффективность: наибольшее снижение скорости поезда в резуль
тате пробного торможения, наименьший допустимый уровень скорости
перед отпуском тормозов, время отпуска тормозов.
Информация, характеризующая определенный вид состава, встре-
чающегося на сети, и хранящаяся в библиотеке составов, включает
в себя:
а) значение допустимой скорости по состоянию состава, км/ч;
б) расчетный тормозной коэффициент поезда и степень его исполь-
зования;
в) процентное содержание вагонов (по массе) с различными харак-
теристиками удельного основного сопротивления движению и указа-
нием массы вагона тв или массы, приходящейся на ось тпо;
г) тип тормозных колодок, применяемых в составе;
д) значение дополнительного сопротивления от подвагонного ге-
нератора;
е) указание о том, какие из нормативных данных таблиц следует
использовать для данного вида состава.
Тяговый расчет на ЭВМ проводят в соответствии с заданием, в ко-
тором указывают шифр участка, библиотечный номер локомотивов
(основного и используемого в качестве дополнительной тяги, напри-
мер, толкача), число секций или локомотивов, процент использования
мощности и диапазон используемых при расчете позиций, массу со-
става и его библиотечный номер, показатели, определяющие начало,
окончание и условия проведения расчета.
296
Информация об участке, локомотиве и составе вводится в машину
и хранится в памяти ЭВМ. Программа первичной обработки информа-
ции контролирует наличие всех перфокарт с исходными данными о
каждом участке; правильность следования перфокарт в массиве каж-
дого макета и макетов в общем массиве исходных данных, правиль-
ность заполнения форм, а следовательно, набивки перфокарт, отсутст-
вие противоречивых данных в перфокартах, нарушение последователь-
ности расположения мест ограничения скорости и т. д.
ЭВМ в соответствии с разработанной программой решает (инте-
грирует) уравнение движения поезда при скоростях менее 15- -25 км/ч
через интервалы скорости (шаги), равные обычно 5 км/ч. При более
высоких скоростях расчет ведут по изменению пути при шаге As,
равном длине каждого элемента профиля пути или его части.
В программе предусматриваются следующие режимы движения
поезда. Если в начале шага скорость меньше допустимой, то выбира-
ется режим тяги, обеспечивающий наибольшее приращение скорости.
В том случае, когда при электрической тяге на данном отрезке пути
находится нейтральная вставка, будет выбран режим выбега. По до-
стижении допустимой скорости плопна элементе профиля проводит-
ся выбор из двух смежных режимов (ослабленное и нормальное воз-
буждение или нормальное возбуждение и выбег и т.д.), которые обес-
печат при их чередовании движение со средней скоростью, близкой к
допустимой. Па «вредном» спуске при увеличении скорости до идоп —
— Ду (Ду см. табл. 28) осуществляется переход на выбег, а после до-
стижения скорости удо„ применяется регулировочное торможение для
движения со средней скоростью уср — идоп — Лу. Чередование режи-
мов торможения и выбега дает пилообразную линию изменения скоро-
сти ПЛ—Х/Х (пила холостого хода).
При использовании рекуперативного или реостатного торможения
выбирается характеристика, соответствующая скорости уср — удоп —
— Ду. Если за «вредным» спуском следует тяжелый подъем, предпо-
лагается, что поезд выходит на него с максимально возможной ско-
ростью.
Программа предусматривает выдерживание ограничения скорости
с учетом длины поезда, проверку тормозов на эффективность, выпол-
нение по заданию, кроме основного варианта, еще трех вариантов
расчета, отличающихся предупреждениями о допустимых скоростях.
В том случае, когда возникает недопустимый нагрев обмоток тяго-
вых электродвигателей, применяются более низкие ступени ослабле-
ния возбуждения и полное возбуждение на всем перегоне, на котором
получено превышение допустимой температуры нагрева, или на его
части.
Расчет проводится при любых заданных начальных значениях ско-
рости и превышениях температуры тяговых электродвигателей (гене-
раторов).
Результаты расчета выдаются на печать. Программой предусмо-
трена печать результатов расчетов по перегонам, а также печать по
каждому шагу. В табл. 47 и 48 приведены в качестве примера результа-
ты тягового расчета для электровоза ВЛ60к с составом массой 3300 т
297
Таблица 47
ДОР. УЧ. МАССА СОСТАВ VHA4. Т НАЧ. ПЕРЕГР. % ВАГ. Ф-ЛЫ QO
01 001 3300 Г 96 40.0 25, ,0 60 | 6 17,5
40 3 8 18.5
S НАЧ = 260,320 км НАЧ. Р. П.-1 КОД ЛОКОМОТИВ СЕКЦ. МОЩ.
0000 1ВЛ60К 1.00 1.00
I. ДВИЖЕНИЕ БЕЗ ОСТАНОВОК
2. РАЗГОН ОТ ОСТАНОВКИ
3. ДВИЖЕНИЕ К ОСТАНОВКЕ
V ДОП. РЕЖИМ S ШАГА > Т МИН ЭЛ-ЭН ТЕМП. ток д РЕЖ ИМ SU1ATA > Т мин эл-эн РЕЖИМ $ ШАГА > Т МИН
Печать по шагам интегрирования для перегонов от начала участка до раздельного пункта ) I и итоговые значения по этим перегонам пропущены
-1.1 40.25 РАЗГОН 373.253 40.0 0.0 2 68,44 576 РАЗГОН 373.248 5.0 0.2 4
РАЗГОН 373.253 6.0 0.2 6
РАЗГОН 373.281 11,0 0.4 12
РАЗГОН 373.327 16,0 0.6 20
РАЗГОН 373.393 21.0 0.9 30
РАЗГОН 373,432 23,4 1.0 36
РАЗГОН 373.462 25.0 1 .0 40
— 4,7 40,25 ВЫБЕГ 374.065 38.8 1.3 2 66.74 ВЫБЕГ 374,065 24,3 2.5 40
ВЫБЕГ 374.110 25.0 2.6 40
ВЫБЕГ 374.120 39.3 1.3 2 66.63 ПЛ Х/Х 374.120 25.0 2.6 40
РАЗГОН 374.237 44.0 1.5 15 67.25 574 РАЗГОН 374.156 27.4 2.7 45
РАЗГОН 374.371 48.6 1.7 30 67.86 564 РАЗГОН 374.234 31,9 2.9 55
-4.7 75 РАЗГОН 374,523 53.4 1.9 47 68.51 674 РАЗГОН 374,327 36,5 3.0 66
РАЗГОН 374.612 35.9 2.0 57 68.96 618 РАЗГОН 374,371 38.5 3, 1 71
РАЗГОН 374.486 43. 1 3.3 84
РАЗГОН 371.523 44.5 3.3 89.
374,735 РАЗГОН 374,612 4 7.6 3,5 99?
33. ОП1 58.8 2, । 68 69.31 522 РАЗГОН 374,735 51.6 3.6 1 12
33. ОП2 375. 1 1 1 60,9 2.5 103 70.60 566 РАЗГОН 375.111 55.4 4.0 154
3.9 75 33. 0112 375.563 62,8 2.9 142 71 , 90 540 33. ОП1 375.337 56.8 4.3 177
33. ОП1 375.563 58.0 4.5 198
33. ОП2 375,789 59.5 4.7 220
33. ОП2 376.013 64,3 3.3 179 72,97 520 33. ОП2 376,015 60.8 5.0 24 1
33. ОП2 376.140 66,5 3.4 189 73,21 498 33 ОП2 376,140 63.4 5.1 251
-4.7 75 33. ОП2 376.433 71 . 1 3.7 208 73.59 4 57 33. ОП2 376,267 65.7 5.2 261
-4.7 90 33. ОП2 ТОРМОЗ 376.601 73.2 3.8 218 73,74 4 25 33. ОП2 376.433 68.5 5.3 273
376,792 68.7 1 , о 218 73,51 33. ОП2 376.<-04 71.0 5.5 284
ТОРМОЗ 376,890 66.2 4.1 218 73,38 33. ОП2 376,664 71.8 5.5 288
ТОРМОЗ 377.061 61.5 4.3 218 73, 14 ТОРМОЗ 376,792 6 8.7 5.7 288
ТОРМОЗ 377.215 56,8 4.4 218 72.91
4.3 90 ТОРМОЗ 377.269 53.9 4.5 218 72.83
4.3 90 ТОРМОЗ ТОРМОЗ ТОРМОЗ ТОРМОЗ ТОРМОЗ ТОРМОЗ ТОРМОЗ ТОРМОЗ ТОРМОЗ 377.350 377 400 377.435 377.496 377.548 377.572 377,594 377.613 377.630 49.3 46. 1 43.7 39.0 34.5 32, 1 29.7 27.3 25.0 4.6 4.6 4.7 4.8 4.8 4,9 4.9 5.0 5.0 218 218 218 218 218 218 218 218 218 72.69 72.60 72.53 72.4 1 72.28 72,22 72.16 72.10 72.04
4.,S 25 13 поз. 13 ПОЗ. 13 ПОЗ. 13 ПОЗ. 377.811 37 .976 378.224 378.471 24,0 23,3 22.8 22,5 5.5 5.9 6.б 7.2 227 236 251 266 71.96 71.99 72.14 72,37 318 340 355 367
0.0 25 РАЗГОН ВЫБЕГ 378,518 378.671 24.9 23.9 7,3 7,7 272 272 72.85 72.31 606
—0.3 25 РАЗГОН 378.694 25.0 7.7 275 72.53 604 РАЗГОН ВЫБЕГ ТОРМОЗ ТОРМОЗ ТОРМОЗ ТОРМОЗ ТОРМОЗ ТОРМОЗ ТОРМОЗ 378,694 378.929 378.932 378,948 378,962 378,974 378.984 378,992 378.998 25,0 23,8 23.4 21. 1 18,8 16,5 14.3 12.1 10.0 0. 1 0.6 0.6 0.7 0.7 0.8 0.8 0.8 0.9
ВЫБЕГ 379.010 23,4 8.5 275 71,40 ТОРМОЗ ТОРМОЗ 379,007 379.010 5.0 0.0 1.0 1.0
Р. п. L ПЕРЕГ. S Р. П. V Т Т НА ТГ. ЭЛ . ЭН ТЕМП/Р, П ТЕМП. МАХ НА S
12 5770 379,010 23.4 8.6 4.9 275 71.4 73.74 376,60
РАЗГОН 23,4 1,7 69
ЗАМЕДЛ. 0.2
ДОР. УЧ. МАССА СОСТАВ V НАЧ. Т ИАЧ. ПЕРЕГР. 109 мин 4528 кВт ч
01 001 3300 Г 96 40,0 25.0 142 мии 6244 кВт-ч
Таблица 48
ДОР. УЧ. МАССА СОСТАВ V НАЧ Т НАЧ. ПЕРЕГР. % ВАГ. Ф-ЛЫ Q О
01 001 3300 Г 96 40,0 25,0 60 1 6 17.5
40 3 8 18,5
S НАЧ = 26О.32О км НАЧ. Р. П. = 1 КОД ЛОКОМОТИВ СЕКЦ. МОЩ.
0000 1ВЛ6ОК 1.00 1,00
Е а L ПЕРЕГ. S Р. п. > Т НА ТГ. 5 м. лок. М СОПР. * М ТРМ ТЕМП/Р. П. ТЕМП. НА МАХ S
2 10270 270,59 42,1 13,7 10,5 851 271 60 99 66,96 69,38 269,12
РАЗГОН 42,1 0,9 81 21 0 0
ЗАМЕДЛ. 0,8 0 1 —2 -30
3 15400 285.99 80,0 12,8 3,tJ 238 77 125 93 60.48 72,03 272,02
РАЗГОН 80,0 1.5 91 24 —2 0
ЗАМЕДЛ. 1.6 —4 —5 88
4 12300 298,29 63.3 10,5 8.6| 644 208 97 5 75,17 75,17 298,29
РАЗГОН 63,3 2.1 255 78 —8 —5
ЗАМЕДЛ. 0.3 — 19 —1 35
5 13810 312,10 39.7 11,9 7,3 563 181 110 74 78,63 78,80 312,01
РАЗГОН 39.7 1.9 152 44 —7 2
ЗАМЕДЛ. 0.3 -5 0 18
6 15400 327,50 78.7 14.3 9.7 70S 229 118 31 32,88 87,09 317,41
РАЗГОН 78,7 0.9 84 22 0 0
ЗАМЕДЛ, 1.4 —1 —5 90
7 13040 340,54 ъ.1 10,3 6,2 412 136 108 28 78,84 82,88 327,61
РАЗГОН 75,3 2,5 219 66 —В —3
ЗАМЕДЛ. 1.2 —13 -4 75
8 12890 353,43 «0,0 9.3 5,0 316 105 111 11 72,95 79,26 342,49
РАЗГОН 30,0 2.1 227 66 -8 —6
ЗАМЕДЛ. 1.5 — 10 —6 94
9 8140 361,57 78,4 5,8 2,9 163 55 75 27 68,92 72,96 353,43
РАЗГОН 78,4 2.3 261 79 —11 -3
ЗАМЕДЛ. 1.6 6 -7 97
10 6680 368.25 54.4 5,1 3.1 185 62 58 56 67,27 69,10 362,03
РАЗГОН 54,4 3.0 210 61 — 12 — 17
ЗАМЕДЛ. 1.2 -9 —4 38
11 4990 373,24 39,6 6,6 2,2 186 59 30 102 68,36 71.43 370,00
РАЗГОН 39,6 0.9 69 18 —1 -20
ЗАМЕДЛ. 1.8 —5 —2 21
12 5770 379,01 23.4 3.5 4,3 275 87 35 65 71,40 73,74 376,60
РАЗГОН 23,4 1.7 69 17 —2 -3
ЗАМЕДЛ. 0.2 8
ДОР. УЧ. МАССА СОСТАВ V НАЧ Т НАЧ. ПЕРЕГР. 1471 927 591
01 001 3300 Г 96 40,0 25.0 1908 831 1063
300
для участка, условно обозначенного 001 на основании информации об
участке, приведенной в табл. 38—46.
Перед результатами расчета печатается задание на расчет: шифры
дороги (в нашем примере 01) и участка (001); масса состава (3300 т);
условный номер состава Г 96; начальная скорость — V НАЧ. (на стан-
ции А принята 40 км/ч); начальное превышение температуры обмоток—
Т НАЧ. ПЕРЕГР. (на станции А принята 25 °C); процент вагонов:
60% четырехосных вагонов на подшипниках скольжения — условный
номер формул сопротивления движению 1,6 — с массой, приходящей-
ся на ось, 17,5 т и 40% четырехосных вагонов на роликовых подшип-
никах — условный номер формул 3,8 с массой, приходящейся на ось,
18,5 т.
Ниже указана координата начала участка S НАЧ. = 260,32 км,
начальный раздельный пункт (НАЧ.Р.П. — 1); затем код (условно
0000), число и серия локомотива (ЛОКОМОТИВ 1ВЛ60*), число секций
(СЕКЦ. 1.00) и использование мощности локомотива (МОЩН. 1.00 —
полное использование).
В табл. 47 показаны результаты расчета по каждому шагу инте-
грирования по перегону ДМ (от 11-го до 12-го раздельного пункта).
Машина печатает в колонках следующие величины (по порядку):
a) I0.',» — профиль пути (в верхней строке — спуск 1,1’/оо);
б) V ДОП. — ограничение скорости по главному и боковому пути
(в верхней строке — по главному пути 40 км/ч, а при трогании с бо-
кового пути — 25 км/ч);
в) РЕЖИМ — режим работы: разгон, следование по характери-
стике, например на 33-й позиции при ослабленном возбуждении ОВ2
(ЗЗ.ОП2), выбег, тормоз, чередование режимов, например, ПЛ Х/Х;
г) S ШАГА — километры пути в конце шага;
д) V — скорость в койне шага, км/ч;
е) Т .МИН — время в конце шага, мин;
ж) ЭЛ-ЭН — расход электрической энергии, кВт’Ч (или топлива
тепловозом) в конце шага нарастающим итогом в пределах перегона
(иногда их приводят только в итоговых данных по перегону);
з) ТЕМПЕР. — превышение температуры тяговых электродвига-
телей (или тяговых генераторов) в конце каждого шага;
и) ТОК Д — средний ток тягового электродвигателя, А.
Графы по пп. в—и относятся к движению без остановок. Далее
идут колонки, относящиеся к разгону от раздельного пункта (в нашем
примере от 11-го), в следующем порядке: режим, километры пути,
скорость, время, расход электрической энергии или топлива. Послед-
ние четыре колонки относятся к торможению перед раздельным пунк-
том (в нашем примере — перед 12-.м). Здесь указаны: режим, кило-
метры пути, скорость, время.
В конце расчета под штриховой линией приведены следующие ито-
говые значения величин по перегону:
Р.П. 12—номер раздельного пункта (12);
L ПЕРЕГ. — длина перегона, м (5770 м);
S Р.П. — координата раздельного пункта, км (379,01 км);
301
V скорость при прохождении оси раздельного пункта при без-
остановочном движении и под ней при разгоне с предыдущего раздель-
ного пункта (на раздельном пункте 12 скорости в обоих случаях рав-
ны 23,4 км/ч);
Т —- время хода, мин, — три значения: верхний — при безоста-
новочном движении (8,5 мин), под ним—при разгоне (1,7 мин) и в
нижней строке — при торможении (0,2 мин);
Т НА ТГ. время движения в режиме тяги, мА» (4,9 мин);
ЭЛ-ЭН — расход энергии (или топлива): в верхней строке при
безостановочном движении (275 кВт-ч), под ней - при разгоне с пре-
дыдущего раздельного пункта (69 кВт-ч);
TEMI1 Р.П превышение температуры обмоток тяговых электро-
двигателей на осн раздельного пункта (71,4 °C);
ТЕМП .MAX HAS наибольшее превышение температуры обмо-
ток тяговых электродвигателей на перегоне (73.74 °C) и километр, на
котором была получена эта температура (376,6 м).
В связи с тем что раздельный пункт 12 на участке последний,
вслед за итоговыми значениями по перегону приведены итоговые вели-
чины по участку. Перед ними повторено задание на расчет и печатают-
ся: итоговое время хода по участку при безостановочном движении
(109 мин) и расход энергии (4528 кВт-ч). В нижней строке приведено
время следования по участку с разгонами и замедлениями на каж-
дом раздельном пункте (142 мин) и расход электрической энергии
(топлива) при движении с остановками (6244 кВт-ч).
В табл. 48 показаны результаты решения уравнения движения по-
езда по каждом) из 11 перегонов. Здесь, кроме значений, приводимых
в итоговых расчетах по каждому перегону, печатаются данные для
энергетических расчетов:
М.1ОК. -тонно-километры, выполняемые локомотивом;
М COUP тонно-километры, полученные в результате действия
сил сопротивления движению;
М ТРМ тонно-километры при действии тормозных сил. Эти
данные приведены при безостановочном движении (верхняя строка
для каждого перегона), при разгонах (средняя строка) и при торможе-
ниях (нижняя строка).
В конце габл. 48 приведены iitoi овые данные, аналогичные итогами
в табл. 47, и кроме того, тонно-километры электровоза при тяге поезда
(1471 и 1908), приходящиеся на преодоление сил сопротивления (927
и 831) и при торможениях (591 и 1063), сверху для безостановоч
ного движения и внизу для движения с остановками.
Кроме нулевого варианта, машина может выполнить расчет еще
по трем вариантам, предусмотренным формой 6 (см. табл 44) В на
щем примере такие варианты не были заданы.
Данные расчетов, выполненные на ЭВМ, используют для разра
боткн графика движения поездов, определения расхода электриче-
ской энергии или топлива, «щенки использования мощности локомоти-
ва и решения других задач, связанных с эксплуатацией локомотивов
и движением поездов.
:«Й
ГЛАВА 15
ИСПЫТАНИЯ ЛОКОМОТИВОВ
87. Испытания тяговых электродвигателей и генераторов
Виды испытаний. В соответствии с ГОСТ 2582-81* тяговые элек-
тродвигатели, тяговые генераторы и вспомогательные электрические
машины проходят приемо-сдаточные, периодические, типовые, квали-
фикационные и ресурсные испытания, при которых проверяется каче-
ство изготовления и соответствие основных параметров этих электриче-
ских машин предъявленным к ним требованиям.
Приемо-сдаточным испытаниям подвергают каждую готовую элек-
трическую машину. При этих испытаниях тяговых электродвигателей
и тяговых генераторов выполняют:
измерение сопротивления обмоток постоянному току в практически
холодном состоянии;
испытание на нагревание в течение I ч или другого эквивалентно-
го режима;
проверку частоты вращения и реверсирования при номинальных
напряжении, токах нагрузки и возбуждения для электродвигателей
или проверку при номинальной частоте вращения номинального на-
пряжения, соответствующего продолжительному режиму при наимень-
шем и наибольшем напряжении для тяговых генераторов;
испытания на повышенную частоту вращения;
проверку электрической прочности витковой изоляции;
проверку биения коллектора;
проверку коммутации;
измерение сопротивления изоляции относительно корпуса машины
и между обмотками;
испытание электрической прочности изоляции обмоток относи-
тельно корпуса машины и между обмотками;
проверку уровня вибрации.
Периодические испытания проводят не реже одного раза в два года.
Кроме объема приемо-сдаточных испытаний, программой периодиче-
ских испытаний предусматривается:
определение тока часового или другого кратковременного режима,
соответствующего превышению температуры при работе электрической
машины в номинальном режиме;
построение сетки кривых нагревания и охлаждения тяговых элек-
трических машин;
снятие скоростных характеристик при номинальном напряжении
или мощности на выводах двигателей (при заданной зависимости пита-
ющего напряжения от тока якоря) и всех рабочих ступенях регулиро-
вания возбуждения для двигателей и нагрузочных характеристик при
зоз
различных токах нагрузки до 1,5 номинального тока для генераторов
и для двигателей при токах якоря 0; 0,5; 1,0; 1,5 номинального и то-
ках возбуждения от 0,25 номинального до наибольшего;
снятие кривых распределения межламельных напряжений по ок-
ружности коллектора;
определение характеристики полного напора охлаждающего воз-
духа перед входом в камеру машины в зависимости от расхода проду-
ваемого воздуха для машин с независимой вентиляцией;
определение потерь и к, п. д.;
испытания на пуск;
испытания на влагостойкость;
измерение массы.
Т иповые испытания проводят после внесения изменений в конструк-
цию, рецептуру материалов или технологию изготовления электри-
ческих машин. В процессе типовых испытаний тяговых электродвига-
телей и тяговых генераторов дополнительно к периодическим испыта-
ниям проводят следующие работы:
определение характеристик затухания магнитных потоков глав-
ных и добавочных полюсов электрических машин электровозов;
определение индуктивностей обмоток электрических машин элек-
тровозов;
испытание на холодостойкость при эксплуатации;
испытание па вибростойкость;
проверка степени защиты.
Квалификационные испытания проводят при выпуске электриче-
ских машин новых типов и при освоении их производства другим заво-
дом-изготовителем примерно в том же объеме, что и при проведении
типовых испытаний.
Ресурсные испытания проводят на электрических машинах уста-
новочной серии или при изменении конструкции, материалов, техно-
логии изготовления, влияющих на ресурс. При этих испытаниях про-
веряют износ трущихся и сопрягаемых поверхностен составных частей
машин, определяют их ресурс до восстановительного ремонта, оцени-
вают вибропрочность машин, их несущих элементов и основных сбо-
рочных единиц, испытывают на тепловое старение изоляции и опре-
деляют ее ресурс.
Порядок проведения испытаний. Тяговые электродвигатели и тя-
говые генераторы испытывают обычно на стенде методом взаимной на-
грузки, при котором две однотипные тяговые машины с одинаковыми
номинальными данными соединяют между собой на стенде механиче-
ски и электрически, причем испытуемый электродвигатель Л1 (рнс.
191) работает в режиме электродвигателя, а второй — Г — в режиме
генератора. .Метод взаимной нагрузки удобен для испытаний, так как
уменьшает расход электрической энергии из сети и не требуется уста-
новок для поглощения энергии, вырабатываемой генератором.
В цепь тяговых электродвигателей последовательно включена
вольтодобавочная машина ВДМ, а параллельно тяговому электродви-
гателю Л1 и обмоткам возбуждения обоих электродвигателей Г и М —
линейный генератор ЛГ. Обе эти машины (ВД.М и ЛГ) приводятся
304
0 вращение не показанными на
рисунке электродвигателями. Ли-
лейный генератор Л Г имеет мощ-
ность около 8- 10 “<> мощности
Рнс. 191. Принципиальная электри-
ческая схема испытаний тяговых
электродвигателей по методу взаим-
ной нагрузки
испытуемого электродвигателя и
рассчитан на напряжение, не-
сколько большее номинального на-
пряжения тягового электродвига-
теля.
При пуске и разгоне оба тяго-
вых электродвигателя на стенде
питаются от линейного генератора
на холостом ходу при невозбужденной вольтодобавочной машине.
С увеличением э. д. с. вольтодобавочной машины сумма э. д. с. тя-
гового электродвигателя Г и вольтодобавочной машины превысит
э. д. с. тягового электродвигателя Л1, вследствие чего электродви-
гатель Г перейдет в генераторный режим и будет питать элек-
трической энергией электродвигатель Л1, который будет вращать
якорь электродвигателя Г. Дальнейшее увеличение э. д. с. ВДМ при
водит к большей разнице э.д. с. тяговых электродвигателей и увеличе-
нию тока /, замыкаемого по цепи: обмотки якорей Г. ВДМ, обмотки
возбуждения электродвигателей Г и Л1. обмотка якоря электродвига-
теля Л1. Таким образом, изменяя э.д.с. ВДМ. можно регулировать
нагрузку испытуемого тягового электродвигателя.
Вольтодобавочная машина ВДМ покрывает электрические потери
обоих тяговых электродвигателей. Ее мощность составляет 10—12%
мощности испытуемого электродвигателя. Механические и магнитные
потери в обоих тяговых электродвигателях покрывает линейный ге-
нератор ЛГ.
Электрические тяговые машины постоянного и пульсирующего
тока и тяговые генераторы, рассчитанные на часовую мощность, ис-
пытывают на нагревание при этой мощности и номинальных парамет-
рах (напряжение, охлаждение).
Тяговые электродвигатели с независимой вентиляцией испытывают
при расходе охлаждающего воздуха, равном 1СМ), 75 и 50% номиналь-
ного. Температуру обмоток определяют по их сопротивлению. Сетку
кривых нагревания и охлаждения тяговых электродвигателей снимают
поочередно для каждого значения тока в пределах от 40 до 160% но-
минального. продувая охлаждающий воздух (независимое охлажде-
ние) в объеме 100, 75 и 50% номинального и без вентиляции.
Расход продуваемого через электродвигатель воздуха проверя-
ет в процессе испытания электродвигателя на стенде. При этом изме-
рительную трубку с микроманометром устанавливают на тяговый элек-
тродвигатель со стороны коллектора и одновременно измеряют коли-
чество поступающего к нему воздуха. Характеристика зависимости
статического напора от количества воздуха необходима для определе-
ния объема воздуха, проходящего через электродвигатель, установлен-
ный на электровозе.
305
Для снятия скоростных характеристик при номинальном напря-
жении или мощности на электродвигателе измеряют частоты враще-
ния при токах нагрузки 0; 0,5; 1,0; 1,5 номинального тока при полном
возбуждении и всех рабочих ступенях его ослабления. Для генерато-
ров снимают нагрузочные характеристики при разных токах нагруз
ки до 1.5 номинального тока.
Испытания на повышенную частоту вращения якорей тяговых элек-
тродвигателей проводят в течение 2 мин на холостом ходу при нагре-
той машине и скорости, превышающей на 25% наибольшую частоту
вращения Если электродвигатели при работе на локомотиве постоян-
но соединены последовательно, то эту скорость вращения увеличивают
до 35%. После испытаний в электродвигателе не дат ж но быть никаких
изменений, влияющих на его работоспособность.
В процессе приемо-сдаточных испытаний коммутацию проверяют
в течение 30 с при следующих режимах: при номинальном напряжении
и двойном часовом токе якоря при полном или нормальном возбужде-
нии; наибольшем напряжении, наибольшей частоте и наименьшей сте-
пени возбуждения; при наибольших напряжении и пусковом токе и
наименьшей степени возбуждения. Тяговые электродвигатели, питаю
щиеся от главного генератора тепловоза, проверяют в течение 30 с
при наибольшем токе якоря и напряжении, определяемом номиналь-
ной характеристикой генератора при полном возбуждении; наиболь-
шем напряжении и токе, определяемом номинальной характеристикой
генератора при наименьшей степени возбуждения. Если при этих ис-
пытаниях степей ьнскрения не превышает 1 V, балла по ГОСТ 183— 74,
не возник круговой огонь, не было остаточных деформаций и механи-
ческих повреждений коллектора и щеткодержателей и они пригодны
для дальнейшей работы без очистки или какого-либо исправления, то
коммутацию машины считают удовлетворительной.
Зону наилучшей (безыскровой) коммутации определяют при неиз-
менной частоте вращения машины и изменении тока в обмотках доба-
вочных пат юсов.
Электрическую прочность изоляции тяговых электродвигателей
электроподвижного состава проверяют при напряжении между об
моткой и корпусом, равном 2.25(7 4- 2000 В, а для главных генера-
торов и тяговых электродвигателей тепловозов и дизель-поездов
2U + 1000 В, но не менее 1500 В (где U номинальное напряжение)
Эти напряжения изоляция должна выдерживать в течение 1 мин. При
повторных испытаниях на подвижном составе испытательное напряже-
ние снижают на 15%. Электрическую прочность витковой изоляции
проверяют в течение 5 мин напряжением 1,5 номинального.
Сопротивление нзатяции обмотки относительно корпуса или изо-
ляции между обмотками измеряют мегаомметром при нагретой ма-
шине. При номинальном напряжении U свыше 400 до 1000 В сопро-
тивление обмотки относительно заземленных частей датжно быть не
менее 2.5 МОм; свыше 1000 до 1500 В не менее 3,0 МОм; свыше 15(Ю
до 2000 В не менее 4.0 МОм; свыше 2000 до 4000 В — не менее
5.0 МОм
306
Сопротивление изоляции обмоток при испытании на влагостой-
кость проверяют после пребывания их в течение 20 суток в гигростате
с относительной влажностью (95 ч- 3)%. При температуре (20 ±3) С
сопротивление изоляции должно быть не менее I МОм
Потерн и к. и. д. тягового электродвигателя при различных на-
грузках определяют по мощности, потребляемой установкой при ис-
пользовании метода взаимной нагрузки. Испытания тяговых электро-
двигателей пульсирующего тока, предназначенных для работы на
электроподвижном составе переменного тока со статическими преоб-
разователями. проводят при постоянном токе. Затем при питании элек-
тродвигателей пульсирующим током определяют пульсационные по-
тери при номинальном напряжении и учитывают их в к. и. д. тягово-
го элекгродвнгател я.
Пусковые испытания проводят при наибольших пусковых токах
при трогании Электродвигатель с заторможенным якорем должен вы-
держивать такой ток в течение 15 с четыре раза через пятиминутные
интервалы при условии попорота якоря после каждого испытания на
*/i полюсного деления в одном направлении. После испытаний на кол-
лекторе не должно быть следов иодгара пластин, которые не устраняют-
ся протиранием бензином (хотя и допускаются местные изменения
цвета пластин), остаточных деформаций и повреждений, препятствую-
щих дальнейшей его работе.
Работу тяговых электродвигателей проверяют при внезапном ис-
чезновении питающего напряжения в тот момент, когда электродвига-
тель потребляет ток. соответствующий часовой мощности, и восстанов-
лении питающего напряжения через I 1,5 с. Испытания проводят три
раза при наибольшем возбуждении и три раза при наименьшем с ин-
тервалом между испытаниями в несколько минут. При этом в момент
повторного включения напряжение должно быть не менее 1,2 номи-
нального. а в течение всего времени переходных процессов не ме-
нее 0.9 номинального. Тяговый двигатель должен выдержать эти ис-
пытания без круговых огней, подгораний коллектора, не устраняемых
протиранием бензином, и механических неисправностей, препятст-
вующих дальнейшей эксплуатации электродвигателя.
Влияние вихревых токов в магнитопроводе тяговых электродвига-
телей электровозов определяют по кривой затухания магнитного по-
тока после отключения тока возбуждения на вращающемся от друго-
го двигателя якоре с частотой 0,8 1,2 номинальной. Снятие кривой
затухания потока производят осциллографпрованнем напряжения на
зажимах электродвигателя при его работе на холостом ходу и неза-
висимом возбуждении при токах возбуждения О',5; 1,0; 1.5 номиналь-
ного.
Влияние потока главных полюсов на коммутацию проверяют в ге-
нераторном режиме на холостом ходу при четырех-пяти значениях
тока возбуждения и частотах вращения, соответствующих рабочему
диапазону напряжений.
Индуктивность обмоток определяют по сопротивлению перемен-
ной сосгавлюящей тока частотой 50 Гц, наложенной на постоянную
составляющую.
307
Уровень вибраций тяговых электродвигателей и испытания на
нибропрочность проводят на специальных стендах. При испытаниях
тяговых электродвигателей особенно под высоким напряжением сле-
дует строго выполнять требования техники безопасности.
88. Виды испытаний электроподчижного состава,
тепловозов и дизель-поездов
Локомотив в процессе создания проходит ряд испытаний для про-
верки соответствии его характеристик и работоспособности узлов
предъявленным требованиям. Опытный образец проходит следующие
виды испытаний: заводские, тягово-энергетические или тягово-тепло-
технические. путевые, динамические, прочностные н эксплуатацион-
ные.
При заводских испытаниях отдельные узлы и агрегаты локомоти-
ва (тяговые электродвигатели, дизели, главные генераторы, вспомо-
гательные машины, аппараты) проходят испытания на стендах, налад-
ку и проверку прочности. Затем проводятся контрол ьно-ходовые
испытания, после которых локомотив работает с поездами установлен-
ной массы при эксплуатационном пробеге не менее 5000 км. По окон-
чании этого пробега локомотив может быть заводом передан заказчи-
ку (МПС) для опытной эксплуатации или последующих испытаний.
Тягово-энергетические испытания электроподвижного состава или
тягово-теплотехнические испытания тепловозов проводят с целью
проверки соответствия основных данных локомотива заданным тех-
ническим условиям и для составления тягово-энергетических и тягово-
теплотехнических характеристик, а также для проверки отдельных
агрегатов и аппаратов.
Во время путевых испытаний определяют силы воздействия элек-
троподвижного сослана, тепловозов и дизель-поездов на верхнее строе-
ние пути. По полученным при путевых испытаниях значениям меха-
нических напряжений в рельсах, шпалах, балласте, на прямых и кри-
вых участках устанавливают наибольшие скорости движения по воз-
действию на путь.
При динамических испытаниях исследуют ходовые качества, ко-
лебания надрессорного строения электроподвижного состава, тепло-
воза или дизель-поезда, перемещения букс в раме, колебания и виля-
ния тележек относительно кузова и относительно пути на прямых
и кривых участках. Эти данные для локомотива новой серии сравни-
вают с аналогичными данными ранее выпущенных серий подвижного
состава.
При испытаниях на прочность исследуют напряжения в различ-
ных частях рам кузова и тележек в статическом состоянии, в движении
и при соударениях с различными скоростями. Напряжения опреде-
ляют с помощью проволочных датчиков или тензометров. Прочность
конструкции оценивают по абсолютным значениям напряжении в уз-
лах нового локомотива.
ЗОВ
По результатам тяговых, путевых и динамических испытаний вы-
полняют, если это требуется, необходимую доработку конструкции
локомотива.
В период эксплуатационных испытаний, проводимых при пробе-
гах 100—150 тыс км, проверяют надежность работы узлов, машин
и деталей локомотива, удобство ремонта и обслуживания, износо-
стойкость основных деталей Кроме того, наблюдают за выполнением
графика движения поездов и расходом электроэнергии или топлива.
При эксплуатации локомотива на участке в случае необходимо-
сти проводит тяговоэксплуатационные испытания с целью выработки
условий для более полного использования мощности и сцепного веса
локомотива на данном участке, проверки результатов тяговых расче-
тов. разработки передовых методов вождения поездов и определения
наиболее выгодных технико-эксплуатационных условий движения
поезда по участку, сравнения эксплуатационных качеств различных
серий локомотивов при работе на данном участке железной дороги,
а также для проверки отдельных усовершенствований подвижного
состава и определения их эффективности.
89. Тягово-энергегические, тягово-теплотехническид
и тягово-эксплуатационные испытания локомотивов,
электро- и дизель-поездоч
При тягово-энергетических испытаниях электроподвижного со-
става и тягово-теплотехнических испытаниях тепловозов и дизель-
поездов выполняют следующие работы:
определяют или проверяют тяговые характеристики;
снимают основные характеристики электрического торможения
в том случае, когда оно предусмотрено конструкцией электроподвиж-
ного состава;
проверяют распределение токов между параллельными ветвями
тяговых электродвигателей;
определяют коэффициент сцепления колес с рельсами в зависимо-
сти от скорости;
измеряют количество воздуха, проходящего через тяговые элек-
тродвигатели, и температуру их обмоток;
определяют нагревание обмоток вспомогательных машин;
определяют нагревание агрегатов преобразовательной установки
и оценивают эффективность их охлаждения (на электроподвижном
составе переменного тока и на тепловозах с электрической передачей
переменно-постоянного тока);
проверяют эффективность основных систем защиты оборудования
локомотивов;
проверяют нагревание пускового реостата при затяжном пуске
и маневровой работе электроподвижного состава постоянного тока;
оценивают плавность переходов с одной позиции на другую при
тяговом режиме и электрическом торможении с исследованием пере-
ходных режимов;
зо 9
определяют тормозные пути одиночно следующего локомотива с
применением прямодействующего тормоза и поездного тормоза;
определяют удельное сопротивление при движении под током и
без тока;
определяют или проверяют общий к. п. д.
Гягсюо-.эксплуатационные испытания обычно проводит с целью
определения масс поездов, установления критических масс, опенки
расхода энергии или топлива и выбора оптимальных режимов вожде
пня поездов, проверки времени хода, оценки использования сцепного
веса электровоза, проверки нагревания тяговых электродвигателей или
генераторов и проверки работы различного оборудования локомоти
вон. Обычно поездкам предшествуют технические расчеты, результаты
которых проверяют при испытаниях. Перед испытаниями тепловозов
и дизель-поездов проводят реостатные испытания
90. Проведение испытаний локомотивов,
электро- и дизель-поездов
Испытания локомотивов проводят с использованием динамомеч
рнческого нагона, имеющего специальное оборудование и приборы,
которыми измеряют все необходимые величины, характеризующие тя-
говые качества локомотивов; скорость движения, силу тяги, времена
хода по каждому перегону, ток и напряжение, расход энергии, коли-
чество израсходованного топлива и т. д.
Динамометрический вагон ставят между локомотивом и первым ва-
гоном состава В таком вагоне на динамометрическом столе установле
ны приборы, записывающие на ленту силу тяги на автосцепке и ско-
рость движения поезда.
Для измерения силы тяги или торможения под 110.10м вагона уста
новлен динамометр, соединенный с автосцспными приборами вагона.
Работа используемых гидравлических диафрагменных динамометров
основана на измерении давления жидкости, заключенной в закрытом
объеме под диафрагмой, при изменении нагрузки, прикладываемой
к диафрагме от автосцепных приборов вагона. Давление жидкости
под диафрагмой измеряют манометром, который градуируют непосред-
ственно в единицах силы, приложенной к автосцепке. Одновременно
регистрирующий манометр записывает силу тяги на ленту динамомет-
рическою стола.
Применяют и электрические динамометры, основанные на прин-
ципе изменения сопротивления специальных проволочных датчиков
при деформации стенки, на которую их наклеивают Обычно датчики
наклеивают на стенки автосцепки и по изменению их сопротивления
определяю! силу тяги на автосцепке подвижного состава Силу тяги
часто определяют также по токам тяговых электродвигателей и элек-
тротяговым характеристикам
Скорость движения регистрируют на ленте динамометрического
стола скоростемером, имеющим привод от колесной пары вагона На
эту ленту можно также записать напряжение, общий ток или токи в
310
цепях каждой группы тяговых электродвигателей. Для этого па раме
динамометрического стола укрепляют механизмы от регистрирующих
электроизмерительных приборов.
На ленте динамометрического стола отмечаются время, пройден-
ный путь (километры, пикеты), положения рукоятки контроллера ма-
шиниста (соединение электродвигателей, включение ступеней ослаб
ления возбуждения) или ступени регулирования, применение песка,
работа вспомогательных машин и т. п.
В динамометрическом вагоне устанавливают также точные конт
рольные измерительные приборы и осциллограф. Изменение и реги-
страцию напряжений и токов отдельных тяговых электродвигателей
выполняю! электроизмерительными приборами динамометрического
вагона.
Для измерения токов в силовых цепях постоянного тока вклю
чают измерительные шунты, к которым подключают электроизмери
тельные приборы — милливольтметры, установленные в динамомет-
рическом вагоне. При измерении высоких напряжений постоянного
тока в цепь электроизмерительных приборов включают добавочные
резисторы, имеющие большое сопротивление. Для измерения пере-
менных напряжения и тока используют измерительные трансформато-
ры напряжения и тока
Электроизмерительные приборы должны иметь высокий класс точ-
ности 0,2 или 0,5, обеспечивающий погрешность не батее 0,2 или
0,5"». Ими в отдельные моменты измеряют ток и напряжение для оп-
ределения и проверки масштабов записи, а также для уточнения
записи на наиболее ответственных участках.
Электроизмерительные приборы вагона соединяют с электриче-
скими цепями локомотива проводами. Часть проводов отметчиков ди
намометри чес кого стата подключают к цепям управления электро-
подвижного состава. Это обеспечивает запись вида соединения тяговых
электродвигателей, позиции рукоятки контроллера, включения ослаб-
ления возбуждения, песочниц, компрессоров и т. п. Па ленте отме-
чается также включение тормозов. Выделенный наблюдатель кнопкой
подает сигнал на отметчик для фиксации километровых и пикетных
знаков.
Осциллограф записывает изменения, происходящие в электриче-
ских цепях в течение коротких промежутков времени. При испытаниях
обычно осциллографируют моменты перехода с одного соединения тя-
говых электродвигателей на другое, моменты боксования колесных
пар. срабатывания защиты и другие переходные процессы. Часто с
помощью осциллографа записывают при медленном движении ленты
или пленки токи тяговых электродвигателей.
В динамометрическом вагоне при испытаниях тепловозов иногда
используют пирометрические установки, с помощью которых можно
измерить температуры в различных точках для оценки работы дизеля,
электрических машин, резисторов нагревания гидравлической пере-
дачи и г. д. При испытаниях тепловозов и дизель-поездов используют
также приборы для анализа состава выхлопных газов.
3! I
Рнс. 192 Измерение ciNipoi явлен н>: обмотки якоря с помощью компенсационно-
го потенциометра
Дизель-поезда испытывают без динамометрического вагона. Изме-
рительное оборудование размещают в салоне вагона.
Испытании подразделяют на два этапа стационарные и опыт
ные поездки.
При стационарных испытаниях измеряют сопротивления резисто-
ров ослабления возбуждения, переходных и в цепях вспомогательных
машин, а также пускового реостата электроподвижного состава по-
стоянного тока, индуктивных шунтов. Сопротивления измеряют обыч-
но с помощью моста сопротивлений.
Сопротивление обмоток тяговых электродвигателей и генераторов
измеряют компенсационным методом или методом амперметра-вольт-
метра. При использовании первого метода обмотки тяговых электро-
двигателей или главного генератора подключают к специальной ак-
кумуляторной батарее (рис. 192) через реостат /?. Изменяя сопротив-
ление реостата, устанавливают ток в цели около 0,5 1,0 А Компенса-
ционный потенциометр (например, типа ПП) включают параллельно
измеряемой обмотке. На рис. 192 показано включение компенсацион-
ного потенциометра к обмотке якоря АВ Для измерения сопротивле-
ния компенсационной обмотки его подключают к точкам С. D, обмот
кн дополнительных полюсов к точкам D. Е. обмотки возбужде-
ния к точкам Е. G По значению компенсационной э. д. с. потенцио-
метра определяют падение напряжения на обмотке. Зная ток в цени и
падение напряжения, определяют сопротивление обмотки.
В методе амперметра-вольтметра используют тяговый ток, не пре-
вышающий 0,25 номинального. Чтобы локомотив не двигался, его за-
тормаживают прямодействующим тормозом и измеряют падение на-
пряжения. Для повышения точности измерений применяют приборы
и измерительные шунты класса точности 0,2 или 0,5, а измерения про-
водят быстро (не более 10 с каждый отсчет).
При измерении сопдртивления якоря и подключении вольтметра
к двум щеткодержателям он замерял бы не только падение напряже-
ния в обмотках якоря, но и падение напряжения в переходном контак-
те между щетками и коллекторными пластинами, вследствие чего ис-
кажалось бы действительное сопротивление обмотки якоря. Чтобы ис-
ключить переходное сопротивление, в щеткодержатель устанавливают
специальные опиленные по ширине щетки 6 (рис. 193). На место опи-
ленной части щетки ставят изоляционную обойму 3, приклеенную к
щетке 6 или скрепленную с ней шпильками 5. Внутрь изоляционной
обоймы 3 вставляют измерительную угольную щетку 7, которую пру-
жина 2 прижимает к коллектору. К этой щетке и присоединяют про-
312
вод 4 от вольтметра. На электрическую машину ставят две такие обой-
мы с измерительными щетками — по одной в щеткодержатель.
При измерении сопротивления обмоток тяговых электродвигате-
лей токи и падения напряжения измеряют трижды с интервалами до
10 с. Затем ток выключают, тормоз отпускают и продвигают локомо-
тив на несколько сантиметров. При новом положении коллектора сно-
ва трижды измеряют ток и падение напряжения. Всего делают не ме-
нее трех циклов таких измерений. Полученные значения сопротивле-
ний не должны отличаться более чем на ± 1% от среднего значения.
Перед измерением сопротивления обмоток тяговых электродвига-
телей и генераторов в холодном состоянии локомотив должен от-
стаиваться в депо при закрытых воротах не менее одних суток при тем-
пературе наружного воздуха выше ±10 °C и не менее двух суток —
при более низких температурах. За время отстоя снимают график тем-
пературы воздуха в депо по времени для определения средней темпе-
ратуры электродвигателей перед измерением сопротивления. Кроме
того, температура обмоток контролируется по термометру, измеряю-
щему температуру коллекторов в течение 30- 40 мин перед измерением
сопротивления обмоток. Расхождение температур не должно превы-
шать 2 С.
На электровозах и тепловозах проверяют распределение охлаждаю-
щего воздуха между тяговыми электродвигателями. В процессе стацио-
нарных испытаний проверяют характеристики отдельных аппаратов
и вспомогательных машин и измеряют сопротивление изоляции элек-
трических машин мегаомметром. Перед поездкой проводят проверку
также последовательности срабатывания аппаратов при перемещении
рукоятки контроллера машиниста
(проверка секвенции).
Тепловозы при стационарных
испытаниях проходят реостатные
испытания, при которых дизель-
генераторная установка нагружает-
ся на водяной реостат или в послед-
нее время на инверторный преобра-
зователь, отдающий энергию гене-
ратора в сеть. Обычно реостатным
испытаниям подвергают тепловоз,
уже соединенный с динамометри-
ческим вагоном. При этом осмат-
ривают все агрегаты и прослуши-
вают их работу при различных на-
грузках, а также определяют мощ-
ности, давления сжатия и макси-
мальные давления сгорания в ци-
линдрах, температуры выхлопных
газов по цилиндрам, проверяют,
настраивают и регулируют внеш-
ние характеристики генерато-
ров.
313
При опытных поездках регистрируют силу тяги, скорость, нано-
сят отметки времени, режимы, проходимые километры и т. д. на ленте
динамометрического стола; измеряют и регистрируют электроизмери-
тельными приборами напряжения, токи, мощности и т. д. На электро-
подвижном составе силу тяги определяют обычно по току /д и электро-
тяговым характеристикам и контролируют по записи на ленте дина-
мометрического стаза.
Для оценки силы тяги токи тяговых электродвигателей часто за-
писывают непрерывно на ленту осциллографа при медленном ее дви-
жении или регистрируют на ленты многоканальных самопишущих
приборов (например, типа Н320).
Степень нагрева обмоток тяговых электродвигателей определяют
по изменению их электрического сопротивления. Сопротивление об-
моток в нагретом состоянии г„ измеряют теми же методами, что и в
холодном состоянии. Температуру обмоток в нагретом состоянии
0 С, определяют по формуле
(235+/ж)
tn =-----------235, (263)
Гх
отсюда превышение температуры. °C,
Т —/ц — Gib- (264)
При работе локомотива измерение сопротивления обмоток глав-
ных и дополнительных пазюсов можно выпазнить на ходу поезда при
движении под током. Рабочий ток катушек используют в качестве из-
мерительного тока. Сопротивление обмотки якоря измеряют после
остановки поезда, так как при движении в ней наводитсяэ. д. с., не
позволяющая определить падение напряжения Места остановки по-
езда устанавливают заранее после тяжелых подъемов, где тяговые
электродвигатели работали с большими нагрузками
Так как в период пневматического торможения ток по обмоткам
электродвигателей не проходит и обмотки несколько охлаждаются,
поезд останавливают пазным служебным торможением с испазьзова-
нием вспомогательного тормоза локомотива, не выключая мотор-
вентиляторы. После остановки поезда по сигналу измеряют сопротив-
ление обмотки якоря, а также температуру окружающего воздуха.
Снижение температуры обмотки в период торможения поезда опреде-
ляют по кривым охлаждения, измерив время от выключения тока до
измерения сопротивления.
Тормозные пути одиночно следующего локомотива определяют по
записи на ленте динамометрического стола расстояния от момента
применения тормозов до остановки
Для определения нагрева резисторов, а также пускового реостата
при разгоне электроподвижного состава постоянного тока и маневрах
в отдельные их секции закладывают термопары Проводя испытания
с различными токами и разной продазжнтельностью разгона и изме-
ряя температуру секций, определяют степень нагрева различных сек
ций пускового реостата.
414
Защиту на локомотивах испытывают при искусственно создавае-
мых отклонениях от нормального режима работы оборудования: ко-
ротких замыканиях, перегрузках, боксованин и т. д.
Обработка материалов испытаний начинается с расшифровки за-
писей ленты динамометрического стола, регистрирующих приборов и
осциллограмм. После этого сравнивают записанные на ленту величи-
ны с контрольными измерениями по приборам или величины, измерен-
ные различными приборами, и т. д. Ио полученным результатам оце-
нивают экономичность режимов, определяют эффективность исполь-
зования локомотивов или соответствие его характеристик предъявляе-
мым требованиям.
В связи с тем что обработка материалов занимает много времени
и требует кропотливой работы, в последнее время используют при-
боры, регистрирующие основные величины на магнитные ленты и пер-
фоленты, которые .можно вводить в электронные цифровые вычисли-
тельные машины, и этим значительно ускорить расшифровку и полу-
чение результатов.
Испытания электропоездов проводят обычно без динамометриче-
ского вагона; силу тяги определяют по току /я с использованием элек-
тротяговых характеристик электродвигателей. Все необходимые за-
писи получают с регистрирующих прнбор’ов и осциллографа, установ-
ленных внутри вагона. Результаты испытаний электропоездов обраба-
тывают так же. как и при испытании локомотивов с динамометриче-
ским вагоном.
При испытаниях локомотивов и электропоездов нужно иметь
в виду, что отдельные цепи находятся под высоким напряжением, и
при работе строго соблюдать требования техники безопасности. До-
полнительные резисторы в цепи приборов подключают со стороны бо-
лее высокого потенциала (относительно земли) и ставят их в высоко-
вольтной камере. Измерительные шунты включают в силовую цепь
в точках с возможно меньшим потенциалом.
91. Опытные поездки
при тягово-эксплуатационных испытаниях локомотивов
Характер опытных поездок, а также измерения и регистрация пара-
метров зависят от тех целей и задач, которые ставят перед испытате-
лями. При испытаниях локомотивов по проверке времен хода, расхода
электрической энергии или топлива, норм масс и критических масс
поездов, использования мощности на данном участке регистрируют на
ленте динамометрического стола: силу тяги, скорость движения, на-
пряжение на токоприемнике электровоза или главного генератора
тепловоза, общий ток электровоза или главного генератора тепловоза
На ленту наносят также отметки позиций контроллера машиниста
или главного контроллера, включения ступеней ослабления возбуж-
дения. реле боксования и песочниц, показания АЛСН, времени, пути,
прохождения станций Кроме того, включают показывающие и реги-
315
стрирующие измерительные приборы и осциллографыруют токи от-
дельных тяговых электродвигателей, напряжения, мощности и расход
электроэнергии.
В случае испытания локомотивов с целью проверки времен хода
или использования мощности опытные поездки выполняют с поездами
установленной массы и регистрацией отмеченных основных величин.
Перед этими испытаниями, а также испытаниями по проверке
расхода электроэнергии или топлива на тягу поездов анализируют
скоростемерные ленты, а если необходимо, выполняют тяговые рас-
четы. Результаты первых опытных поездок сравнивают с расчетными
или заданными временами хода, значениями расхода электроэнергии
или топлива, нагревом обмоток. Выявленные расхождения тщательно
анализируют, находят причины их появления и устраняют, а затем
проверяют их при последующих опытных поездках. При измерении
температур обмоток заранее намечают места остановок поезда, в кото-
рых по расчетам нагрев будет наибольший.
В результате таких испытаний устанавливают наиболее целесо-
образные скорости движения поездов по каждому перегону и соот-
ветствующие им времена хода при наиболее экономичной работе ло-
комотива. которые в дальнейшем используют при разработке графика
движения поездов, разрабатывают нормы расхода электроэнергии или
топлива на тягу поездов (при различных поездах и типах составов)
и оценивают использование мощности локомотива. Материалы испы-
таний используют также для расчетов при увеличении скоростей дви-
жения или повышении массы поезда на участке.
При опытных поездках по проверке нормы массы в случае ее
ограничения сцеплением колес с рельсами большее внимание уделяют
повышению точности измерения силы тяги на ободах колес, регистра-
ции работы песочниц (которые перед поездками тщательно регулируют),
а также записи атмосферных условий.
Обычно силу тяги электровозов определяют по току тяговых элек-
тродвигателей с помощью электротяговых характеристик, а для конт-
роля используют записи динамометрического стола.
Наиболее ответственными испытаниями локомотивов в эксплуа-
тации являются опытные поездки для определения критических масс
поездов. Для проведения таких опытных поездок выбирают электро-
воз или тепловоз, техническое состояние которого соответствует сред-
нему состоянию всего приписанного к депо парка локомотивов. Вы-
бранный локомотив должен иметь средний прокат бандажей не батее
5 мм и нормальную вентиляцию электрических машин. Составы выби-
рают с определенными грузами, характерными для данного участка,
тщательно проверяют типы вагонов, их тару и массу груза в каждом
вагоне по натурным листам. Записывают атмосферные условия (темпе-
ратуру, дождь, снег, иней, изморозь, роса, туман и т. д ), от которых
зависит сцепление катес с рельсами. Проверяют и регулируют песоч-
ницы. Для оценки процессов боксоваиия катесных пар на наиболее
тяжелых участках фиксируют токи всех параллельных ветвей тяговых
электродвигателей электровозов постоянного тока, средние токи тя-
316
говых электродвигателей каждой тележки электровозов переменного
тока и токи главного генератора, а также первого и четвертого по ходу
тяговых электродвигателей обеих секций тепловоза, используя осцил-
лограф.
При испытаниях используют режим движения в соответствии с
режимными картами или принятыми на участке приемами управления
локомотивами. При подходе к наиболее тяжелым скоростным подъе-
мам должна использоваться наибольшая ступень регулирования ско-
рости, а при выходе с него скорость не должна быть меньше допусти-
мой ПТР. При опытных поездках измеряют также температуру обмо-
ток тяговых электрических машин.
По результатам таких испытаний обосновывают и устанавливают
наибольшие или критические нормы масс поездов для различных ус-
ловии движения.
ГЛАВА 16
УПРАВЛЕНИЕ ЛОКОМОТИВАМИ,
ЭЛЕКТРО- И ДИЗЕЛЬ-ПОЕЗДАМИ
92. Подготовка локомотивов, электро- и дизель-поездов
к работе и выезд из депо
Общие сведения. Локомотивные бригады при работе должны стро-
го выполнять требования Правил технической эксплуатации желез-
ных дорог Союза ССР. Инструкции по движению поездов и маневровой
работе на железных дорогах Союза ССР. Инструкции по сигнали-
зации на железных дорогах Союза ССР. Правил и инструкции по
технике безопасности и производственной санитарии при эксплуата-
ции электровозов, тепловозов и моторвагонного подвижного состава,
должностные инструкции локомотивной бригаде и машинисту-и к
струкгору, приказы и инструкции Министерства путей сообщения,
управления и отделения дороги, руководства депо, относящиеся к ра-
боте локомотивов.
При исполнении служебных обязанностей машинист должен иметь
удостоверение на право управления, формуляр, галоны предупреж-
дений. расписание движения поездов, часы и выписку из приказа о
допустимых скоростях движения на участке.
При явке на работу хорошо отдохнувшая локомотивная брига
да должна получить у дежурного по депо или пункту оборота маршрут
ознакомиться с действующими приказами, распоряжениями и допол-
нительными предупреждениями об ограничениях скоростей и пройти
меди пинское освидетел ьствовапне.
В процессе эксплуатации локомотивная бригада (и прежде всего
машинист) должна строго выполнять график движения, обеспечивая
безопасность движения поездов, уметь правильно выбирать режимы
работы локомотива, позволяющие возможно полнее использовать его
мощность при наибольшей экономии электрической энергии или топ-
лива, досконально знать устройство и работу локомотива, электро-
и дизель-поезда, уметь быстро обнаружить и грамотно устранить воз-
никшие в пути следования неисправности оборудования, содержать
подвижной состав в опрятном, культурном состоянии, ухаживать за
ним, добиваясь выполнения и перевыполнения межремонтных пробе-
гов.
Получив от дежурного по депо ключи, реверсивную рукоятку и
ключ КУ, машинист проверяет соответствие клейм на них номеру ло-
комотива или электропоезда и знакомится с записями в Журнале тех-
нического состояния Затем локомотивная бригада осматривает по-
движной состав, убеждается в исправном состоянии его агрегатов и
электрических цепей, проверяет состояние инструмента, инвентаря,
сигнальных принадлежностей. наличие запасных частей, смазочных
и обтирочных материалов После осмотра подвижного состава локомо-
1ивная бригада приводит его в рабочее состояние
Подготовка электроподвижного состава. Электровоз приводят в
рабочее состояние в следующем порядке:
при отсутствии запаса сжатого воздуха на электровозе наполняют
сжатым воздухом главные резервуары и подготовляют пневматическую
сеть к работе, а на электровозах переменного тока, кроме того, напол-
няют сжатым воздухом резервуар главного выключателя;
включают питание цепей управления и освещения на панели управ
лейия;
соблюдая требования техники безопасности, поднимают токопри-
емник;
включают быстродействующий выключатель силовой цепи, быст-
родействующий выключатель вспомогательных цепей или контактор
вспомогательных цепей — на электровозах постоянного тока и глав-
ный выключатель — па электровозах переменного тока;
включают вспомогательные машины;
включают тормозную магистраль;
проверяют работу силовой цепи.
При наличии сжатого воздуха в резервуаре токоприемника откры
вают кран, сообщающий резервуар с пневматической системой токо-
приемника, и, соблюдая требования техники безопасности, включают
кнопку подъема обычно заднего токоприемника. Если в резервуаре
токоприемника сжатого воздуха нет или его давление ниже 3,4 • 10* Па
(3,5 кгс/см1), то поднимают токоприемник вспомогательным мотор-
компрессором, получающим питание от аккумуляторной батареи элект-
ровоза .
На рис. 194 приведена для примера пневматическая схема, по ко-
торой можно проследить положения кранов при включении вспомога-
тельного компрессора 8. При работе электровоза сжатый воздух посту-
пке 194 Пневматическая схема нключения вспомогательного мотор-ком прсссо-
ра электровоза ВЛ 10
314
пает от напорной магистрали через обратный клапан 13, фильтр 12,
редуктор //, трехходовой кран 9 к пневматической сети токоприем-
ников. Для подъема токоприемника 1 трехходовой кран 9 устанавлива-
ют в положение, при котором компрессор 8 соединяется с пневмати-
ческой сетью токоприемников и отсоединяет их от остальной пнев-
матической сети электровоза. Краном 10 перекрывают пневматичес-
кую сеть токоприемника от резервуара токоприемника 6. Трехходовой
край 4 должен находиться в рабочем положении. Затем включают
кнопки Токоприемники, Токоприемник задний и Компрессор токопри-
емника. При работе компрессора 8 сжатый воздух проходит через
трехходовой кран 9, защитный вентиль 7, пневматические блокировки
безопасности 5, трехходовой кран 4 к клапанам 3 токоприемников и
далее по рукавам 2 -- к цилиндрам токоприемников.
В том случае, когда на электровозе нет сжатого воздуха, но его
можно заправить от деповской магистрали или от другого электровоза,
на заправляемом электровозе приводят краны пневматической системы
в рабочее состояние, выключают все электрические цепи управления,
чтобы не произошло включение аппаратов при подаче сжатого воздуха,
и подсоединяют напорную магистраль, имеющую в каждом конце
электровоза короткий рукав, с напорной магистралью соседнего элект-
ровоза (с помощью переходного рукава, имеющегося в инвентаре) или
с магистралью депо. Главные резервуары электровозов постоянного
тока заправляют обычно до давления около (4,5-?9,8) 105 Па (5—
10 кг/см®), а на электровозах переменного тока — до давления не ни-
же 5,9 • 10s Па (6 кгс смг), необходимого для нормального выключения
воздушного (главного) выключателя. На электровозах ВЛ80 всех ин-
дексов допускается заправка сжатым воздухом только одной секции
при перекрытом межсекционном кране напорной магистрали и при пе-
реключении блокировочного устройства штор высоковольтной каме-
ры второй секции в наложение Реле давления зашунтировано. Затем
включают питание цепей управления от аккумуляторной батареи и
кнопки вспомогательных цепей и токоприемников на щите параллель-
ной работы в высоковольтной камере.
Перед подачей напряжения на электроподвнжной состав машинист
убеждается, что:
в высоковольтных камерах, на крышах и под электроподвижным
составом нет людей и убраны посторонние предметы (запчасти, инст-
румент, материалы), с ремонтируемого оборудования сняты временные
присоединения и заземления;
двери и щиты высоковольтных камер и реостатных помещений н
двери шкафов закрыты и в них нет людей;
крышки люков машин, подвагонные ящики закрыты;
машины, аппараты и приборы готовы к работе;
складные лестницы сложены и заперты.
В случае ввода и вывода электроподвижного состава постоянного
тока высоким напряжением машинист делает письменную заявку в
специальном журнале на подачу напряжения с указанием времени и
номера канавы. Дежурный по депо или выделенное им лицо расписы-
вается о подаче напряжения, лично убеждается в отсутствии людей в
320
высоковольтных камерах, на крышах электроподвижного состава и
под ним и в том, что токоприемники опущены, постоянные устройства
для подъема на крышу заперты и подача напряжения не грозит опас-
ностью. После этого дважды громко или по радио объявляет: «Кон-
тактная сеть на таком-то пути под напряжением», дает звуковой сиг-
нал, снимает заземляющую штангу, отпирает замок на приводе и
включает разъединитель. При этом внутри депо гасится зеленый сиг-
нал и зажигается красный, свидетельствующий об опасности попада-
ния под напряжение, а снаружи депо гасится красный и загорается
зеленый. Рукоятку замкнутого разъединителя не запирают, чтобы при
необходимости снять напряжение мог любой работник.
После ввода в депо и остановки электровоза или электропоезда ма-
шинист опускает токоприемник, приводит в действие ручные тормоза
и делает устную заявку о снятии напряжения. Дежурный по депо или
выделенное нм лицо убеждается, что электроподвнжной состав пра-
вильно установлен на канаве, заторможен и токоприемники опущены,
переводит рукоятку привода разъединителя в нижнее положение, сни-
мая напряжение, и запирает привод на замок. Ключ от замка он берет
с собой, а на провод навешивает заземляющую штангу.
Если для ввода и вывода электроподвижного состава в депо исполь-
зуют пониженное напряжение (250 В), то машинист при опущенных то-
коприемниках подготовляет цепи для подключения деповского пи-
тающего кабеля. Затем, убедившись, что подача напряжения и движе-
ние электроподвижного состава никому не угрожают, уведомляет де-
журного по депо или выделенное им лицо о готовности электровоза
или электропоезда. Дежурный по депо или выделенный им работник
подключает кабель к соединительным шинам и после этого включает
разъединитель, через который подается напряжение на кабель. Перед
троганием помощник машиниста отпускает ручные тормоза в кабинах
или снимает тормозные башмаки с пути.
Во всех случаях ввода электроподвижного состава в депо или вы-
вода машинист по сигналу дежурного по депо или выделенного им ли-
ца подает звуковой сигнал и приводит электроподвнжной состав в
движение, управляя из первой по ходу кабины. Скорость движения
при этом должна быть не более 3 км/ч.
После ввода или вывода электроподвижного состава из депо пони-
женным напряжением немедленно снимают напряжение с питающего
кабеля и отсоединяют его от соединительных шин.
Перед подъемом токоприемника машинист ставит в известность о его
подъеме своего помощника и других лиц, находящихся на электрово-
зе, убеждается, что это нс грозит кому-либо опасностью и громко объ-
являет: «Поднимаю токоприемник». Затем подает установленный зву-
ковой сигнал и поднимает токоприемник.
После подъема токоприемника и подачи на электровоз высокого
напряжения проверяют работу вспомогательных машин. Для этого
на электровозах переменного тока запускают расщепитель фаз, а на
электровозах постоянного тока включают быстродействующий выклю-
чатель (или контактор) вспомогательных цепей. Затем включают мо-
тор-компрессоры для запатнения главных резервуаров и всей пнев-
Ц Зек. 308 321
магической сети электровоза сжатым воздухом, мотор-вентиляторы, а
ла электровозах переменного тока и мотор-насосы и проверяют их ра-
боту. Для проверки работы преобразователей (возбудителей) рекупе-
рации на электровозах постоянного тока вначале включают быстро-
действующий выключатель, а затем нажимают кнопку включения воз-
будителя.
Когда компрессоры накачают сжатый воздух в систему, проверяют
воздушные тормоза и правильность работы цепей управления.
На электропоезде подготовку к работе удобно начинать с кабины
управления хвостового вагона, где включают кнопки красных сиг-
нальных фонарей, перекрывают краны питательной и тормозной ма-
гистралей, срывного клапана и электропневматического клапана
(ЭПК), устанавливают ручку тормозного переключателя в третье по-
ложение (включен концевой вагон), а переключателя дверей ПД —
в положение Хв, вставляют в замок ЭПК ключ от автостопа и вы-
ключают переключатель локомотивной сигнализации, включают ру-
бильник аккумуляторной батареи и убеждаются в наличии напряже-
ния по вольтметру или по свечению ламп.
Затем, проходя по вагонам, устанавливают в моторных вагонах
трехходовые краны трубопроводов токоприемников в положение, при
котором цилиндр токоприемника соединяется с пневматической ма-
гистралью поезда (ручка крана располагается вертикально). Пакет-
ные выключатели вспомогательных компрессоров устанавливают в по-
ложение Голозной. При этом убеждаются, что на всех вагонах шкафы
и потолочные люки закрыты, на моторных вагонах лестницы для подъе-
ма на крышу заперты, разъединители цепей управления находятся в
рабочем положении.
Из кабины управления головного вагона при отсутствии сжатого
воздуха или давлении ниже 3,9 • 10s Па (4 кгс/см2) машинист, соблю-
дая требования техники безопасности, включением выключателя Вспо-
могательный компрессор приводит в действие все вспомогательные
компрессоры поезда.
На электропоездах постоянного тока спустя 1—1,5 мин поднимают
токоприемники. Когда все токоприемники поднимутся и на них поя-
вится высокое напряжение, гаснет лампа Напряжение сети. При дав-
лении 4,9 • 10s Па (5 кгс/см2) включают выключатель ВУ для запуска
делителей напряжения, после чего автоматически включаются мотор-
компрессоры.
Если на одной или нескольких секциях аккумуляторные батареи
оказались сильно разряженными, то можно поднять токоприемник
включением вспомогательного компрессора той секции, на которой
батарея имеет достаточный заряд. После включения вспомогательного
компрессора с выдержкой времени 1—1,5 мин поднимают токо-
приемник и включают выключатель Управление. При этом начинает
работать мотор-компрессор одного вагона. Когда давление в пита-
тельной магистрали достигнет 4,9 • 108 Па (5 кгс/см2), отключают вы-
ключатель Управление и поднимают токоприемники всего поезда из
кабины головного вагона. Переключатель вспомогательного компрес-
322
сора того моторного вагона, вспомогательный компрессор которого
работал, переводят в положение Головной.
На электропоездах переменного тока ЭР9М разъединители цепи
управления, реле опускания токоприемника (РОП), автоматические
выключатели вспомогательных цепей (АВ), вспомогательных машин,
тепловые реле расщепителя фаз и пакетные выключатели отключения
воздушного выключателя Отключение ВВ должны находиться во вклю-
ченном положении.
При включении вспомогательных компрессоров они в течение 4—
5 мин повышают давление в резервуарах воздушных выключателей
до (5,44-5,9)10® Па (5,5—6 кгс/смг), при котором выключатель вклю-
чается. Не отключая вспомогательный компрессор, кратковременно
нажимают кнопку Восстановление ВВ и защиты. После включения
воздушных выключателей на пульте гаснет лампа Напряжение сети.
На моторных вагонах происходит автоматический пуск расщепителей
фаз, двигателей насосов трансформаторов, а через несколько секунд —
и компрессоров, подающих сжатый воздух в питательную магистраль
поезда.
На всех электропоездах убеждаются в четкой работе вспомогатель-
ных машин, электроаппаратуры и проверяют работу наружных раз-
движных дверей. При открытой хотя бы одной двери в поезде сиг-
нальная лампа Двери не горит, при всех закрытых дверях загорается.
Затем проверяется действие звуковых сигналов, прожектора, сигналь-
ных фонарей, отопления, вентиляции включением соответствующих
кнопок на пульте.
Порядок выезда электропоезда из депо аналогичен выезду электро-
воза.
Подготовка тепловозов и дизель-поездов. Перед пуском дизеля
осматривают его, вспомогательное оборудование, электрические ма-
шины. аппараты и проверяют:
уровень масла в картере дизеля, регуляторе частоты вращения,
картере компрессора, редукторах, воздухоочистителях и других уз-
лах, содержащих масло;
уровень воды в расширительных баках системы охлаждения ди-
зеля и воздухоохладителей;
наличие топлива в топливном баке;
не выключена ли подача топлива кнопкой аварийного выключа-
теля или кнопкой аварийной остановки на дизеле;
надежность закрытия всех люков и крышек дизеля;
натяжение приводных ремней клиноременных передач.
В зимнее время температура воды перед пуском дизеля должна
быть нс ниже 20 °C. Ес проверяют по термометрам и на ощупь, прика-
саясь к водяным и масляным секциям холодильника. Все вентили и
краны масляной, топливной и водяной систем устанавливают в рабо-
чее положение. Рукоятки масляных пластинчатых фильтров повора-
чивакл' на 2—3 оборота по часовой стрелке.
После длительного перерыва в работе дизеля для удаления масла
из цилиндров открывают индикаторные краны на всех цилиндрах, по-
ворачивают коленчатые валы на несколько оборотов валоповоротны
И* 323
ми устройствами; включают топливоподкачнвающий насос и проверяют
создаваемое им давление в коллекторе, при необходимости выпускают
воздух из топливной системы; проверяют правильность работы топ-
ливных насосов; сливают отстой из топливного бака и сливной трубы
рамы дизеля; проверяют наличие и состояние средств пожаротушения;
затем включают разъединитель аккумуляторной батареи и проверяют
действие пожарной сигнализации. На двухсекционных тепловозах
вначале включают дизель второй секции, а затем первой, чтобы была
возможность контролировать их работу на слух.
При пуске дизеля тепловоза 2ТЭ10В выполняют следующие рабо-
ты. При включенных положениях разъединителей аккумуляторных
батарей на обеих секциях устанавливают в правых высоковольтных
камерах обеих секций тумблеры Переключатель режимов (ПКР) в по-
ложение Работа двумя секциями; включают автоматы Работа дизеля.
Управление дизелем. Топливный насос, Жалюзи и Пожарная сигнализа-
ция, расположенные на стенках правых высоковольтных камер обе-
их секций, и устанавливают тумблер маслопрокачивающего насоса
в положение автоматической прокачки. Затем в кабине машиниста ве-
дущей секции устанавливают реверсивную рукоятку в положение Впе-
ред (или Назад); убедившись, что штурвал контроллера находится в
нулевом положении, включают автомат Управление, расположенный
в пульте машиниста, и блокировочное устройство (БУ). На пульте
управления включают тумблеры электротермометров воды и масла.
Кратковременным нажатием кнопки Пуск дизеля проворачивают ко-
ленчатые валы дизелей. Включают тумблеры Топливный насос и Топ-
ливный насос П секции на пульте управления.
Затем подают предупредительный сигнал о пуске дизеля, нажима-
ют и отпускают кнопку Пуск дизеля. При этом автоматически происхо-
дит пуск дизеля. После пуска дизеля открывают кран на масляной
трубе для выпуска воздуха из масляной системы. В процессе пуска
нужно прислушиваться к работе дизеля и в случае появления посто-
ронних шумов или стуков остановить дизель выключением кнопки
Топливный насос, а в случае экстренной необходимости — кнопкой
аварийного выключения и выяснить причины ненормальной работы.
Бели дизель не начал работать, повторный пуск делают через 1—
2 мин. В том случае, когда после двух-трех пусков дизель не начал
работать, необходимо выяснить причины этого, так как многократные
попытки могут привести к разрядке аккумуляторной батареи.
После пуска дизеля задней секции пускают дизель ведущей сек-
ции.
Когда дизель начал работать, проверяют разряжение в картере
дизеля, которое должно быть (1,334-8)10* Па (10—60 мм вод. ст.),
показания всех контрольно-измерительных приборов на пульте уп-
равления и в дизельном помещении, частоту вращения коленчатого
вала, отсутствие течи топлива, воды и масла, осматривают водяные
насосы дизеля и убеждаются в отсутствии течи по уплотнениям валов.
Допускается падение капель воды, проникающей через уплотнения,
но не более 100 капель в минуту. Проверяют также цвет выпускных
324
газов, каплепаденне из топливных насосов высокого давления, фор-
сунок нт. п.
Переводить дизель на работу под нагрузкой можно после прогре-
вания воды и масла до температуры не менее 40 °C, а в зимнее время —
до 50-60 °C.
На других сериях тепловозов дизели запускают примерно в той
же последовательности.
Тепловоз выводят из депо при неработающем дизеле с использова-
нием питания тяговых электродвигателей от постороннего источника
тока.
Подготовка тормозного оборудования. Проверяют состояние тор-
мозного оборудования и устанавливают краны в рабочее положение.
Из главных и вспомогательных резервуаров, маслоотделителей, хо-
лодильников и масляных насосов удаляют скопившуюся влагу через
спускные краны; проверяют уровень масла в картерах компрессоров
и работу регулятора давления на включение и выключение компрес-
соров; осматривают даты проверки манометров (не просрочены ли);
проверяют зарядное давление в тормозной магистрали, утечку возду-
ха из уравнительного резервуара, тормозной и питательной сетей,
работу кранов машиниста и воздухораспределителя при ступени тор-
можения, действие пневматического и электрического тормозов, пре-
дельное давление в тормозных цилиндрах при полном торможении
вспомогательным тормозом; осматривают тормозную рычажную пере-
дачу и ее предохранительные устройства; проверяют проходимость
воздуха через концевые рукава магистрали двух- трехкратным от-
крыванием концевых кранов, выходы штоков тормозных цилиндров
при давлении сжатого воздуха (3,44-3,9)10* Па (3,5—4 кгс/см*) и тол-
щину тормозных колодок. При необходимости колодки заменяют и
регулируют выход штока.
На электропоездах выполняют опробование тормозов, порядок
действий при которых рассмотрен в следующем параграфе.
Перед отправлением электроподвижного состава, тепловоза или
дизель-поезда проверяют действие локомотивной сигнализации и ав-
тостопа, устройств радиосвязи, а также песочниц с прочисткой труб и
регулировкой форсунок.
Машинист, получив разрешение на выезд к поезду, ведет локомо-
тив или электропоезд по деповским путям с установленными скорос-
тями, управляя из передней кабины, имея готовый к действию тормоз,
тщательно наблюдая за сигналами маневровых светофоров и дежурных
стрелочных постов, за положением стрелок и перемещением людей,
одновременно прислушиваясь и контролируя работу оборудования
локомотива.
После оформления маршрута локомотив подают к составу. При ма-
неврах машинист электровоза должен смотреть, чтобы токоприемник
не вышел за пределы рабочей части контактного провода, отмеченного
предупредительным знаком Конец контактной подвески.
Первое трогание на деповских путях электропоезда постоянного
тока рекомендуется выполнять установкой рукоятки контроллера
машиниста в маневровое положение, задерживая ее до погасания лам-
32ft
иы ЛК, но которому судят о четкой работе схемы на всех моторных ва-
гонах состава. Долго задерживать рукоятку контроллера машиниста
в этом положении не следует, так как это вызывает излишние потери
электроэнергии в пусковом реостате.
93. Сцепление локомотива с составом
и опробование тормозов
При подходе к составу машинист управляет локомотивом из первой
по ходу кабины. За 50 70 м включает песочницы для улучшения сцеп-
ления колес с рельсами при последующем трогании поезда, особенно
в моросящий дождь, при загрязненных рельсах, обледенении или на-
лете инея, при подходе к поезду большой массы.
За 5 -10 м от состава машинист останавливает локомотив. Перед
прицепкой проверяют состояние и положение автосцепных устройств
локомотива и первого вагона. Затем машинист подводит локомотив к
составу со скоростью не более 3 км/ч, обеспечивая плавность сцепле-
ния. Сцепление локомотива он проверяет, переводя реверсивную ру-
коятку контроллера в противоположное положение и набрав одну или
две позиции главной рукояткой (штурвалом), тут же сбрасывает ее
на нулевую позицию. Движение первого вагона за локомотивом пока-
зывает, что автосцепки сцепились.
По указанию машиниста его помощник продувает тормозную ма-
гистраль локомотива через концевой кран, соединяет рукава тормоз-
ной магистрали локомотива и первого вагона и открывает концевые
краны сначала локомотива, а затем вагона, чтобы не вызвать срабаты-
вания воздухораспределителей состава. При электропневматических
тормозах он соединяет электрические цепи локомотива и первого ва-
гона.
Правильность и надежность сцепления локомотива с первым ваго-
ном проверяет машинист по сигнальным отросткам замков автосцепки.
Одновременно он проверяет, чтобы разность высот голов автосцепок
не превышала допустимые нормы, и контролирует правильность сое-
динения рукавов, положение кранов и штепсельных разъемов элек-
тропневматического тормоза.
После прицепки к грузовому составу с заряженной тормозной ма-
гистралью машинист повышает давление в тормозной магистрали вы-
ше нормального зарядного переводом ручки крана машиниста в
первое положение до тех пор, когда давление в уравнительном резер-
вуаре поднимается до (5,7-~6,1) 10s Па (5,8—6,2 кгс/см’) с последующим
переводом в поездное положение. В том случае, когда локомотив при-
цепляется к пассажирскому составу с заряженной тормозной магист-
ралью, машинист ставит ручку крана машиниста в первое положение
и спустя 3 -4 с переводит ее в поездное положение, при котором будет
происходить дальнейшая зарядка тормозной магистрали.
Если локомотив прицепляется к заторможенному составу или к
составу с незаряженной тормозной сетью, то до соединения концевых
рукавов и открытия концевых кранов производят торможение сни-
326
жением давления в уравнительном резервуаре на 1,5 10* Па
(1,5 кгс/см*). Затем после соединения рукавов и открытия концевых
кранов ручку крана машиниста переводят в первое положение и вы-
держивают до давления в уравнительном резервуаре 5,1 • 10* Па
(5,2 кгс/см8) при прицепке к пассажирскому и 6,7 • 10s Па (6,8 кгс/см8)
к грузовому поезду, после чего ручку крана машиниста переводят в
поездное положение.
Далее в соответствии с п. 15.40 Правил технической эксплуатации
железных дорог Союза ССР (ПТЭ) проводят опробование тормозов —
полное или частичное. Полное опробование тормозов выполняют при
подключении тормозной магистрали поезда к стационарной компрес-
сорной установке или от локомотива в следующих случаях:
на станциях формирования перед отправлением поезда;
после смены локомотива, а при участке обращения более 600 км —
на одной из станций, где сменяются локомотивные бригады и есть пункт
технического обслуживания вагонов (по перечню, устанавливаемому
МПС);
на станциях, расположенных перед перегонами с затяжными спус-
ками, где остановка поезда предусмотрена графиком движения поездов
(устанавливается начальником дороги).
При полном опробовании тормозов осмотрщик вагонов проверяет
состояние тормозной магистрали, действие тормозов у всех вагонов,
подсчитывает расчетное нажатие тормозных колодок в поезде и число
ручных тормозов, а машинист обязательно проверяет плотность тор-
мозной сети. Машинист такое опробование тормозов выполняет следую-
щим образом. После зарядки тормозной магистрали всего поезда до
установленного давления он в присутствии осмотрщика вагонов про-
веряет плотность тормозной сети поезда.
Для этого в пассажирском поезде перекрывают комбинированный
кран или кран двойной тяги и после 20 с измеряют давление в тормоз-
ной магистрали. Давление должно снижаться на 0,196 • 10* Па
(0,2 кгс/см2) в I мин или на 0,49 • 10s Па (0,5 кгс/см2) в 2,5 мин. Па
грузовых поездах после отключения компрессоров регулятором дав-
ления и снижения давления на (0,394-0,49)105 Па (0,4—0,5 кгс/см2)
измеряют время дальнейшего снижения на 0,49 • 10* Па (0,5 кгс/см2)
при поездном положении ручек крана машиниста. В зависимости от
серии локомотива, объема главных резервуаров и длины состава сог-
ласно Инструкции по эксплуатации тормозов подвижного состава же-
лезных дорог это время не должно быть меньше значений, указанных
в табл. 49 (для основных типов локомотивов).
Затем проверяют автоматические тормоза на чувствительность.
Для этого после полной зарядки тормозной сети снижают давление в
тормозной магистрали за один прием в пассажирских поездах нор-
мальной длины (до 20 вагонов) на (0,494-0,59)10* Па (0,5—0,6 кгс/см2),
в длинносоставных и сдвоенных (от 21 до 32 вагонов), где более 50%
вагонов оборудованы скородействующими тройными клапанами, на
(0,694-0,78)10* Па (0,7—0,8 кгс/см2), в грузовых поездах на (0,594-
4-0,69) 10s Па (0,6—0,7 кгс/см2).
327
Таблица 49
Время, с, последующего снижен им давления нз CM9I0* Па
(0.5 кгс/см’) при поезднсм положении ручки крени
машиниста и длине состава в осях
Серин ЛОКОМОТИВОВ до 100 10! — ISO 151 - 200 201 — 250 251 - 300 301 - 350 351 - 400 401 450
ВЛ23, ТЭ!0, ТЭМ1, ТЭМ2. ЧМЭ2, ЧМЭЗ 50 35 25 22 20 17 15 13
В Л 60. ТЭ1, М62 60 40 30 25 22 19 17 15
ВЛ 10. ВЛ8. ТЭ2 70 50 40 30 27 23 20 18
ВЛ80 (всех индексов). ВЛ82 85 60 45 40 33 29 25 23
2ТЭ116, 2ТЭ10В. 2ТЭ10Л. ТЭЗ 90 65 50 45 35 31 28 25
Когда давление в уравнительном резервуаре снизится на указанные
значения, ручку крана машиниста переводят в положение перекрыши
с питанием. При этом все автоматические тормоза поезда должны прид-
ти в действие и не допускать самопроизвольного отпуска. Осмотрщи-
ки вагонов через 2 мин после торможения проверяют срабатывание
тормозных приборов по выходам штоков тормозных цилиндров всех
вагонов и по прижатию колодок к колесам. Далее отпускают тормоза
в пассажирских поездах и грузовых длиной менее 350 осей. При длине
состава более 350 осей тормоза отпускают переводом ручки крана
машиниста в первое положение и выдерживают до получения в урав-
нительном резервуаре давления на 0,49-10* Па (0,5 кгс/см1) выше пред-
тормозного зарядного. После этого ручку переводят в поездное поло-
жение. Осмотрщики вагонов проверяют отпуск тормозов по переме-
щению штоков тормозных цилиндров и отходу колодок от колес. Пе-
ред затяжными спусками крутизной 18в/ов и более на локомотиве от-
ключают резервуар времени и проводят полное опробование тормо-
зов с зарядного давления в тормозной сети грузового поезда (5,94-
6,1)10® Па (6—6,2 кгс/см1) и пассажирского (4,9-5-5,1)10* Па (5—
5,2 кгс/см1) с 10-минутной задержкой в заторможенном состоянии.
За это время ни на одном вагоне не должен самопроизвольно отпус-
титься тормоз.
Действие электропневматических тормозов проверяют после за-
рядки тормозной сети поезда до установленного давления. Для этого
включают электрический источник питания (загорается сигнальная
лампа О). Затем краном машиниста дается ступень торможения до
получения давления в тормозных цилиндрах локомотива (0,784-
1,47)10* Па (0,8—1,5 кгс/см1) (загорается лампа Т) с последую-
щим переводом рукоятки в четвертое положение (загорается лампа П).
После проверки заторможенного состояния всех вагонов поезда осмотр-
щики вагонов дают сигнал Отпустить тормоз и машинист выключает
тумблер цепи питания электропневматических тормозов, оставив руч-
ку крана машиниста в положении перекрыши. Через 15 с, когда тор-
моза в поезде отпустятся, машинист включает тумблер цепи питания
328
электропневматических тормозов. После этого осмотрщики проверяют
отпуск тормозов всех вагонов. По окончании проверки машинист пе-
реводит ручку крана машиниста в поездное положение, заряжает тор-
мозную магистраль поезда и отключает источник питания электропнен
магических тормозов.
По окончании полного опробования тормозов осмотрщик вагонов
вручает машинисту справку формы В У-45 об обеспечении тормозными
средствами (их должно быть не менее норм, установленных МПС), исп-
равном их действии и плотности магистрали. В справке по грузовому
поезду указывают номер хвостового вагона. Машинист сверяет номер
хвостового вагона с записью в натурном листе и убеждается, что рас-
четное нажатие колодок и число осей с ручным тормозом соответству-
ют нормам.
Сокращенное опробование автотормозов поезда проводят:
после прицепки локомотива к составу, который прошел на стан-
ции полное опробование от компрессорной установки (в этом случае
машинист проверяет также плотность тормозной сети);
после смены локомотивных бригад без отцепки локомотива от сос-
тава;
после разъелинения рукавов в поезде и после перекрытия концево-
го крана в составе;
в пассажирских поездах после стоянки поезда более 20 мин, при
падении давления в главных резервуарах ниже 5,4- 10s Па (5.5 кгс/см4),
при смене кабины управления поездом или после передачи управления
машинисту второго локомотива при отказе управления движением
поезда из головной кабины.
При сокращенном опробовании проверяется состояние тормозной
магистрали по действию тормоза хвостового вагона. В этом случае по
сигналу работника, ответственного за опробование тормозов. Произ-
вести торможение машинист дает один короткий сигнал и снижает
давление в магистрали на установленное значение. После проверки
торможения хвостового вагона работник подает машинисту сигнал
Отпустить тормоз. Машинист дает два коротких сигнала и отпускает
тормоза переводом ручки крана машиниста в первое положение. При
повышении давления в уравнительном резервуаре до (4,94-5,1)10 5 Па
(5 5,2 кгс/см'-’) при опробовании тормозов пассажирского поезда и до
(5,74-5,9)10* Па (5,8- 6,0 кгс см2) грузового ручку кранов № 394.
328, 395, 222 переводят в поездное положение. В случае зарядного
давления (5,94-6,1)10* Па (6 6,2 кгс/см2) ручку крана выдерживают-
в первом положении до давления (6.44-6,7)10* Па (6,5 6,8 кгссм2).
На электропоездах полное опробование тормозов проводят перед
выдачей поезда из депо после ремонта и технического обслуживания
или после отстоя без бригад на станции или в депо в течение времени,
устанавливаемого начальником дороги. При меньшем времени прово-
дят сокращенное опробование тормозов.
При полном опробовании тормозов на электропоездах выполняют
следующие работы. В нерабочих кабинах ручку крана машиниста ус-
танавливают в первое положение, краны двойной тяги и разобщитель-
ные краны на тормозной магистрали ставят в положение перекрыши,
32!>
ручку тормозного переключателя в промежуточных кабинах — во вто-
рое (нейтральное) положение, в хвостовой кабине в третье положе
пне (выключено). При включении тормозного переключателя в рабочей
кабине в первое положение (включено) загорается контрольная лампа,
сигнализирующая об исправности аккумуляторной батареи и цени
электропнсвматического тормоза по всему поезду. Проверяют напря-
жение по вольтметру, которое должно быть 45—50 В (на электросек-
циях Ср не менее 35 В). После этого ручку крана машиниста усл.
№ 334Э переводят в четвертое положение, усл. № 395 — в положение
V3. Загорается сигнальная лампа торможения, а при кране усл.
№ 334Э срабатывает вентиль перекрыши. Сжатый воздух из тормоз-
ной магистрали через кран машиниста не должен выходить. При увели-
чении давления сжатого воздуха в тормозном цилиндре до 3,7 • 10я На
(3.8 кгс см2) ручку крана переводят в третье положение (перекрыта
без питания магистрали), затем выключают питание электропневма-
тического тормоза от батареи и по лампе сигнализатора отпуска про-
веряют полный отпуск всех тормозов. После этого ручку переводят в
поездное положение.
Проверяют также действие автоматического тормоза на электропо-
езде. Для этого отключают электронневматический тормоз, и после
зарядки тормозной сети поезда перекрывают край двойной тяги и про-
веряют плотность тормозной сети Iутечки допускаются не более
0.2 • 105 Па (0,2 кгс/см2) в I мин|, а затем чувствительность к тормо-
жению при снижении давления в тормозной магистрали краном маши-
ниста от установленного зарядного давления на (0,49-?-0.59)105 Па
(0,5 0,6 кгс см2). При этом все тормоза должны придти в действие и
не отпускать. Затем проверяют чувствительность тормоза к отпуску
при втором положении ручки крана машиниста. Повышение давления
в магистрали должно вызвать полный отпуск тормозов. Торможение
и отпуск тормозов проверяет у каждого вагона помощник машиниста.
Из другой концевой кабины электропоезда выполняют сокращен
ное опробование электропневматических и пневматических тормозов
с проверкой действия по манометру тормозного цилиндра хвостового
вагона. Сокращенное опробование тормозов производят также после
смены кабины управления.
После каждого полного опробования записывают пределы ре-
гулирования давления в главных резервуарах, давление в тормозной
магистрали при поездном положении ручки крана машиниста и утечке
воздуха из тормозной сети.
Такого же порядка придерживаются при проверке электропневма-
тических тормозов дизель-поездов.
94. Управление локомотивом при трогании
поезда со станции
После сцепления с составом, опробования тормозов, получения
справки о тормозах формы ВУ-45 и письменного предупреждения ло-
комотивная бригада проверяет оформление документов, наличие раз-
330
решающего выходного сигнала, а также приготовление и свободное?!,
маршрута отправления.
Для трогания поезда на электровозе постоянного тока реверсивную
рукоятку устанавливают в положение Вперед, затем главную рукоят-
ку на первую позицию. После выдержки 1—2 с, необходимой для
срабатывания аппаратов, и появления тока по амперметру тяговых
электродвигателей набирают последующие позиции, плавно увеличивая
силу тяги. После трогания головной части поезда набор позиций за-
держивают или сбрасывают 1—2 позиции для более плавного натяже-
ния автосцепных устройств, а затем снова перемещают рукоятку конт-
роллера, ориентируясь по амперметру тяговых электродвигателей.
Для улучшения условий сцепления колесных пар с рельсами и пре-
дупреждения их боксования включение последующих позиций сопро-
вождают подачей песка.
В том случае, когда взять поезд с места не удалось, осаживают
состав, сжимая поглощающие аппараты автосцепок. Для этого сбра-
сывают главную рукоятку на нулевую позицию, переводят реверсив-
ную рукоятку в положение Назад и, выдержав время, необходимое
для остановки вагонов, набирают первую, а затем еще несколько по-
зиций главной рукояткой, подавая под колеса песок. Осаживать сос-
тав нужно с таким расчетом, чтобы хвостовой вагон не сдвинулся с
места назад. После выключения тока и остановки всех вагонов снова
реверсивную рукоятку переводят в положение Вперед и, управляя
главной рукояткой, трогают поезд.
При трогании н разгоне поезда главную рукоятку контроллера
задерживать на каждой позиции более 30 с не рекомендуется из-за
возможного перегрева пускового реостата.
Машинист предупреждает боксование колесных пар своевременной
подачей песка. Если же боксование появилось, нужно возможно рань-
ше начать подачу песка, а в том случае, когда его устранить подачей
песка не удается, необходимо сбросить несколько позиций и после
прекращения боксования снова набирать позиции при токах, соответ-
ствующих силам тяги, близким к ограничению по сцеплению. Прохо-
дить стрелки рекомендуется без тока, так как при ударах колес воз-
никает искрение под щетками.
Трогание поезда на электровозе переменного тска принципиально
не отличается от рассмотренного трогания электровоза постоянного
тока. Отличия вызваны только особенностями управления тяговыми
электродвигателями. Для набора позиций машинист при положении
реверсивной рукоятки контроллера в рабочем положении набирает
позиции поочередным перемещением главной рукоятки в положение
РП с последующим переводом в положение Ф/7 и т. д., а перевод на
низкие позиции осуществляет, поочередно переставляя рукоятку в
положения РВ, ФВ. При повторном наборе позиций рукоятку можно
установить в положение автоматического набора АП, а для быстрого
сбрасывания рукоятку нужно установить в положение БВ (быстрое
выключение).
На тепловозе для трогания поезда реверсивную рукоятку пере-
водят в положение Вперед и включают тумблер (на тепловозах 2ТЭ10В,
331
2ТЭ116), автомат (2ТЭ10.1) или кнопку (ТЭЗ) Управление тепловозам
и переводят главную рукоятку (штурвал) с нулевого в первое положе-
ние, натягивая состав. Одновременно подают под колеса песок и спус-
тя 3 -5 с переводят главную рукоятку во второе положение. Обычно
поезд на станционных путях приходит в движение с первого положения
главной рукоятки, а при низких температурах и повышенных сопро-
тивлениях движению — со второго или третьего положения. Нужно
иметь в виду, что при неподвижном тепловозе можно держать под на-
грузкой тяговые электродвигатели не более 8 10 с, чтобы нс перегреть
пластины коллектора. Если тронуть поезд не удалось, то переводят
главную рукоятку контроллера на нулевое положение, реверсивную —
в положение Назад, а затем главную рукоятку устанавливают в первое
положение, сжимая состав с таким расчетом, чтобы хвостовые вагоны
не сдвинулись с места назад. Затем, выждав время на остановку ваго-
нов, повторяют трогание поезда. В том случае, когда тепловоз обору-
дован реле времени для задержки и безыскрового отключения поезд-
ных контакторов, необходимо после установки главной рукоятки конт-
роллера машиниста в нулевое положение реверсивную переводить с
выдержкой времени в 5—6 с.
95. Управление локомотивом при следовании с поездом
Ведение поезда на различных профилях нуги. При разгоне поезда
поддерживается большая сила тяги локомотива за счет перевода глав-
ной рукоятки контроллера на более высокие ступени регулирования
или позиции.
При следовании поезда по перегону на участке пути с благоприят-
ным профилем (спуск или горизонтальная площадка) машинист про-
веряет тормоза на эффективность путем торможения первой ступенью.
После появления тормозного эффекта и снижения скорости на 10 км/ч
в груженом грузовом и пассажирском поездах и на 4—6 км/ч в по-
рожнем грузовом поезде отпускают тормоза. На основании этой про-
верки машинист далее определяет место начала включения тормозов
и значение снижения давления в магистрали, чтобы не допустить про-
езда закрытого сигнала или проследовать место ограничения скорости
с установленной скоростью.
Вследствие переломов профиля пути и изменения режимов ведения
в поезде возникают продольные динамические силы, достигающие
больших значений при неумелом управлении движением поезда. Для
уменьшения таких сил машинист по переломным участкам должен
вести поезд или растянутым, или сжатым. Для этого он регулирует
силу тяги и тормозные силы всего поезда или вспомогательного тор-
моза локомотива.
Обычно при движении поезда по подъему состав держат растяну-
тым, а при следовании по спускам в сжатом состоянии. Для свое-
временного перехода от растянутого состояния к сжатому и наоборот
используют отрезки пути без резкого изменения профиля пути перед
переломным участком. Выбору правильного режима ведения поезда
332
помогают разрабатываемые в депо режимные карты, которые рекомен-
дуют рациональные приемы управления в каких-то средних условиях
движения поезда. Машинист в каждой поездке корректирует рекомен-
дуемый картой режим с учетом особенностей движения поезда (масса
и длина поезда, загрузка вагонов, сопротивление движению, условия
движения по участку, характер погоды, а при электрической тяге
уровень напряжения в контактной сети).
Из-зз многообразия сочетаний элементов профиля пути рассмот-
реть порядок действий машиниста на них невозможно. Ниже рассмот-
рены основные приемы управления при прохождении поездом наиболее
характерных участков профиля пути.
При движении по горизонтальному пути (площадке) или близкому
к нему в режиме тяги поезд держат растянутым за счет силы тяги, раз-
виваемой локомотивом. На рис. 195 приведен профиль такого участка.
В нижней строке показана длина элементов, над ней — крутизна укло-
на, °/00 («-» подъем, «—» — спуск), движение рассматривается сле-
ва направо. Аналогично показаны профили участков на последующих
рисунках. Машинист при следовании по участку стремится увеличить
скорость движения до рекомендуемой режимной картой с тем, чтобы
уложиться в заданное время хода и создать запас кинетической энергии
поезда при наименьших затратах электрической энергии или топлива.
Следование с пониженной скоростью, например по желтым сигналам
светофора, приведет к перерасходу энергии или топлива в дальнейшем
при нагоне опоздания. Увеличение скорости сверх заданной графиком
движения без необходимости может вызвать вынужденное торможе-
ние из-за нагона впереди идущих поездов с перерасходом энергии или
топлива.
При движении поезда по участку с перевалистым профилем пути
(рис. 196) с чередующимися небольшими подъемами и спусками локомо-
тив работает в режиме тяги. Некоторое увеличение скорости движе-
ния на спусках позволяет увеличить запас кинетической энергии,
который используют при дальнейшем движении по подъему. С более
высоких позиций рукоятку контроллера переводят на низкие в нача-
ле спуска только в том случае, когда в конце его может оказаться пре-
вышение допустимой скорости и появится необходимость включать
тормоза, в которых неизбежно будут потеряны электрическая энергия
или топливо.
В случае движения поезда по площадке на выбеге состав находит-
ся в сжатом состоянии, так как сопротивление движению локомотива
больше сопротивления движению вагонов. При вступлении головной
333
Рнс. 197. Профиль пути с пло-
щадкой на спуске
Рис. 198. Профиль пути с
площадкой на подъеме
части поезда с площадки на спуск (рис. 197) она начнет двигаться уско-
ренно, растягивая поезд. В дальнейшем, когда весь поезд выйдет на
спуск, состав снова начнет сжиматься из-за разных сил сопротивления
движению локомотива и вагонов. Эти переходы сопровождаются по-
явлением продольных сил в поезде. Для их снижения необходимо пос-
ле выхода головной части на спуск притормозить локомотив вспомо-
гательным тормозом, препятствуя растяжению поезда, а затем, когда
весь поезд выйдет на спуск, постепенно отпустить этот тормоз.
Если на спуске скорость поезда возрастает и достигает допускае-
мой, необходимо при использовании автоматических воздушных тор-
мозов включать их с таким расчетом, чтобы к концу спуска подойти с
возможно большей допустимой скоростью, а следовательно, с наиболь-
шим запасом кинетической энергии. Во время отпуска тормозов при-
водят в действие вспомогательный тормоз локомотива, чтобы головная
часть, в которой отпуск тормозов произойдет раньше, не вызвала рас-
тяжение поезда. Тормоза должны применяться с таким расчетом, что-
бы не вызвать их истощения, заряжая полностью тормоза перед
повторным торможением.
На тепловозе при входе на затяжной спуск рукоятку контроллера
машиниста ставят в нулевое положение, кнопку Управление теплово-
зом выключают, а температуру воды поддерживают около 60 С летом
и 70 °C зимой. Иногда заглушают дизель ведущей секции (для эконо-
мии топлива).
Переход со спуска на площадку (третий элемент на рис. 197) или
на небольшой уклон и далее на спуск поезд должен проходить на вы-
беге. После выхода головной части поезда с площадки на второй
спуск для исключения растягивания поезда нужно включить вспо-
могательный тормоз локомотива, а после выхода всего поезда —
отпустить его ступенями.
Если поезд с площадки подходит к подъему (рис. 198), машинист
должен заблаговременно включить режим тяги, чтобы к подъему соз-
дать в поезде запас кинетической энергии и растянуть состав. Однако
при входе головной части поезда на подъем из-за дополнительного со-
противления движению скорость будет снижаться н состав начнет сжи-
маться. Чтобы исключить это, перед подъемом сила тяги не должна
быть наибольшей. Тогда при вступлении головной части на подъем ма-
шинист переставляет главную рукоятку контроллера машиниста на
более высокие позиции (а на электровозах — включает и ступени ос-
334
давления возбуждения) для увеличения силы тяги локомотива, кото-
рая необходима для компенсации возросших сил сопротивления дви-
жению.
Перед тяжелым подъемом необходимо заблаговременно очистить
поверхность катания бандажей локомотива, подтормаживая локомотив
вспомогательным тормозом и подавая под колеса песок, а перед самым
подъемом накопить в поезде возможно больший запас кинетической
энергии за счет подхода к нему с наибольшей допустимой скоростью
Запас кинетической энергии позволяет машинисту меньше времени
двигаться с наибольшими силами тяги, при которых вероятность сры-
ва сцепления возрастает, и не всегда .можно предупредить боксование
колесных пар подачей песка. В этих условиях необходимо кратковре-
менно уменьшить силу тяги переводом рукоятки на более низкие по-
зиции для прекращения боксования с последующим плавным восста-
новлением ее переводом главной рукоятки контроллера на более вы-
сокие позиции. На затяжном подъеме это приведет к некоторому сни-
жению времени хода по перегону. Если подъем является расчетным,
то время следования по нему может повлиять на пропускную способ-
ность участка.
При следовании по затяжному тяжелому подъему с большими то-
ками особенно с пониженными скоростями тяговые электродвигатели
могут перегреваться. Поэтому преодолевать такой подъем нужно при
возможно большем напряжении на тяговых электродвигателях, кото-
рым соответствуют более высокие скорости движения и меньшее время
работы тяговых электродвигателей при больших токах. Включение
ступеней ослабления возбуждения на электроподвнжном составе при-
водит к некоторому увеличению скорости следования, но вызывает
увеличение токов в обмотках якорей, дополнительных полюсов и
компенсационной обмотке. Это приводит к более интенсивному нагре-
ву обмоток.
В случае когда крутой подъем чередуется с площадкой (третий
элементна рис. 198), небольшим спуском или небольшим подъемом,
их используют для увеличения скорости движения и запаса кинети-
ческой энергии, переводя главную рукоятку контроллера на батее
высокие позиции.
Переход с подъема на спуск (рис. 199) выполняют таким образом:
после выхода головной части (примерно половины) поезда на спуск
постепенно переходят на более низкие позиции и выключают ток,
когда на спуске окажется большая часть поезда. Если между подъемом
и спуском есть площадка, то ток постепенно уменьшают в пределах
площадки, а после вступления головной части на спуск, ее придержи-
вают вспомогательным тормозом локомотива, который отпускают ио
выходе почти всего состава на спуск. Так же управляют тормозом, если
перед спуском поезд следовал на выбеге.
При переходе поезда со спуска на подъем (рис. 200) машинист на
спуске включает тяговые электродвигатели с таким расчетом, чтобы
в конце спуска поезд был растянут и локомотив работал с небольшой
или средней силой тяги. Когда поезд вступит на подъем, силу тяги
локомотива увеличивают, переставляя главную рукоятку контрол-
335
Рнс. 199. Профиль пути
с перемолом от подъема
к спуску
Рнс. 200. Профиль пути
с переходом от спуска
к подъему
лера машиниста в сторону больших позиций. Степень увеличения силы
тяги локомотива зависит от изменения крутизны соседних элементов
профиля пути.
Остановка поезда на перегоне. Машинист останавливает поезд на
перегоне в случае приближения к сигналу остановки или при подаче
таких сигналов с пути или поезда, при внезапном появлении пре-
пятствия в пределах габарита подвижного состава, срабатывании
автостопа, срыве стоп-крана, разрыве рукавов, разрыве поезда и во
всех случаях, угрожающих безопасности движения поезда, сохран-
ности груза, наезду на людей и т. п., с использованием экстренного
торможения и вспомогательного тормоза локомотива при одновремен-
ной подаче песка. В случае когда позволяет обстановка, останавливать
поезд нужно на легком профиле пути с хорошей видимостью сзади и
впереди поезда, а если потребуется телефонная связь, то рядом с путе-
вой будкой, переездом и т. д.
После выключения контроллера приводят в действие тормоза (сту-
пенчатое или полное служебное торможение) до полной остановки.
Если поезд не остановился и надобность в этом отпала, включают вспо-
могательный тормоз, а тормоза состава отпускают. На спуске после
выключения контроллера включают тормоза состава и после оста-
новки поезда затормаживают локомотив вспомогательным тормозом и
отпускают автотормоза. Для улучшения сцепления колес с рельсами
за 30- 50 м до остановки приводят в действие песочницы. Если после
отпуска автотормозов поезд придет в движение, нужно произвести
ступень торможения снижением давления в тормозной магистрали на
(0,69 ^0,78) 106 Па (0,7—0,8 кгс см2), переключить не менее 1'3 возду-
хораспределителей в головной части состава грузового поезда на гор-
ный режим и удерживать поезд в заторможенном состоянии в процессе
стоянки. Если после первой ступени торможения поезд не остановился,
производят вторую ступень торможения снижением давления еще на
(0,69-?0,78)1(>' Па (0,7—0,8 кгс/см2) и останавливают поезд. Затем при-
водят в действие вспомогательный тормоз локомотива, ручные тормоза
в составе и подкладывают необходимое число тормозных башмаков,
после чего отпускают автотормоза и держат нх заряженными до конца
стоянки.
Если напряжение с контактной сети снято, электровоз затормажи-
вают ручным тормозом, а когда появится напряжение, прежде всего
заряжают тормоза,
йб
Чтобы остановить поезд на подъеме, вначале главную рукоятку
контроллера переводят на низшие позиции, затем после некоторого сни-
жения скорости включают автотормоза, переводят главную рукоятку
контроллера в нулевое положение и затормаживают локомотив вспо-
могательным тормозом. После сжатия состава приводят в действие ав-
томатические тормоза, а далее поступают так же, как при остановке
поезда на спуске. При отсутствии напряжения в сети электровоз за-
тормаживают ручным тормозом. .
На перевальных участках поезд останавливать нежелательно из-
за трудностей трогания с места.
О вынужденной остановке машинист сообщает по поездной радио-
связи машинистам поездов четного и нечетного направлений и дежур-
ным по станциям, ограничивающим данный перегон, и принимает меры
к устранению причины, вызвавшей остановку поезда.
Трогание состава с места. На площадке и спуске трогание состава
с места выполняется аналогично троганию на станции. В случае тро-
гания на крутом спуске убирают тормозные башмаки из-под колес,
приводят в действие автотормоза, отпускают ручные тормоза, а за-
тем отпускают автотормоза и ступенями вспомогательный тормоз
локомотива. Если поезд не приходит в движение, набирают несколько
позиций главной рукояткой контроллера машиниста. После трогания
вагонов головной части поезда главную рукоятку сбрасывают в нуле-
вое положение и включают ступень торможения вспомогательным тор-
мозом локомотива до начала движения всего поезда. Когда весь поезд
придет в движение, отпускают вспомогательный тормоз.
Перед троганием поезда на крутом подъеме извлекают все тормоз-
ные башмаки из-под колес, включают автотормоза, отпускают ручные
тормоза, затем — автоматические и ступенями — вспомогательный
тормоз локомотива. Затем приводят локомотив в движение, перестав-
ляя главную рукоятку контроллера машиниста по позициям. Если
привести в движение поезд не удается, нужно включить первую сту-
пень торможения, а затем отпустить тормоза поездным положением
ручки крана машиниста. После сжатия поезда и скатывания локомо-
тива назад на I—2 м приводят снова поезд в движение, переводя глав-
ную рукоятку контроллера на первую, а затем на последующие пози-
ции. В этом случае разгон идет при больших токах и силах тяги с ин-
тенсивной подачей песка под колеса локомотива.
Управление поездом при движении по станции. Большое число
путей на станции, их соединение на стрелках и пересечение, появление
людей на путях, наблюдение за сигналами требуют от локомотивной
бригады повышенного внимания и бдительности.
При подходе к станции при разрешающем входном сигнале машинист
снижает скорость с тем, чтобы поезд вошел на станцию с допустимой
скоростью. Если перед станцией находится спуск, то на нем машинист
может проверить еще раз тормоза, чтобы быть уверенным в их эффек-
тивном действии. Следуя по станционным путям, машинист и его по-
мощник, готовые к остановке поезда в любой момент, внимательно на-
блюдают за маршрутом приема, показаниями светофоров и сигналами
работников станции и поездных бригад, перемещениями подвижного
33"
состава на соседних путях. Члены локомотивной бригады, проезжая
мимо дежурных по станции, дежурных стрелочного поста, сигналистов
подают сигналы бодрствования.
При следовании с остановкой на станции машинист должен при-
менить тормоза с таким расчетом, чтобы остановить состав у предель-
ного столбика с подтормаживанием головной части поезда вспомога-
тельным тормозом локомотива для сжатия состава. Этим подготовляют
поезд к последующему троганию без осаживания вагонов.
Особенности работы локомотивов на маневрах. Магистральные
электровозы и тепловозы редко используют для маневровой работы.
Чаще всего это бывает необходимо при работе со сборными поездами,
от которых на станциях, где нет маневрового локомотива, приходится
отцеплять часть вагонов и ставить их под погрузку или разгрузку.
В этом случае локомотивом управляют из первой по ходу движения
кабины.
Основную работу на станциях выполняют специальные маневро-
вые тепловозы. Порядок проведения маневров обусловлен Инструк-
цией по движению поездов и маневровой работе на жетезных дорогах
Союза ССР, техническо-распорядительным актом станции и местными
инструкциями. Перед началом работы руководитель маневров (соста-
витеть поездов) знакомит локомотивную бригаду с планом предстоящих
маневров и порядком его выполнения. Получив сигнал о производстве
маневров, машинист повторяет его свистком или другим звуковым сиг-
налом и приводит в движение локомотив. Трогание состава большой
массы осуществляется в том же порядке, что и трогание поезда ма-
гистральными локомотивами, — с подачей песка под колеса, а при
необходимости — с осаживанием состава.
Во время выполнения маневровых работ машинист и его помощник
внимательно следят за свободностыо путей, состоянием стрелок, по-
даваемыми сигналами, движением поездов и локомотивов на соседних
путях; своевременно выполняют сигналы и указания о передвижениях,
обеспечивая безопасность производства маневров и сохранность по-
движного состава. Особая бдительность нужна при подходе к пере-
ездам, мостам, скоплениям людей и при движении окаю стоящего
пассажирского поезда.
При маневрах с вагонами, занятыми людьми, машинист обеспе-
чивает повышенную плавность движения (без толчков и резких оста-
новок). Все маневровые перемещения проводятся со скоростью, до-
пустимой Правилами технической эксплуатации железных дорог Сою-
за ССР.
Особенностью маневровой работы является частое изменение на*
правления движения. В связи с этим необходимо при управлении теп-
ловозом включать движение в обратном направлении только после пол-
ной его остановки. Преждевременное включение может привести к
контртоку.
Применяемое на ряде дорог обслуживание маневрового тепловоза
одним лицом требует от машиниста более четкой работы и полного
взаимопонимания с составительской бригадой. Тепловоз должен быть
338
приспособлен для удобного управления им с разных сторон. Все осо-
бенности маневровой работы при такой системе оговариваются в мест-
ной инструкции.
96. Управление электропоездом
На приведенном в рабочее состояние электропоезде перед отправле-
нием его с конечной станции машинист еще раз убеждается в готовно-
сти всех аппаратов, приборов и тормозных средств поезда для движе-
ния, отпущенном состоянии ручных тормозов и об отсутствии на рель-
сах башмаков. Получив заполненный бланк предупреждения и раз-
решение на движение, машинист после перевода реверсивной рукоятки
контроллера в положение Вперед устанавливает главную рукоятку в
одно из рабочих положений. При этом все вагоны электропоезда долж-
ны двинуться без рывков и оттяжек. При движении по стрелкам ре-
комендуется использовать режим выбега для устранения искрения под
щетками тяговых электродвигателей при ударах колесных пар на не-
ровностях пути.
При пробоксовках отдельных колесных пар моторных вагонов сра-
батывают реле боксования, автоматически уменьшающие ускорение.
Машинист об этом узнает по загоранию сигнальной лампы РБ. Если
лампа в течение 3—5 с нс гаснет, необходимо главную рукоятку пере-
вести в нулевое положение, а затем повторно в рабочее положение.
Кнопку Пониженное ускорение, нажимают только при большом за-
грязнении рельсов и снижении силы сцепления.
При движении по перегону главную рукоятку контроллера держат
в положении, указанном в режимной карте или принятом на данном
участке режиме. При этом разгон поезда осуществляется автомати-
чески.
На электропоездах ЭР1 и ЭР2 маневровое положение главной ру-
коятки контроллера, при котором тяговые электродвигатели соедине-
ны последовательно с полностью включенным пусковым реостатом,
используют только для кратковременной работы при маневровых пе-
ремещениях. На остальных позициях главной рукоятки происходит
автоматический разгон поезда; на 1-й позиции —с выводом пускового
реостата из цепи последовательно включенных тяговых электродвига-
телей, при этом поезд может двигаться длительно с наименьшей ско-
ростью 20—30 км/ч. При установке главной рукоятки на 2-ю позицию
включаются две ступени ослабления возбуждения и скорость движения
будет больше. Если главную рукоятку установить на 3-ю позицию,
то тяговые электродвигатели будут включены в две параллельные вет-
ви и нз их цепи постепенно выводится пусковой реостат. Скорость
движения будет еще больше. Наибольшую скорость поезд развивает
на 4-й позиции, когда на параллельном соединении включаются две
ступени ослабления возбуждения тяговых электродвигателей. Разгон
поезда происходит автоматически до той схемы соединения обмоток тя-
говых электродвигателей, которой соответствует выбранная позиция.
На электропоездах переменного тока ЭРЯ тяговые электродви-
339
гатсли включены по два последовательно в две параллельные ветви
под напряжение выпрямительной установки, получающей питание от
вторичной (тяговой) обмотки трансформатора. При повороте вала глав-
ного контроллера изменяется число витков вторичной обмотки и ре-
гулируется напряжение на тяговых электродвигателях. Кроме того,
предусмотрено ослабление возбуждения. При установке главной ру-
коятки контроллера машиниста в маневровое положение ,М с транс-
форматора снимается наименьшее напряжение, а в цепь двигателей
включен резистор, уменьшающий ток, а следовательно, и ускорение
движения поезда. На 1-й позиции на тяговые двигатели подается
наименьшее напряжение, которому соответствуют скорости движения
10 15 км/ч, на 2-й—напряжение выше и скорость движения равна
20 30 км/ч, на 3-й — скорость равна 35 50 км/ч и на 4-й - 50 —
130 км/ч. Машинист выбирает положение рукоятки в зависимости от
необходимой скорости, ориентируясь на режимные карты или на при-
нятые на участке приемы управления электропоездами.
Снижение силы тяги и скорости можно получить на электропоез-
дах ЭР1, ЭР2 перемещением главной рукоятки с 4-й на 3-ю позицию.
При этом снимается ослабление возбуждения. На всех электропоездах
перевод рукоятки с третьей на вторую или со 2-й на 1-ю позицию к
снижению скорости не приводит. Необходимо рукоятку перевести в
нулевое положение и следовать на выбеге, а когда потребуется под-
держать установившуюся скорость или увеличить ее, главную рукоят-
ку переставляют в одно из рабочих положений. Если нужно уменьшить
скорость, то после выключения главной рукоятки контроллера вклю-
чают тормоза.
В пути следования и особенно при подходе к остановочному пункту
машинист убеждается в готовности тормозов к действию по показани-
ям сигнальной лампы. Когда поезд приближается к тупиковой стан-
ции, тормоза проверяют кратковременной постановкой ручки крана
машиниста в тормозное положение с последующим отпуском. Подтор-
маживание поезда свидетельствует об исправном состоянии тормозов.
Скорость движения в этом случае выбирают так, чтобы можно было
остановить поезд пневматическими тормозами.
Для снижения скорости перед остановкой или перед местом, где
скорость движения ограничена, машинист включает служебное тор-
можение и для плавности движения с уменьшением скорости ступеня-
ми отпускает тормоз. При подъезде к запрещающему или непонятному
сигналу скорость заранее снижают с таким расчетом, чтобы обеспе-
чить остановку поезда перед сигналом. В случаях, требующих срочной
остановки поезда, машинист включает экстренное торможение.
Если поезд остановился на крутом подъеме, то. чтобы он не начал
самопроизвольное движение назад, поезд оставляют в заторможенном
состоянии. Отпускают тормоза в момент включения тяговых электро-
двигателей, чтобы не допустить оттяжки вагонов и исключить вызы-
ваемые ими удары в передаче и двигателях. Заторможенным поезд
оставляют и при остановке на крутом спуске. В этом случае при тро-
гании отпускают тормоза и после трогания всех вагонов включают
тяговые электродвигатели (для ускорения разгона).
.340
97. Управление электровозом
в режиме электрического торможения
Рекуперативное торможение. На электровозах постоянного тока
рекуперативное торможение используют в основном для поддержания
скорости на вредных спусках (спусках, на которых без применения
тормозов скорость движения превысит допустимую). При подходе к
спуску и следовании поезда па выбеге включают двигатели вентилято-
ров на высокую скорость, нажимая на кнопку Высокая скорость вен-
тилятора. Затем, нажимая на кнопку Возбудители, запускают пре-
образователи. Об их работе машинист узнает по загоранию и после-
дующему погасанию сигнальных ламп преобразователей. В зависи-
мости от скорости движения выбирают соединение обмоток якорей
тяговых электродвигателей. На электровозах ВЛ 10 при скоростях
от 50 60 до 100 км/ч используют параллельное соединение и ревер-
сивно-селективную рукоятку устанавливают в положение П, при ско-
ростях 30 60 км/ч — в положение СП и при скоростях 23 -30 км/ч
в положение С. На электровозах В/18 указанные скорости несколько
меньше (на 2 7 км/ч). После этого ставят тормозную рукоятку в поло-
жение 02. Появившийся ток возбуждения тяговых электродвигателей
свидетельствует, что тяговые двигатели имеют возбуждение. Для под-
готовки схемы рекуперативного торможения главную рукоятку ставят
на 1-ю позицию. При этом тормозного эффекта еще нет, так как тяго-
вые электродвигатели не подключены под напряжение сети.
После перехода на спуск переводят тормозную рукоятку с 1-й на
последующие позиции с небольшой выдержкой для увеличения маг-
нитного потока тяговых электродвигателей. Когда их суммарная
э. д. с. сравняется с напряжением контактной сети, реле рекуперации
электровоза срабатывает и контакторы подключают цепи тяговых
электродвигателей к сети. При равенстве э. д. с. и напряжения сети
ток якорей будет равен нулю. Практически реле срабатывает при их
разнице в 80—100 В. Поэтому в цепи якорей может пойти ток до 100
150 А тягового или тормозного режима, при котором на ободах колес-
ных пар создается небольшая сила. Чтобы тормозная сила возрастала,
тормозную рукоятку переставляют на последующие позиции, увеличи-
вая магнитный поток, э. д. с. тяговых электродвигателей, а следова-
тельно, и ток рекуперации. Необходимое снижение тормозной силы
осуществляют переводом тормозной рукоятки на более низкие пози-
ции.
Механически устойчивые характеристики рекуперативного тор-
можения обеспечивают движение по спуску постоянной крутизны с
неизменной скоростью. Перестановка тормозной рукоятки на высшие
позиции при переходе поезда на более крутой спуск и на меньшие
позиции при переходе поезда на менее крутой спуск позволяет полу-
чить постоянную скорость движения и на спусках разной крутизны.
При больших тормозных силах машинист должен следить, чтобы
соотношение тока якоря и тока возбуждения не превысило допустимо-
го значения, и подавать песок под колеса для улучшения сцепления
колесных пар с рельсами.
341
Схема электровоза позволяет при недостаточной тормозной силе
электровоза включать комбинированное торможение воздушное
торможение состава при сохранении рекуперативного торможения
электровоза. Если при таком торможении будет включено экстренное
торможение (или сорван стоп-кран), то на электровозе рекуператив-
ное торможение будет замещено воздушным, а машинист должен
перевести рукоятки контроллера в нулевые положения.
В том случае, когда за спуском следует подъем, перед ним скорость
поезда должна быть наибольшей. Нецелесообразно за счет рекупера-
ции подходить к началу такого подъема с меньшей, чем допустимая,
скоростью, а затем на подъеме работать с большими токами тягового
режима.
В режиме рекуперации характеристики имеют различные жестко-
сти (см. рис. 114, 115). Наиболее жесткими они являются на 11 —15-й
позициях тормозной рукоятки. Поэтому на практике наиболее часто
используют 5—11-ю позиции.
Схемы рекуперативного торможения не обеспечивают переход с
одного соединения на другое без разрыва силовой цепи, как это дела-
ется в тяговом режиме. Поэтому для использования рекуперации в
широком диапазоне скоростей нужно выключить рекуперативное тор-
можение на одном из соединений якорей тяговых электродвигателей
(например, параллельном при скорости 50— 60 км/ч), переключить
якоря тяговых электродвигателей на другое соединение (например,
последовательно-параллельное) перестановкой реверсивно-селек-
тивной рукоятки в соответствующее положение и снова включить ре-
куперативное торможение.
Чтобы выключить рекуперативное торможение, тормозную рукоят-
ку контроллера машиниста перемещают в сторону меньших позиций
до положения, при котором ток рекуперации близок к нулю. Затем
переводят на нулевую позицию главную рукоятку, а за ней и тормоз-
ную. Реверсивно-селективную рукоятку переводят в положение М.
Чтобы валы тормозных переключателей перешли в положение тягово-
го режима и схема была готова для работы в режиме тяги, нужно крат-
ковременно (на 1—3 с) поставить главную рукоятку на 1-ю позицию.
Затем выключить преобразователи.
На электровозах переменного тока ВЛ801’ в зависимости от ско-
рости движения выбирают зону регулирования: при скорости 60
80 км/ч рекомендуется исполь овать 4-ю зону, при 45—60 км/ч — 3-ю,
при 20 40 км/ч - 2-ю и при 0 20 км/ч 1-ю. Устанавливают штур-
вал в выбранное положение (зону) и переводят тормозную рукоятку в
положение /7. О сборе тормозной схемы машинист определяет по за-
горанию и погасанию лампы Р на пульте управления. Плавно увели-
чивая тормозной рукояткой ток возбуждения, получают режим реку-
перативного торможения и устанавливают необходимые значения то-
ков якоря /я и возбуждения /„ тяговых электродвигателей, не допус-
кая уменьшения отношения /„//„ ниже 0,43.
Если необходимо снижать скорость, то возможно большую тормоз-
ную силу получают при наибольшем токе возбуждения и поддержании
большего тока якоря за счет плавного вращения штурвала контролле-
342
ра в сторону низших зон регулирования. При переводе штурвала на
1-й зоне регулирования к положению HP система переходит в режим
противовключения тяговых электродвигателей. Можно в режиме тяги
перед включением рекуперативного торможения штурвал установить в
положение 111 и после снижения тока тягового режима и силы тяги
перевести тормозную рукоятку в положение П. После этого устанав-
ливают штурвал в нужное положение и регулируют тормозную силу
рассмотренными выше способами.
Для сбора схемы тормозного режима после выбега необходимо рез-
ко перевести штурвал из нулевого положения через положение ПО
При этом схема тягового режима не должна собираться и амперметры
тяговых электродвигателей должны показывать нуль. Затем устанав-
ливают штурвал в нужное положение и собирают схему переводом тор-
мозной рукоятки в положение П с последующим регулированием тока
возбуждения, как было указано.
Для снятия режима рекуперации плавно переводят в нулевое по-
ложение тормозную рукоятку, а затем и штурвал.
Реостатное торможение. Электровозы ВЛ80с и BJ180’ рассчитаны
на использование реостатного торможения для поддержания постоян-
ной скорости на спуске или для снижения скорости движения. Систе-
ма позволяет автоматически поддерживать постоянную скорость на
спуске, проводить остановочное торможение с заданной тормозной
силон и режим предварительного подтормаживания. Для перевода
электровоза в режим реостатного торможения при нулевом положе-
нии главной рукоятки контроллера и реверсивной рукоятки в поло-
жении ПП Вперед тормозную рукоятку переводят из нулевого в под-
готовительное положение П. Окончание сбора схемы машинист опре-
деляет по погасанию сигнальных ламп ПИВ и ТД, а на электровозах
6.180° — также и ламп Cl, С2, суммирующей сигнализации, после
чего тормозную рукоятку переводят в положение ПТ.
В положении ПТ включается режим подтормаживания, при кото-
ром происходит плавное нарастание тормозной силы электровоза в
течение 1—2 с до 98 кН. Перевод тормозной рукоятки в сектор Тормо-
жение приводит к режиму торможения с включенной автоматикой.
Для движения по спуску с постоянной скоростью ее значение задают
установкой тормозной рукоятки в соответствующее место в секторе
Торможение по указателю скорости УС. Затем задатчик тормозной
силы устанавливают в положение, при котором сила будет достаточна
для поддержания постоянной скорости. При этом тормозная сила бу-
дет автоматически поддерживать заданную скорость.
Для поддержания постоянной тормозной силы при снижении ско-
рости тормозную рукоятку ставят в крайнее положение, соответству-
ющее нулевой скорости по УС, а задатчик тормозной силы — в поло-
жение выбираемой силы. Эта сила будет поддерживаться при всех ско-
ростях.
Для выключения реостатного торможения тормозную рукоятку
переводят в нулевое положение. При этом схема разбирается.
343
98. Управление локомотивом
при кратной тяге и подталкивании
Кратную тягу используют для увеличения провозной способности
участка железной дороги или перевозки поездов унифицированной по
целому направлению массы. При кратной тяге локомотивы могут уп-
равляться с одного поста по системе многих единиц, или каждый ло-
комотив — своей бригадой с расположением локомотивов в голове,
голове и хвосте поезда (толкач) или в голове и в средней части состава.
Для работы по системе многих единиц соединяют обычно два элект-
ровоза одной серии с одинаковым передаточным отношением и с воз-
можно близкими диаметрами колес, чтобы нагрузки тяговых электро-
двигателей обоих электровозов расходились меньше.
После подбора таких электровозов их сцепляют, опускают токо-
приемники, а затем соединяют рукава напорной, тормозной магистра-
ли и магистрали тормозных цилиндров и после установки всех кранов
воздушных магистралей в положение, указанное в заводской инструк-
ции, открывают концевые краны. Далее устанавливают межэлектро-
возные соединения, связывающие цепи управления обоих электрово-
зов. Надежность соединения цепей управления тщательно проверяют,
контролируя работу электрического оборудования с постов управле-
ния обоих локомотивов. Управляют электровозами из первой по ходу
кабины.
При работе по системе многих единиц нужно учитывать, что при
одних и тех же действиях по управлению поездом силы по сравнению
с одиночным электровозом удваиваются. Поэтому набор позиций, тор-
можение вспомогательным тормозом локомотива нужно выполнять
несколько медленнее. Работу оборудования второго локомотива ма-
шинист контролирует по показаниям сигнальных ламп, а о реализации
силы тяги судит по ускорению движения поезда.
Такие сцепленные сплотки электровозов обычно используют при
регулярном следовании поездов, масса которых выбрана из условий
кратной тяги. Если такие поезда нерегулярны, то применяют двой-
ную (кратную) тягу при управлении каждым локомотивом своей
бригадой. В этом случае управляет движением поезда машинист пер-
вого по ходу локомотива. После прицепки локомотивов к поезду ма-
шинисты обоих локомотивов убеждаются в надежном сцеплении локо-
мотивов между собой и с поездом, правильном соединении рукавов
магистралей и положении концевых кранов. На всех локомотивах,
кроме первого — ведущего, ручки комбинированных кранов переводят
в положение двойной тяги, а ручки кранов машиниста усл. №222,
394, 328 и 395 — в VI положение (ручки кранов машиниста усл. № 334
ставят в I положение, предварительно перекрыв краны двойной тяги).
При управлении электропневматическими тормозами на этих локомо-
тивах дополнительно выключают источник питания в каждой кабине
и отключают блок управления от линейного провода выключателем
двойной тяги.
При трогании поезда машинист первого локомотива, переставляя
главную рукоятку с позиции на позицию, постепенно увеличивает си-
344
лу тяги. Когда сила тяги близка к наибольшей, он дает два коротких
звуковых сигнала машинисту второго локомотива о необходимости
включения. Машинист второго локомотива повторяет сигнал и вклю-
чает режим тяги. Если поезд взять с места не удалось, машинист пер-
вого локомотива дает сигнал машинисту второго локомотива о прекра-
щении режима тяги (один короткий сигнал) и, когда тот после подачи
ответного сигнала выключает рукоятку контроллера, осаживает поезд
и повторяет пуск.
При движении по перегону машинист первого электроваза выби-
рает режимы работы, а второй только выполняет команды первого и
внимательно смотрит за сигналами. В местах проверки тормозов ма-
шинист ведущего локомотива проверяет их действие. Если машинист
другого локомотива увидел, что тормоза не проверяют, то он должен
связаться с ведущим локомотивом по радио и подать сигнал бдитель-
ности, требуя произвести проверку.
Если требуется немедленно остановить поезд, машинист ведущего
локомотива производит экстренное торможение, выключает рукоятку
контроллера, включает песочницы и вспомогательный тормоз локомо-
тива на наибольшее давление сжатого воздуха, подав сигнал остановки.
По этому сигналу машинисты остальных локомотивов поезда выключа-
ют рукоятки контроллера, производят экстренное торможение, вклю-
чают песочницы и вспомогательный тормоз своего локомотива на наи-
большее давление и повторяют сигнал остановки.
В случае когда опасность увидит один из машинистов раньше, чем
машинист ведущего локомотива, он обязан привести в действие тор-
моза, как было описано, выключить ток и подать сигнал остановки.
По этому сигналу включают тормоза и выключают ток машинисты ос-
тальных локомотивов.
Перед отцепкой локомотива приводят в действие автоматические
тормоза снижением давления в магистрали на (0,784-0,98)10* Па
(0,8- 1,0 кгс/см’) (предварительно выключив электропневматический
тормоз, если он есть). Затем помощник машиниста перекрывает кон-
цевые краны у локомотива и первого вагона и разъединяет тормозные
рукава, укрепляя головки на подвесках.
Кратную тягу широко используют при работе с поездами повышен-
ной массы и длины и в соединенных грузовых поездах. В настоящее
время поезда массой от 6 до 10 тыс. т допускается формировать и про-
пускать на участках, имеющих затяжные спуски не более 12°/м при
температурах не ниже —30 °C при хорошей видимости с использова-
нием одного головного локомотива, а второго—в середине или хвос-
те состава. В сдвоенных поездах используют систему пневматической
синхронизации управления автоматическими тормозами и отключения
тяги второго локомотива, находящегося в середине состава. В строен-
ных поездах систему синхронизации включают только во втором поез-
де, в третьем поезде тормозная магистраль не соединяется с двумя пер-
выми поездами, управляет третьим локомотивом его машинист по
командам с первого локомотива, передаваемым по радио. Скорость
следования строенного поезда ограничивают — 60 км/ч.
345
Вождение сдвоенных и строенных поездов требует больших тех-
нических знаний и практических навыков, особенно при управлении
тормозами. Поэтому управление такими поездами поручают опытным
машинистам. Для облегчения условий управления соединенными по-
ездами разрабатываются режимные карты на основе обобщения ре-
зультатов опытных поездок с такими поездами.
При подталкивании локомотив, как правило, ставят в хвост по-
езда с остановкой его на станции или без остановки (только при слож-
ном профиле пути толкач ставят в голову поезда). При толкании по-
езда по всему перегону или участку толкач сцепляют с составом и сое-
диняют тормозные магистрали. Если толкание проводится в пределах
части перегона, то толкач с составом не сцепляют и подталкивание
ведут до знака «Конец толкания» или далее в зависимости от установ-
ленного порядка. Локомотив-толкач возвращается на станцию от-
правления поезда или следует до следующей станции за поездом на
расстоянии не менее тормозного пути, чтобы при необходимости можно
было остановить толкач. При толкании локомотивами управляют так
же, как и при кратной тяге.
99. Особенности вождения поездов
в летних и зимних условиях
Все рассмотренные ранее условия движения поездов относятся к
теплым временам года и средним температурам окружающего возду-
ха. В том случае, когда летом локомотив работает при высокой тем-
пературе окружающего воздуха, все машины и аппараты нагреваются
до более высоких температур. Для уменьшения нагревания тяговых
электродвигателей электровозов нужно включать мотор-вентиляторы
только на высокую частоту вращения. Для снижения температуры в
дизельных помещениях тепловозов приходится усиливать их венти-
ляцию, работая с открытыми окнами кузова. При пылевых бурях и лив-
невом дожде переходят на забор воздуха для питания дизеля и ох-
лаждения электрических машин нз кузова тепловоза при закрытых
окнах и дверях кузова. При большой запыленности воздуха перед
входными жалюзи воздухозаборника дизеля устанавливают кассеты
дополнительной очистки воздуха. Поскольку при засасывании за-
пыленного воздуха фильтр засоряется быстрее, необходимо чаще про-
мывать фильтрующие элементы.
При работе локомотивов в зимних условиях приходится учитывать
дополнительные трудности, вызываемые низкими температурами и
снегопадами. Низкие температуры приводят к снижению подвижности
шарниров, а следовательно, и надежности аппаратов и машин из-за
загустевания смазки и появления инея и льда на контактных поверх-
ностях аппаратов, коллекторах электрических машин и на контактном
проводе. Холод может вызвать замерзание воздушных труб и аппара-
тов вследствие попадания в них вместе со сжатым воздухом влаги,
которая конденсируется в различных трубах, а также в цилиндрах и
вентилях электропневматических аппаратов.
346
Снег, попавший на изоляционные материалы, при повышении тем-
пературы машины или аппарата тает, при этом влага проникает в слои
изоляции, в результате чего понижается ее электрическое сопротивле-
ние. Эго приводит к пробою изоляции. Кроме того, при резких перепа-
дах температур чаще ослабляются болтовые соединения, а при очень
низких температурах возрастает хрупкость металлов.
Ведение поезда при низких температурах имеет свои особенности,
связанные с образованием на рельсах и на контактном проводе голо-
леда. Гололед, снег, пропитанные загрязнениями из воздуха, снижают
наибольшую силу тяги по сцеплению колес с рельсами. Повышенная
жесткость пути увеличивает нагрузки на элементы экипажной части
локомотива. Более высокая вязкость смазочных материалов приводит
к повышению коэффициента трения и увеличению сил сопротивления
движению. При низких температурах уменьшается также емкость
аккумуляторной батареи.
Поэтому перед наступлением зимы электроподвижной состав, теп-
ловозы и весь подвижной состав готовят к работе в зимних условиях.
При этом проводят осмотр экипажной части и приводят все зазоры и
допуски к нормам. В кузовах, щитах, смотровых люках и т. д. заде-
лывают обнаруженные неплотности и щели, через которые возможно
проникновение внутрь снега. На все воздухозаборные жалюзи уста-
навливают чехлы, задерживающие снег. На тяговые электродвигатели
устанавливают или проверяют ранее установленные снегозащитные
кожуха, уплотнения и другие приспособления для защиты от попада-
ния снега. Проверяют работу и регулировку аппаратов с ревизией
пневматических приводов, заменой кожаных манжет на прожирован-
ные и заправкой морозостойкой смазкой. Уплотняют крышки песочных
ящиков, прочищают и приводят в порядок песочные трубы, регули-
руют форсунки, утепляют и уплотняют щели и зазоры в кабинах ма-
шиниста, проверяют работу отопления и обогрева стекол. Во всех тру-
щихся частях локомотивов при понижении температуры воздуха ни-
же —5 С летние сорта смазок заменяют зимними в соответствии с ин-
струкциями и указаниями Главного управления локомотивного хо-
зяйства.
При работе на линии машинист учитывает перечисленные особен-
ности зимних условий. Трогание поезда после длительной стоянки ва-
гонов (повышается сопротивление движению) проводят после осажи-
вания состава, при котором, кроме сжатия автосцепных устройств,
дополнительно улучшается смазывание подшипников скольжения го-
ловной части вагонов Сам процесс трогания и разгона проводят более
плавно с постепенным увеличением силы тяги локомотива при более
интенсивной подаче песка на покрытые инеем, снегом или льдом
рельсы.
Снег, попавший на нагретые тяговые электродвигатели, тает и че-
рез неплотности проникает внутрь, Поэтому после метели или снего-
пада снег или лед со всех частей локомотива или вагона электропоезда
счищают, а попавший внутрь гяговых электрических машин удаляют
В помещение депо, имеющее нормальную температуру, ставят ло-
комотив или электропоезд только с нагретыми тяговыми электролви-
347
гателями и генераторами, так как при холодных электрических маши-
нах возможно увлажнение изоляции запотевание коллекторов, щет-
кодержателей и т. д. При необходимости тяговые электродвигатели
и генераторы прогревают при езде по деповским путям с подтормажи-
ванием колесных пар. При обнаружении запотевания частей электри-
ческих машин их протирают, продувают теплым сухим сжатым воз-
духом и измеряют сопротивление изоляции. Для повышения сопро-
тивления увлажненной изоляции тяговые двигатели сушат обычно от
специальных калориферных установок.
Трогание электроподвижного состава при низких температурах,
инее и гололеде на контактном проводе осуществляют при поднятых
обоих токоприемниках, чтобы уменьшить искрение между полозом и
проводом. После разгона поезда второй токоприемник обычно опус-
кают. Чтобы при длительной стоянке токоприемники не примерзли к
проводу, целесообразно периодически подвижной состав немного пе-
ремещать или поочередно поднимать и опускать первый и второй то-
коприемники.
На электроподвижном составе переменного тока при стоянках на-
блюдают за температурой масла трансформатора. При низких темпе-
ратурах его вязкость возрастает, что может привести к поломке мотор-
насоса, поэтому при температуре ниже —20 °C нажимают кнопку
Низкая температура масла для подогрева масла. Когда масло нагре-
ется до температуры 4-20 °C, включают кнопку Мотор-насос транс-
форматора и запускают мотор-насос.
Кнопки Обогрев компрессора. Обогрев кранов, Обогрев санузла. Обо-
грев ЭКГ после длительной стоянки электровоза на ул те включают
на все время работы. При этом кнопку Обогрев ЭКГ нажимают за 50—
60 мин до запуска электровоза (при температуре ниже —20 °C). После
разогрева масла в картере компрессора запускают компрессоры.
На тепловозах в зимнее время перед пуском дизеля спускают воду
из картера (если она туда попала), открывая спускной вентиль. При
температуре масла до холодильника ниже 40 СС открывают сливной
вентиль в картер дизеля и перепускные вентили под шахтой холодиль-
ника, а после пуска их закрывают. Перед отправлением тепловоза
температура охлаждающей воды должна быть не менее 60 °C, а масла —
не ниже 50 °C, а при следовании с поездом температуру воды поддер-
живают в пределах 75—80 °C, зачехляя жалюзи в соответствии с ин-
струкциями заводов-изготовителей.
При стоянке тепловоза менее 20 мин при низких температурах и
боковом ветре дизель обычно не останавливают. В том случае, когда
зимой дизель остановили, температуру масла поддерживают на уровне
не ниже 55—60 °C для предотвращения застывания масла в холодиль-
нике. При длительной стоянке тепловоза в ожидании работы или ре-
монта дизель периодически запускают с целью предупреждения сни-
жения температуры масла ниже допустимой.
При торможении и проверке действия тормозов в зимний период
первую ступень торможения в грузовых груженых поездах выполняют
снижением давления на (0,784-0,88)104 Па (0,8—0,9 кгс/см2), в по-
рожних — на (0,594-0,69)10* Па (0,6—0,7 кгс/см2), в пассажирских
.348
поездах нормальной длины — на (0,49-^0,59) 10* Па (0,5—0,6 кгс/см2).
При необходимости усиления торможения грузового поезда повторную
ступень выполняют разрядкой тормозной магистрали не менее 0,49 х
X 105 Па (0,5 кгс/см2). Если температура ниже —30 °C, при опробо-
вании автотормозов снижают давление в грузовых поездах на
(0,784-0,88) 10s Па (0,8—0,9 кгс/см2) и в пассажирских поездах нор-
мальной длины на (0,49-7-0,59)10* Па (0,5—0,6 кгс/см2).
Во время следования поезда и на стоянках при низких температу-
рах необходимо чаще, чем обычно, проверять работу автотормозов,
особенно перед входом на станцию или перед спуском. В том случае,
когда при подходе к станции или запрещающему сигналу после пер-
вой ступени торможения не получен достаточный эффект, производят
экстренное торможение. На крутых затяжных спусках при снегопадах
и снежных заносах первую ступень торможения в начале спуска в
грузовых поездах выполняют снижением давления в тормозной ма-
гистрали на (0,984-1,18)10* Па (1,0—1,2 кгс/см2), а при необходимости
увеличивают разрядку до полного служебного торможения. Если при
этом на рельсах есть иней, гололед, для улучшения сцепления колес
с рельсами подают песок.
После окончания работы локомотивная бригада выпускает конден-
сат из главных резервуаров, сборников и продувает тормозную ма-
гистраль открытием концевых кранов.
ГЛАВА 17
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
ПРИ РАБОТЕ НА ЛОКОМОТИВЕ
И МОТОРВАГОННОМ ПОДВИЖНОМ
СОСТАВЕ
100. Организация работ по технике безопасности
Основные требования по безопасности работ при обслуживании
локомотивов и моторвагонного подвижного состава изложены в Пра-
вилах и Инструкции по технике безопасности и производственной са-
нитарии при эксплуатации электровозов, тепловозов и моторвагон-
ного подвижного состава. Знание этих Правил и Инструкции наряду
с Правилами технической эксплуатации железных дорог Союза ССР
периодически проверяют на экзаменах по технике безопасности.
При эксплуатации локомотивов и моторвагонного подвижного
состава травмы обслуживающего персонала возникают вследствие
попадания под напряжение и в движущиеся и вращающиеся части
оборудования локомотивов, ударов движущихся частей по рукам,
падения из-за задевания ногами всевозможных неровностей, попада-
ния под локомотивы или вагоны, ожогов при касании нагретых частей
или пламени. Чаще встречаются травмы рук и других частей тела ин-
струментом, повреждения ног падающими тяжелыми деталями и при-
способлениями, падение на человека инструмента и деталей, падение
работника в канаву при отсутствии или неисправности переходных
мостков.
Поражения электрическим током встречаются реже, но их послед-
ствия бывают, как правило, более тяжелыми по сравнению с механи-
ческими повреждениями. Это связано с тем, что при прохождении тока
через организм человека поражается центральная нервная система,
сердце и кровеносные сосуды, что вызывает остановку сердца и пре-
кращение дыхания и может привести к смерти.
Чтобы уменьшить число травм, в депо проводят технические и ор-
ганизационные мероприятия, направленные на создание условий для
безопасного выполнения работ и предотвращения нарушения этих
условий. К организационным мероприятиям относятся:
медицинское освидетельствование машиниста и его помощника при
поступлении на работу, а затем периодически через установленные
сроки;
проведение занятий с локомотивными бригадами по технике безо-
пасности;
систематический контроль за знаниями и выполнением безопас-
ных условий груда членами локомотивной бригады.
К техническим мероприятиям относится;
содержание в исправном состоянии оборудования локомотивов и
моторвагонного подвижного состава;
надежное заземление корпусов электрических машин;
350
сигнализация о наличии напряжения в отдельных частях локомо-
тива или моторвагонного подвижного состава;
нанесение предостерегающих надписей около опасных мест;
применение всевозможных ограничений, блокировок и замков,
исключающих доступ к опасным местам оборудования;
использование защитных средств.
В каждом депо квалифицированные специалисты проводят заня-
тия по технике безопасности, направленные на снижение производ-
ственного травматизма и профессиональных заболеваний, на которых
прививают навыки машинистам и их помощникам по безопасным при-
емам работы.
Машинисты-инструкторы и инженеры по технике безопасности
депо периодически инструктируют машинистов и их помощников по
технике безопасности непосредственно на рабочем месте с показом безо-
пасных приемов труда. В соответствии с инструктивными указаниями
о порядке инструктажа, обучения и проверке знаний по охране тру-
да работников железнодорожного транспорта проводится обучение
безопасным приемам труда, а также по использованию защитных
средств. Способы оказания первой помощи изучаются и закрепляются
на занятиях, проводимых медицинскими работниками здравпункта
депо.
В связи с тем что электрический ток опасен для человека, прикос-
новение к частям, находящимся под напряжением более 12 В, недо-
пустимо. Наиболее опасными частями с точки зрения попадания под
напряжение являются:
контактный провод над крышей локомотива или вагона на электри-
фицированных участках;
высоковольтные аппараты в высоковольтной камере локомотивов,
в подвагонных ящиках и шкафах электропоездов, в кабинах машини-
ста и на крыше подвижного состава;
тяговые электродвигатели и вспомогательные машины;
провода и кабели, подходящие к электрическим машинам и аппа-
ратам.
Машинист и его помощник должны знать, где проходят провода и
какие аппараты, приборы и электрические машины находятся под на-
пряжением, и не прикасаться к изолированным и неизолированным
их частям независимо от значения напряжения.
Для предупреждения поражения электрическим током на электро-
возах, тепловозах и моторвагонном подвижном составе применяют
ограждающие устройства, блокировки безопасности, заземление машин
и аппаратов и используют предупредительные надписи и защитные
средства.
Правилами предусматривается, чтобы на каждом локомотиве и мо-
торвагонном подвижном составе были следующие защитные средства,
которые хранятся в местах, защищенных от увлажнения, загрязнения
и механических повреждений, готовыми к употреблению:
две пары диэлектрических перчаток;
не менее двух диэлектрических ковриков размером не менее
0,5 X 0,6 м;
351
Таблица 5(1
Наименование защитных средств Допусти- мое нап- ряжение. кВ Значения параметров при испытании Срока
Напряже- ние. кВ Продолжи- тельность испытания, мин Ток. про- ходящий через из- делие. мА периодиче- ских испы- таний периодиче- ских осмот- ром
Изолирующие штанги' (кроме измерительных) Ниже 1)0 Трех- кратное линейное, но не менее 40 кВ 5 — 1 раз в 2 года 1 раз в год
Инструмент с изолирующими рукоятками До 1,0 2.0 1 — 1 раз в год Перед при- менением
Диэлектриче- ские резиновые перчатки До 1.0 2.5 1 2.5 1 раз в 6 месяцев То же
То же Свыше 1.0 6.0 1 6.0 1 раз в 6 месяцев >
Диэлектриче- ские резиновые коврики До 1.0 3.5 Протягива- ние со ско- ростью 2—3 м/с между ци- линдриче- скими электрода- ми з.о 1 раз в 2 года 1 раз в гол
То же Свыше 1.0 15.0 То же 15,0 То же То же
не менее одной отключающей изолирующей штанги на секции элект-
ровоза, не имеющего механического привода разъединителей;
две изолирующие заземляющие штанги на электровозах и электро-
поездах переменного тока для снятия емкостных зарядов с силовых
цепей и заземления первичной обмотки тягового трансформатора;
два противогаза марки Б или М на тепловозах, оборудованных
противопожарной установкой газового тушения;
три пары шумоизолирующих наушников на тепловозах.
Защитные средства, применяемые для защиты от поражения элект-
рическим током, должны периодически проходить испытания и осмот-
ры в соответствии с нормативами, указанными в табл. 50.
Если при осмотрах обнаружены признаки неисправности в защит-
ных средствах, то проводят их внеочередные испытания. Допускается
досрочное испытание защитных средств при очередных ремонтах локо-
мотива или моторвагонного подвижного состава.
Все испытания, как правило, проводят переменным током часто-
той 50 Гц при температуре 15—20 °C. Резиновые изделия можно ис-
352
пытыиать также постоянным (выпрямленным) током, но в этом случае
испытательное напряжение берут в 2,5 раза выше, че.м указано в
табл. 50. На защитные средства ставят хорошо видимый штамп с ука-
занием рабочего напряжения, срока годности, номера и названия ла-
боратории В лаборатории, проводящей испытания, ведется журнал,
в котором регистрируются испытываемые защитные средства.
Противогазы осматривают 1 раз в 3 месяца на отсутствие внешних
повреждений, исправность клапанов и г. д. и периодически испыты-
вают и перезаряжают фильтры (срок и способы испытаний устанав-
ливаются специальными инструкциями) с постановкой клейма Испы-
тан и даты испытания
Наличие защитных средств и их состояние машинист проверяет при
приемке локомотива или моторвагонного подвижного состава.
101. Общие меры безопасности
Меры безопасности при нахождении на железнодорожных путях.
Переходить пути нужно в установленных местах только под прямым
углом, предварительно убедившись, что к переходимому пути не при-
ближается поезд или локомотив. Не следует становиться на рельсы и
между остряком и рамным рельсом. В районе стрелочных переводов
переходят пути не ближе 20 м ог предельного столбика. Если пути за-
няты составами, то обходить их нужно на расстоянии не .менее 5 м от
концевого вагона, а проходить между расцепленными частями состава
можно только на расстоянии между ними не менее 10 м. В остальных
случая' нужно пользой* я тормозными площадками вагонов. Ка-
тегорически запрещается пролезать под стоящими вагонами и перехо-
дить по их ударночцепиым приборам, а также использовать тормоз-
ные площадки вагонов при движении поезда.
Вдоль путей разрешается ходить только посередине междупутья или
обочине земляного полотна. При этом нужно внимательно прислуши-
ваться и чаще осматриваться, чтобы своевременно обнаружить дви-
жущиеся вагоны и локомотивы и перейти в безопасную зону. Особен-
но внимательным нужно быть на железнодорожных путях в темное
время суток при ухудшении видимости, а также зимой при пониженной
слышимости и заснеженности междупутья.
На электрифицированных участках запрещается касаться опор
контактной сети. В том случае когда обнаружен оборванный контакт-
ный провод, его нельзя трогать. Об этом нужно сообщить дежурному
по станции, в дистанцию контактной сети или энергодиспетчеру. Если
возможно касание людей с проводами, находящимися под напряже-
нием, то необходимо оградить место гак. чтобы люди не подходили на
расстояние менее 10 м Когда человек оказался в юне 10 м от упавшего
на землю контактного провода, то из нее выходить н^жпо небольшими
шажками (около 0,1 м) или перепрыгивать, чтобы исключить действие
шагового напряжения (разности потенциалов в земле на расстоянии
шага)
12 з«к ям 35з
Меры безопасности при приемке и ведении поезда. Перед приемкой
или сдачей локомотива или моторвагонного подвижного состава ма-
шинист убеждается, что они заторможены и самопроизвольно не могут
сдвинуться с места. В случае опробования тормозов машинист должен
предупредить об этом своего помощника, убедиться в отсутствии людей
под локомотивом и прекращении работ по осмотру или ремонту авто-
тормозов и ры важной передачи. Прежде чем тронуть с места локомотив
или моторвагс нный подвижной состав, машинист убеждается в том,
что члены его бригады находятся на своих местах, а другие лица ото-
шли с пути и таходятся на расстоянии не менее 1 м от подвижного сос-
тава. Получив разрешение на движение, машинист и помощник объяв-
ляют, что пут» свободен, и затем машинист дает сигнал и трогает по-
движной состав. При выезде из депо, кроме указанного выше, перед
троганием проверяют, нет ли людей под подвижным составом, и убеж-
даются, что ворота полностью открыты и закреплены от самопроиз-
вольного закрытия. Ввод и вывод локомотива или моторвагонного
поезда разрешает дежурный по депо (пункту оборота) или его помощ-
ник. При въезде или выезде запрещается находиться кому-либо на
подножках, лестницах и крыше подвижного состава.
Во время движения поезда двери кабины машиниста, из которой
ведется управление, должны быть закрыты, но не заперты. Двери не-
рабочих кабин машиниста и служебных кабин вагонов электропоезда
должны быть заперты. При движении поезда локомотивной бригаде
запрещается:
высовываться из окон кабины за пределы ветрового стекла;
высовываться из наружных дверей локомотива;
стоять или сидегь на подножках и других наружных частях;
осматривать или смазывать движущиеся части локомотива или мо-
торвагонного подвижного состава;
проводить уборку или исправлять какие-либо повреждения;
принимать жезл при скорости более 40 км/ч в случае отсутствия
специального жезлоподателя.
На подходах к переездам, кривым участкам пути, .мостам и тонне-
лям локомотивная бригада подает оповестительные сигналы. Их по-
дают также, когда локомотив приближается к работающим на путях
или идущим по путям людям. Машинист подает сигналы и проявляет
бдительность до тех пор, пока люди освободят путь. Если путь не ос-
вобождается, машинист принимает меры к остановке поезда. Сигналы
подают также не реже двух раз на километр при следовании по непра-
вильному пути и при неблагоприятных атмосферных условиях с по-
нижением видимости особенно при подходе к кривым, выемкам, мос-
там, тоннелям, местам, на которых действуют ограничения скорости,
и при выходе из них.
При встрече с движущимся поездом на участках с правосторонним
двухпутным движением помощник отходит к рабочему месту маши-
ниста.
Для того чтобы при встрече поездов в темное время суток не было
ослепления машиниста встречного поезда, необходимо включить кноп-
ку Тусклый свет. После проследования головной части снова включают
354
яркий свет прожектора. Если один поезд остановился, его прожектор
выключают, а встречный поезд идет с ярким светом прожектора.
При подходе к тоннелю локомотивная бригада включает прожек-
тор, буферные фонари и освещение пассажирских вагонов в том слу-
чае, когда оно включается из кабины управления. Поезд в тоннеле нуж-
но вести так, чтобы исключить боксование колес из-за худших усло-
вий сцепления колес с рельсами и не допустить остановку поезда. Если
же поезд пришлось остановить в тоннеле, то машинист выясняет при-
чины остановки, возможность дальнейшего следования и принимает
все меры для быстрейшего вывода поезда из тоннеля.
После остановки поезда члены локомотивной бригады приступают
к осмотру и ремонту оборудования только после выдержки времени,
необходимой для возможного набегания и оттяжки вагонов. Они могут
сходить с локомотива или моторвагонного подвижного состава только
после полной остановки поезда. Спускаются, держась обеими руками
за поручни, находясь лицом к ступенькам. В темное время суток нужно
предварительно осветить место, на которое сходят, и убедиться, что
при спуске не будет травмы.
102. Меры безопасности
при эксплуатации электроподвижного состава
Особенности безопасности обслуживания электроподвижного сос-
тава связаны с наличием высокого напряжения на оборудовании. Для
исключения попадания людей под высокое напряжение основная часть
оборудования электровоза, находящегося при работе под высоким на-
пряжением, установлена в высоковатьтной камере, вход в которую
при наличии напряжения блокируется. Съемные щиты высоковольт-
ных камер и шторы также блокируются. Кожуха электрических при-
боров, аппаратов и корпуса вспомогательных машин, к которым воз-
можно прикосновение людей, надежно заземляют. Кроме того, на две-
рях и съемных щитах высоковольтных камер, на ящиках электрических
аппаратов, около катлекторных люков вспомогательных машин, рас-
положенных вне высоковольтных камер, на задних стенках щитков
измерительных приборов наносят предупредительные надписи При
поднятом токоприемнике не открывать. Около раскладных лестниц
и люков выхода на крышу электровозов и электропоездов наносят
надписи При поднятом токоприемнике на крыыу не подниматься, а
на кожухах аппаратов и приборов высокого напряжения, изолиро-
ванных от кузова электропоездов, — Смертельно.
При поднятом токоприемнике локомотивная бригада может регу-
лировать реле обратного тока, регулятор напряжения, регулятор дав-
ления, протирать стекла кабин машиниста, проверять выходы штоков
тормозных цилиндров и при обесточенных цепях менять перегорев-
шие лампы освещения, низковольтные предохранители и прожектор-
ные лампы из кабины машиниста. Остальные работы выполняют толь-
ко при опущенных токоприемниках.
12’ 355
Локомотивная бригада должна иметь только одну реверсивную
рукоятку и одни комплект ключей от кнопочных выключателей (КУ)
(или аналогичных по назначению ключей) при любом числе электро-
возов или моторных вагонов, работающих по системе многих единиц.
Рукоятку и ключи при осмотре или ремонте оборудования передают
лицу, выполняющему работу. Рукоятку можно вынуть нз контрол-
лера при нулевом положении главной н тормозной рукояток, а ключ
КУ — при выключенных кнопках подъема токоприемника. В том, что
токоприемник опустился, убеждаются лично, даже в случае нулевого
положения стрелки вольтметра сети. Наличие рукоятки и ключа сви-
детельствует о том, что токоприемник опущен. После остановки вспо-
могательных машин открывают двери или шторы высоковольтной
камеры, оставляют их открытыми до окончания осмотра или ремонта
и отключают крышевые или главные разъединители.
На электровозах переменного тока снимают емкостные заряды с
силовых цепей касанием заземляющей штангой всех вводов тягового
трансформатора и заземляют ввод трансформатора.
На электропоездах после тою, как убедились, что все токоприем-
ники опустились, переводят воздушные краны токоприемника того
вагона, на котором будут проводиться работы из положения Автомат
в положение Ручное (вспомогательный компрессор). В том случае
когда токоприемники вагонов соединены крышевыми высоковольтны-
ми перемычками, аналогичные переключения воздушных кранов то-
коприемников делают во всех моторных вагонах. Затем главный
разъединитель и заземлитель трансформатора устанавливают в зазем-
ляющее положение. Все кабины машиниста и шкафы запирают, а клю-
чи от них и реверсивную рукоятку передают лицу, выполняющему
работу.
Подъем на крышу электроподвижного состава допускается только
при снятом с контактной сети напряжении в ее заземлении Напряже-
ние с контактной сети снимает энергодиспетчер, а заземляет сеть по
его приказу работник контактной сети. Поэтому осмотр и ремонт кры-
шевого оборудования нужно выполнять в депо, пункте оборота или
на специально для этого приспособленных путях. В этом случае
приступать к работе на крыше можно, только убедившись в отсутствии
напряжения па контактном проводе по световым сигналам, положе-
нию разъединителя и навешенной заземляющей штанге.
Если сигнальные лампы не горят, то коптам пая сеть считается на-
ходящейся под напряжением. Машинист может приступить к работе
в этих условиях только после разрешения дежурного по депо, пункту
оборота или экипировочного устройства, убедившись в том, что разъе-
динитель разомкнут, а заземляющая штанга навешена на контактный
провод.
Соблюдение требований техники безопасности при въезде в депо и
выезде из него рассмотрено в параграфа 92.
В пути следования помощник машиниста может отлучиться из
рабочей кабины для проверки работы оборудования только с разреше-
ния машиниста При этом на электровозах ЧС2 проходить по коридору
можно только, когда штурвалом не регулнр)1 и напряжение или ват-
356
буждение. Если помощник машиниста (или другое лицо) находится в
коридоре, а машинисту необходимо сбросить позиции, он выключает
цепь тяговых двигателей кнопкой выключения быстродействующего
выключателя, а затем при обесточенных цепях переводит штурвал в
нулевое положение.
103. Меры безопасности
при обслуживании тепловозов и дизель-поездов
Кроме общих требований безопасности, при эксплуатации тепло-
возов учитывают также меры, изложенные ниже. Ввод тепловозов в
депо и вывод осуществляют при неработающем дизеле с питанием тя-
говых двигателей от постороннего источника. Работа дизеля в помеще-
нии депо недопустима. Осмотры и ремонты дизеля, вспомогательных
узлов, электрооборудования проводят при обесточенных электрических
цепях и снятых предохранителях аккумуляторной батареи.
Перед запуском дизеля локомотивная бригада осматривает состоя-
ние его узлов и вспомогательного оборудования, убирает запасные
части, материалы, инструмент и приспособления и подает предупреди-
тельный сигнал. К этому времени все ремонтные и монтажные работы
у вращающихся частей должны быть закончены. Выполнять их при
работающем дизеле запрещается. Необходимо проверить также, не
включены ли кнопки Топливный насос на пультах обеих секций тепло-
воза.
Если необходимо войти в дизельное помещение при работающей
силовой установке, нужно надевать противошумные наушники. Когда
при работающем дизеле прослушивают его работу и осматривают места
утечки топлива, масла или воды, соблюдают особую осторожность,
чтобы не получить травму от вращающихся частей. Утечки из трубо-
проводов, обнаруженные вблизи от вращающихся частей, устраняют
после остановки дизеля. Находясь в дизельном помещении, нужно об-
ращать внимание на плиты пола, которые должны быть уложены ров-
но. При выступающих плитах возможно задевание за них и падение
человека.
Порядок действия локомотивной бригады при ведении поезда рас-
смотрен ранее. Дополнительно к этому бригада тепловоза или дизель-
поезда при подходе к тоннелю закрывает окна и двери, а при следо-
вании в нем принимает все меры к недопущению остановки поезда.
Если же поезд остановился, бригада стремится как можно быстрее
вывести его из тоннеля. Почувствовав загазованность воздуха, локо-
мотивная бригада должна надеть противогазы. В том случае, когда
для вывода из тоннеля поезда требуется вспомогательный локомотив,
машинист заглушает дизели.
Регулировку подачи масла жиклерами, смену топливных форсу-
нок и т. п. проводят только после остановки дизеля. Вскрывать, ремон-
тировать и исправлять электрические приборы и аппараты, находя-
щиеся под напряжением, недопустимо. Под напряжением разрешает-
ся только замена предохранителей и ламп освещения при обесточен-
12В з«к зев 357
ных цепях. Осматривать тяговые электродвигатели со съемкой крышек
люков можно только при неработающем дизеле.
Если на одной из секций дизель не работает, то на неработающей
секции главная и реверсивная рукоятки должны быть в нулевых по-
ложениях, кнопки пульта управления — в отключенном состоянии
(за исключением освещения), отключатели тяговых электродвигате-
лей — в отключенном положении. При работах на фрикционной муф-
те, воздухопровод привода муфты перекрывают. Открывать монтаж-
ные люки шахт холодильников разрешается только при выключенном
вентиляторе.
На электрифицированных участках, когда тепловоз или дизел!
поезд стоит под контактным проводом, находящимся под напряжение*
подниматься на крышу категорически запрещается, чтобы не допус
тить травмы из-за попадания под высокое напряжение.
Для предупреждения воспламенения топлива и смазки в экипирс
вочных устройствах во время экипировки тепловоза недопустимо к\
рение и использование открытого огня. После набора топлива пробк
баков нужно плотно закрыть. При попадании на руки и особенно в гла
за дизельного топлива, смазок, воды, охлаждающей дизель, с антикор
розионными присадками появляется раздражение и заболевани
кожи или слизистой оболочки. Для устранения этого нужно береч
глаза от попадания капель, а для рук — использовать защитные мази
пасты, «биологические перчатки», которые выбирают в зависимосп
от химических составов веществ, входящих в топливо, охлаждающую
воду и масло, по рекомендациям медицинского учреждения.
По окончании работы с использованием защитных паст руки мою
горячей водой с мылом, после чего рекомендуется смазать их борны?
вазелином или ланолиновым кремом с легким втиранием их в кожу
Если появилось раздражение кожи, необходимо обратиться к врач}
и по его заключению пострадавшего переводят на работу, не связаннук
с использованием вредных веществ, до выздоровления.
Жидкость, скапливающуюся в отсеках топливных насосов дизелей
удаляют с помощью специальных шприцев.
104. Противопожарные меры
Предупреждение возникновения пожара. Пожар на локомотиве
или моторвагонном подвижном составе может возникнуть вследствие.
нагрева проводов и резисторов выше допустимых температур;
действия электрической дуги при неисправном дугогасящем уст-
ройстве аппаратов или появлении кругового огня по коллекторам
электрических машин;
несвоевременного срабатывания защиты;
неосторожного обращения с открытым огнем, особенно в среде с
горючими газами;
попадания искр на горючие части;
нагревания легковоспламеняющихся материалов;
пробоя газов в картер и воспламенения паров масла.
358
Для предупреждения возникновения пожаров необходимо прове-
рять состояние защитной аппаратуры, контактов и проводов (на до-
ступных обзору участках), своевременно устраняя повреждения изо-
ляции. Защитные устройства должны быть в полной исправности. Не-
типовые предохранители или предохранители, не имеющие плавкой
калиброванной вставки, применять нельзя.
Вводы кабелей, силовых проводов и проводов цепей управления в
электрические аппараты, переходные коробки, рейки зажимов должны
иметь втулки и уплотнения. В местах электрических соединений дол-
жен быть надежный контакт. Провода, отсоединенные от аппарата,
обязательно отключают и от источника питания. Их концы изолируют
и закрепляют, чтобы они не могли коснуться частей аппаратов или
заземленных частей.
Вентиляционные каналы, по которым идет воздух для охлаждения
тяговых электродвигателей, камеры и каналы электрокалориферного
отопления, изготовленные из горючих материалов, должны быть закры-
ты асбестовым картоном толщиной не менее 5.мм и кровельной сталью
(каналы электрокалорифера на протяжении 1,5 м от камеры). Внутрен-
ние поверхности тамбурных шкафов электропоездов с электрическим
оборудованием покрывают огнезащитным составом. Таким составом
обязательно должны быть пропитаны защитные рукава выводных кон-
цов тяговых электродвигателей и брезентовые соединения вентиляци-
онных каналов электродвигателей и калориферов.
В процессе осмотра электрического оборудования необходимо сле-
дить за состоянием поверхности изоляторов и своевременно протирать
от пыли и грязи, а при движении поезда обращать внимание на отсут-
ствие искр от прикосновения тормозных колодок колеса при отпущен-
ном состоянии тормозов.
В случае появления запаха гари на локомотиве и моторвагонном
подвижном составе или обнаружения нагревания отдельных мест нуж-
но срочно принять меры по выяснению и устранению вызвавших их
причин, предупреждая возникновение пожара.
При осмотре электроподвижного состава постоянного тока нужно
систематически проверять работу контакторов, .замыкающих секции
пускового реостата, а в периоды разгона —не допускать длительную
работу с включенным реостатом.
На локомотивах и моторвагонном подвижном составе нельзя остав-
лять тряпки, хлопчатобумажные концы, особенно пропитанные мас-
лом или топливом, в высоковольтных камерах, около аппаратов и пе-
чей, в кабине машиниста, у калориферных установок и реостатных ка-
мер, около глушителя и аккумуляторных батарей.
Осмотр и ремонт аккумуляторной батареи допустим только при
пользовании переносной лампой с защитным колпачком и кожухом.
Зажигать спички, курить, пользоваться открытым огнем факела или
свечи категорически запрещено из-за возможного взрыва выделяемых
газов.
Несвоевременное удаление разлитого топлива и масла и пропитан-
ных ими хлопчатобумажных концов может при пользовании открытым
огнем привести к взрыву их паров и пожару. Аналогичная картина
12В* ‘ 359
может произойти при курении и пользовании открытым огнем при за-
правке баков тепловозов или дизель-поездов топливом. При заправке
шланг отсоединяют только после прекращения подачи топлива. При
этом в баке должно оставаться не менее 5 см от поверхности топлива
до верхней стенки бака для компенсации расширения топлива с повы-
шением температуры.
Смазочные материалы должны храниться в металлических бидонах
или канистрах с плотно закрывающимися крышками, а подбивочно-
обтирочные материалы — в металлических ящиках. На электропо-
ездах их хранят в подвагонных ящиках.
Локомотивным бригадам запрещается провозить на локомотивах и
в вагонах взрывчатые и отравляющие вещества, легковоспламеняю-
щиеся и горючие материалы (кроме необходимого запаса смазочных
материалов). В электро- и дизель-поездах пассажирам также запре-
щается перевозить эти вещества, загромождать тамбуры, проходы и
переходные площадки громоздкими вещами и багажом, применять
открытый огонь и курить. Об этом нужно систематически информи-
ровать пассажиров по поездной радиосети.
Средства пожаротушения. Для ликвидации пожаров на локомоти-
вах и моторвагонном подвижном составе применяют первичные сред-
ства пожаротушения, приведенные в табл. 51.
Все средства пожаротушения на электропоездах и четырехвагон-
ных секциях находятся в отведенных для них местах: огнетушители,
ведра и ящики для песка в служебных помещениях головных вагонов,
а остальные инвентарь и средства пожаротушения в специальных под-
вагонных ящиках.
Огнетушители должны иметь отметки на корпусе и в паспорте —
бирке, подвешенной на нем, о зарядке и перезарядке огнетушителя,
испытании и ревизии баллонов, а также о контроле углекислоты. Каж-
дый огнетушитель крепится на специальном кронштейне, позволяю-
щем при необходимости быстро снять его. В холодное время года, ког-
да локомотив или моторвагонный подвижной состав находятся дли-
тельно в нерабочем состоянии, пенные огнетушители снимают, чтобы
не разморозить их.
Тепловозы, кроме огнетушителей, оборудованы специальными
противопожарными установками: автоматической газовой или воз-
душно-пенной. Первая вызывает автоматическую подачу в дизельное
помещение гасящего пожар газа.
Тепловозы 2ТЭ116, 2ТЭ10В, 2ТЭ10Л, ТЭЗ, ТЭП60 оборудованы
воздушно-пенными противопожарными установками. В состав уста-
новки входит резервуар 8 (рис. 201) объемом 0,25-0,3 м’, в котором
находится 4%-ный раствор пенообразователя ПО1 в воде, два смеси-
теля 4, трубы и арматура. Для приведения установки в действие откры-
вают пусковой кран 2, тогда сжатый воздух из питательной магист-
рали / проходит в воздухопровод 12, при закрытом кране 6 нажимает
на предохранительное кольцо 10 из фольги и проходит в резервуар
8. При открытом кране 5 из резервуара в трубу 11 поступает под дав-
лением раствор пенообразователя и через гибкие резино-тканевые ру-
кава к смесителю 4. Открыв на нем ручку крана 3 до упора, направ-
360
Таблица 51
Вид подвижного состава Измеритель Количество пожарного инвентаря и средств пожаротушения Примечание
х ссх ООО ОУ-5 00 О Ведра металли- ческие Топоры Ломы
Электровозы Тепловозы: На секцию — 3 1 2 — —
поездные (ку- зовные) маневровые То же » 1 1 4 2 — 2 —
Дизель-поезда На поезд 6 2 — — — —
Электропоезда ЭР1, ЭР2. ЭР9 (10 вагонов) То же 4 10 4 2 Кроме того, два малых багра» две металличе- ские лопаты, два ящика для песка
Трехвагонные секции На секцию 1 3 — 1 1 1 Кроме того, один багор и один ящик для песка
Четырехвагон- ные секции ЭР22 То же 2 4 — 2 2 2 Кроме того, два багра и два ящика для песка
Автомотрисы с дизельными двигателями На вагон 1 2 1 1 — —
ляют раструб смесителя иа очаг пожара и гасят его выходящей пеной.
После ликвидации пожара закрывают пусковой кран 2, краны 3 на
смесителе и укладывают смесители на места. Кран 6 служит для про-
дувания пенопровода сжатым воздухом. Полный слив огнегасящей
жидкости производят через вентиль 9.
Чтобы при заряженном резервуаре система не сработала ложно в
случае пропуска воздуха в пусковом кране 2, на трубе, соединяющей
воздухопровод 12 с резервуаром, имеется бонка 7 с отверстием диа-
метром 1 мм, через которое выходит воздух из воздухопровода.
На тепловозах 2ТЭ10В и тепловозах 2ТЭ10Л последних выпусков,
кроме того, применена автоматическая световая и звуковая пожарная
сигнализация, которая включает в себя термодатчики, сигнальную
коробку, сигнальную лампу Пожар на пульте машиниста и звуковой
сигнал. Если тепловозы или дизель-поезда оборудованы установ-
ками газового или воздушно-пенного пожаротушения, число углекис-
лотных огнетушителей на них уменьшают в 2 раза.
При приемке локомотива или моторвагонного подвижного состава
локомотивная бригада должна проверять наличие и исправность
361
Рис. 201. Схема противопожарной воздушно-пенной установки
инвентарных средств пожаротушения, соблюдены ли условия хране-
ния горюче-смазочных материалов, а на тепловозах, оборудованных
воздушно-пенными противопожарными установками, проверяют дей-
ствие сигнализации этих установок по свечению ламп и работе зумме-
ров при включении соответствующих автоматов и кнопок.
Тушение пожара на электроподвижном составе. В случае возник-
новения пожара на электровозе, машинист должен перевести рукоят-
ку контроллера машиниста (или вал группового переключателя) в ну-
левое положение, отключить кнопки вспомогательных машин, быстро-
действующий или главный выключатель, опустить токоприемник,
остановить поезд и принять меры к удержанию его на месте, отключить
рубильник аккумуляторной батареи и дать сигнал пожарной тревоги.
Машинист убеждается, что токоприемники опущены и что контакт-
ный провод (который может быть пережжен) не касается крыши или
крышевого электрооборудования. Если контактный провод касается
крышевого электрооборудования или токоприемник заело в поднятом
положении, допускается короткое замыкание контактной сети зазем-
ляющим разъединителем открыванием двери высоковольтной камеры.
Одновременно машинист организует тушение пожара огнетушите-
лями.
При возникновении пожара в вагоне электропоезда машинист дол-
жен подать сигнал пожарной тревоги, выключить контроллер, вспомо-
гательные машины, быстродействующий или главный выключатель,
опустить все токоприемники, остановить поезд и принять меры к его
удержанию, а затем отключить выключатель управления и запереть
рабочую кабину. Если необходимо, машинист оповещает пассажиров
о случившемся по поездной радиосвязи и организует эвакуацию пас-
сажиров нз вагонов, которым угрожает опасность. Затем убеждается,
что контактный провод не касается крышевого оборудования вагонов,
переставляет кран воздухопровода токоприемника горящего вагона
362
в положение Ручное (вспомогательный компрессор) и приступает к
тушению пожара.
Если пожар возник на тепловозе или дизель-поезде, машинист пере-
водит в нулевое положение рукоятки контроллера и останавливает
дизель, а на дизель-поезде и вспомогательный дизель, выключает все
кнопки на пульте управления, рубильники вспомогательных элект-
рических машин и аккумуляторной батареи, останавливает поезд и
принимает меры по его удержанию, подает сигнал пожарной тревоги.
На тепловозах, имеющих автоматическую газовую установку по-
жаротушения, при возникновении пожара в случае нахождения лиц
в дизельном помещении необходимо его покинуть, перейдя в кабину
и плотно закрыв за собой дверь. Если огнетушительный состав прони-
кает в больших количествах в кабину машиниста, члены локомотив-
ной бригады надевают противогазы. Через 15—18 с после сигнала о
пожаре при снижении давления в баллоне до (0,984-1,96)106 Па (1 —
2 кгс/см2), когда поступление огнетушительного состава прекращает-
ся, машинист в противогазе входит в дизельное помещение и осматри-
вает его. Тлеющие и раскаленные предметы тушат ручными средства-
ми тушения и проветривают дизельное помещение, открыв окна и две-
ри и включив вентилятор.
Когда тепловоз оборудован воздушно-пенной пожарной установкой,
машинист при возникновении пожара должен выключить контроллер,
вспомогательные машины и дизель горящей секции. Ручку крана ма-
шиниста после торможения установить в положение перекрыши без
питания, открыть один из кранов установки, подвести рукав со сме-
сителем к очагу горения, повернуть рукоятку крана смесителя до
упора и направить струю пены в очаг горения. Время действия установ-
ки 10—20 мин при работе одного смесителя и 5—6 мин при работе двух
смесителей.
Во всех случаях пожаров на подвижном составе запрещается оста-
навливать поезд на железнодорожных мостах, путепроводах, виаду-
ках, эстакадах, в тоннелях, под мостами, путепроводами и в других
местах, не допускающих эвакуацию пассажиров и создающих препят-
ствия для тушения пожара.
Горящие провода, электрические аппараты и машины можно га-
сить только углекислотными огнетушителями и сухим песком. Нужно
иметь в виду, что длительность работы и длина струи углекислотных
огнетушителей составляют для ОУ-2 — 30 с и 1,5 м; ОУ-5 — 30—35 с
и 2 м; ОУ-8 — 30—40 с и 3,5 м. Гашение электрического оборудования
пенными огнетушителями или водой недопустимо. Горящие предметы,
конструктивные элементы и деревянные части внутри вагонов, не
связанные с электрическим оборудованием, гасят пенными огнетуши-
телями. Например, огнетушитель OI1-3 действует 60 с и дает длину
струи до 8 м. При этом нельзя приближаться к электрическим прово-
дам и оборудованию на расстояние меньше 2 м. Наружные части ва-
гонов и крыши гасить пенными огнетушителями и водой на электри-
фицированных участках можно только при снятом напряжении с
контактной сети и ее заземлении. Контактная сеть без заземления
считается находящейся под напряжением. В том случае, когда расстоя-
363
ние между горящим подвижным составом и контактной сетью состав-
ляет не менее 7 м, можно гасить пожар без снятия с нее напряжения.
При этом необходимо смотреть, чтобы струя воды или пены не попала
на части контактной сети, находящиеся под напряжением.
Струю пены или воды направляют навстречу видимому огню, в мес-
та наиболее сильного горения и на пути распространения пожара, а
на вертикальных стенках, кроме того, и выше, чтобы при стекании она
гасила огонь.
Когда нужно обнаружить скрытые очагн горения, необходимо раз-
бирать конструктивные элементы. Пути распространения огня по вен-
тиляционным каналам, между перегородками и т. д. вскрывают вна-
чале и после места горения, а затем над местом горения или около него.
Если пожар угрожает аккумуляторной батарее, нужно, кроме размы-
кания ее рубильника, вынуть плавкие предохранители, в самой бата-
рее снять или разрезать несколько перемычек между элементами и
плотно закрыть крышку ящика.
Если машинист видит, что ликвидировать пожар собственными си-
лами не удастся, он должен затребовать пожарный поезд, расцепить
состав и отогнать горящий вагой или локомотив, изолировав его от
других вагонов и деревянных сооружений.
После того как ликвидируют пожар, при котором были повреждены
провода и электрические аппараты, подавать напряжение на локомо-
тив или моторвагонный подвижной состав не разрешается. Повреж-
денный таким образом электропоезд приводят в депо при опущенных
токоприемниках и отключенной цепи управления.
105. Обеспечение безопасности движения поездов
При изучении основ электрической и тепловозной тяги, условий
эксплуатации локомотивов и моторвагонного подвижного состава
обращалось внимание на обеспечение безопасного следования поездов
по участку.
Безопасность движения поезда обеспечивается исправным действи-
ем всех устройств железных дорог, использованием специальных сис-
тем и правильными режимами работы поездов. Наибольшее значение
здесь имеет надежная конструкция и надлежащее содержание пути и
подвижного состава в эксплуатации, грамотное планирование поезд-
ной работы диспетчерским аппаратом, надежное действие устройств
сигнализации и связи, бдительность машинистов и их умение управ-
лять поездом. Особенно важную роль в обеспечении безопасности и
бесперебойной работы играет локомотивная бригада, непосредственно
участвующая в управлении движением поезда. Для повышения мастер-
ства вождения машинисты и их помощники систематически посещают
занятия технической учебы, на которых рассматриваются в том числе
и правильные приемы ведения поезда, рекомендованные режимными
картами, вырабатывается творческое отношение к процессу управле-
ния.
Для повышения безопасности движения поездов локомотивы и мо-
торвагонный подвижной состав оборудуются устройствами, помогаю-
щими машинисту в работе. На каждом из них имеется регистрирующий
скоростемер, а на большинстве грузонапряженных железных дорог
используется система автоматической локомотивной сигнализации
(АЛСН) с непрерывным автостопом.
Связь системы АЛСН со скоростемером СЛ-2М, имеющим, кроме
основных писцов, регистрирующих скорость движения, время и тор-
можение, также дополнительные писцы, позволяет регистрировать на
ленте и сигналы автоблокировки. Связь скоростемера с тормозной ма-
гистралью и цепями управления помогает установить выполнение
каждым машинистом условий безопасности движения поездов и бди-
тельность при ведении поезда.
При приемке локомотива или моторвагонного подвижного состава
машинист убеждается в наличии штампа-справки об исправном дейст-
вии устройств АЛСН в Журнале технического состояния локомотива,
наличии и целостности пломб на пломбируемых аппаратах и проверя-
ет включение их устройств.
Для этого давление воздуха в главных резервуарах должно быть
не менее 6,9 • 10* Па (7 кгс/см2). Машинист открывает краны, соеди-
няющие электропневматический клапан автостопа (ЭПК) с тормозной
и напорной магистралями, при выключенном положении ключа в зам-
ке ЭПК включает питание с проверкой напряжения на аккумулятор-
ной батарее в пределах 45—55 В. На односекционных тепловозах
рукоятку переключателя направления переводит в положение нужного
направления. После этого он поворачивает ключ в замке ЭПК влево,
включая ЭПК, и, когда будет услышан свисток, нажимает рукоятку
бдительности. Прекращение свистка и появление на локомотивном
светофоре сигнального огня свидетельствуют, что устройства АЛСН
включены в действие. Затем переключатель частот машинист устанав-
ливает в положение, соответствующее частоте тока путевых устройств
участка; проверяет на ленте скоростемера регистрацию включения
АЛСН.
При движении поезда по участку, оборудованному путевыми уст-
ройствами АЛСН, машинист и его помощник наблюдают за показа-
ниями путевых и локомотивного светофоров и управляют движением
поезда в зависимости от сигналов. Если полевой светофор не виден
(из-за тумана и т. д.), они руководствуются показаниями локомотив-
ного светофора до приближения к полевому светофору на расстоянии
видимости. В случае когда показания путевого и локомотивного све-
тофоров не соответствуют один другому, нужно руководствоваться
показаниями путевого светофора. При негорящем сигнале проходного
светофора и зеленом или желтом огне локомотивного светофора руко-
водствуются показаниями локомотивного светофора. Запрещается
проезд погасших огней входных, выходных и маршрутных светофо-
ров, светофоров перекрытия, а также проходных светофоров (семафо-
ров) при полуавтоматической блокировке.
Когда поезд следует при желтом огне с красным на локомотивном
светофоре, машинист не должен превышать допустимую системой АЛСН
365
скорость и, нажимая рукоятку бдительности, через 15—20 с должен
остановить поезд перед светофором с запрещающим сигналом. Если при
запрещающем показании проходного светофора машинист ведет поезд
в соответствии с установленным Правилами технической эксплуата-
ции порядком и на локомотивном светофоре сигнал с желтого огня с
красным меняется на красный, в системе АЛСН включается контроль
скорости 20 км/ч с периодическим нажатием рукоятки бдительности
через 15—20 с. Во всех случаях превышения допустимых скоростей
при желтом огне с красным или красном огне локомотивного светофора
поезд останавливается устройствами АЛСН независимо от нажатия
машинистом рукоятки бдительности.
Услышав продолжительный предупредительный свисток ЭПК ав-
тостопа, машинист должен убедиться, что поезд он ведет с соблюдением
требований безопасности движения и путь свободен, н не позднее, чем
через 6 с после начала свистка, нажать на рукоятку бдительности (на
время 1—2 с). При наличии устройств предварительной световой сиг-
нализации перед свистком ЭПК рукоятку бдительности можно нажать
по этому сигналу. Если машинист своевременно не нажимает на руко-
ятку бдительности, система включает экстренное торможение поезда
автостопом.
Система контроля предусматривает периодическую проверку бди-
тельности на участках, не оборудованных автоблокировкой. В этом
случае систему переводят на режим бдительности с появлением сигна-
ла через 50 -90 с, который прекращается нажатием рукоятки бдитель-
ности. Аналогично систему включают при следовании поезда по участ-
кам, не оборудованным путевыми сигналами АЛСН, но при подходе
к входному сигналу независимо от его показаний переключатель ре-
жимов переставляют в положение, при котором сигнал появляется
через 15- 20 с, и используют это положение до проследования выход-
ного сигнала.
Для выключения устройств АЛСН, например при отстое локомоти-
ва, машинист поворачивает ключ ЭПК в крайнее правое положение
и выключает питание АЛСН. На односекционных локомотивах с дву-
мя кабинами машиниста переключатель направления ставят в среднее
положение.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ПРИМЕР ТЯГОВЫХ РАСЧЕТОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОВОЗА
ПОСТОЯННОГО ТОКА
Задание
Участок АВ, имеющий звеньевой путь с профилем, приведенным на рис. 202,
обслуживается электровозом ВЛ 10. На участке обращаются грузовые составы,
состоящие из восьмиосных полувагонов со средней массой вагона 160 т, четырех-
осных полувагонов на роликовых подшипниках со средней массой 74 т и четырех-
осных крытых вагонов на подшипниках скольжения со средней массой 70 т. Про-
центное соотношение вагонов в составе (по массе): восьмносных pt = 5%, че-
тырехосных на роликовых подшипниках рвр — 45% и четырехосных па подшип-
никах скольжения p1c=j50%. Принимаем расчетный тормозной коэффициент
Фр — 0,33. Поезд следует от станции А к станции В. Наибольшую скорость дви-
жения по участку условно примем 80 км/ч.
Требуется
I. Спрямить и привести профиль пути.
2. Определить массу состава и поезда.
3. Построить диаграммы удельных ускоряющих сил в режиме тяги.
4. Построить диаграммы замедляющих сил в режиме выбега и при служеб-
ном торможении.
5. Решить уравнение движения поезда графическим методом с построением
кривых скорости и времени в функции пути при безостановочном движении. По-
строить кривые скорости при вариантах движения с остановкой на станции Б.
а также при ограничении скорости до 40 км/ч на элементе 17 заданного профиля
пути.
6. Определить общий и удельный расходы энергии на тягу поезда.
7. Проверить нагревание тяговых электродвигателей для оценки использо-
вания мощности при работе электровоза с рассчитанным составом в летних усло-
виях при расчетной температуре 4-20° С.
Решение.
1. Спрямление профиля пути
Профиль пути заданного участка спрямляем в соответствии с параграфом
41 в следующем порядке.
1.1. Рядом расположенные элементы однородного профиля группируем на
участки для спрямления (станционные площадки с элементами профиля не спрям-
ляем). На рис. 202 намечаем группы с однородным профилем: элементы 2 и 5; 5,
б, 7 и 8; 9 н 10 и т. д.
1.2. Уклон спрямленного участка определяем по формуле (160). Для элемен-
тов 2 и 3
, S, 4’900-г 5-700 7100
'с~ s» + *a 9004-700 “ 1600 = 4,4“
1.3. Проверяем возможность спрямления по формуле (162). Для выбранных
элементов 2 и 3
Я-900<--------- или 900 < 5000;
4.4 — 4
„„ 2000
s3 700 < —----- или 700 < 3300.
5—4,4
Следовательно, выбранные участки удовлетворяют условиям спрямления.
Если бы спрямили элементы 2, 3 и 4, то спрямленный уклон
«1-М»4-9004-5-700-^0-800 7100 ,
'= S14-s, + s4 900+ 7004-800 2400 ’ ' *°‘
367
Таблица 52
CaJ 8 № эле- мент» пути «. м *• %• а. граду- сы. или Я. м, кривой *КР- И *е. “ 'с. %. <С- %♦ jPs Расчет н проверка
& U 4 ленног влеыем пути
1 2 800 900 0 4 900 700 800 0 0 0 1 Станция А , 4-900 + 5-700 2000
1600 4.4 0,6 5 2 'с“ 1600 ».-900 < 0 4 ; 900 < 5000 м:
3 4 5 700 800 1000 5 0 12.2 600 60е 300 800 0 0 0 3 Ц_700< 700 < 3300 м; /с’—+ «!£t = 0.6%. 0.6 1600 \900 600/ j 12.2-1000 + 13.0 1200+11.8-1500+10,8-900
•'с 4600 —12.0,4,
6 7 1200 1500 13.0 11.8 10’ — 4600 12.0 0.2 12.2 4 2000 2000 5>=1000< 0 2 ; 100000 000 м. i.-l 200<-p-g; 130000000» 2000 2000 it= 1500 <-. 1500С10 000 м; a,-900<-j-^; 900 < 1670 м
8 900 10,8 1150 200 |2 2 (60 + 10) 700 200
'с12-2 4600 * 4600 1150 °’
9 800 — 5.9 800 1 . (-5.9) 800+(—7.3) 600 .2000
10 600 — 7,3 640 । 1400 — 6.5 0.4 -6.1 5 2000 - 700 640
11 12 1200 900 0 4 — 1200 900 0 4 0 0 0 4 6 7 [8,0-.ьии 0 g . и. ie н^в g0(^ и.1.4, Станция Б j, 700 350 .
13 500 -8.1 1000 350 500 — 8.1 0,5 — 7.6 8
500 ‘lOOO °,В «
14 □ 00 — 11 800 300 (-11) 500 + (—9.9) 1900 + (—10) 850 _
’« 3250 ’
15 1900 — 9.9 — — 3250 -10.1 0,2 — 9.9 9 500 ; 500 :2222 м; ».,-1900<^|; 1900<10 000 м;
16 17 850 1150 — 10 3 700 400 1150 3 0 3 1 0 6..-850<””: 850<20 000 ж ('- (^+1££) .0.2%.
18 800 — 2 600 900 800 900 1000 600 — 2 — 6 2.3 0 И 12 13 14 w 700 700
19 20 21 900 1000 600 —в 2.3 0 250 0,2 0 —6 2.5 0 'е 600 800 700 250 „ с 900 1000 ’ ’* Ст а и ц н я В
Рис. 202. График тяговых расчетов на участке постоянного тока
6УЕ
Масса состава по условиям трогания на станции
F„IU 614 000
m..r., ------—------ mJt ----------——---------184 17 960т.
' (»тр-I ‘1g (3.45 0 9.81
Поскольку /Петр > "’с. состав массой 3150 т можно тронуть с места на лю-
бом остановочном пункте участка.
2.5. Проверим, можно ли взять этот состав на подъеме i 12,2'7оо:
614000
mCri>---------------------184 3817 т.
р (3,45 ) 12.2) 9.81
Так как и здесь /пстр> тс, состав массой 3150 т можно взятье места на на-
иболее крутом подъеме участка, а следовательно, в любом месте участка.
3. Расчет и построение диаграммы
удельных ускоряющих сил
3.1. Для расчета удельных сил сопротивления движению состава преднари-
тельно определим удельное основное сопротивление движению при различных
скоростях восьмиосных вагонов по формуле (113), четырехосных вагонов на роли-
ковых подшипниках по формуле (112) и на подшипниках скольжения по формуле
(111) |или можно взять для скоростей, кратных десяти, из табл. 10|. Для о
0тК1 км ч расчет ведем при р 10 км. ч, как указано н параграфе 38:
6 • 0,038-10 0,0021-10*
0,7 | : 1.03 Н кН. 20
®с»4р 3 I 0,1-10 Р 0.0025Ю1 ж 0.7 । :: -0,93 Н/кН; 18,5
8 0,11 0,0025-10г
17.5
1,23 Н/кН.
Удельное основное сопротивление движению состава рассчитываем по фор-
муле (134);
, 5-1,03 г 45-0,93 50-1.23
< --------------------------- I 08 Н/кН.
100
Результаты аналогичных расчетов для скоростей, кратных 10 км/ч, расчет-
ной скорости и для скоростей переходов на позиции ослабления возбуждения
(е 46,7; 48,5; 52; 56; 59,5) приведены в табл. 53.
Таблица 53
V, км/ч »ов, Н/кН ®о4р. Н/кН *о4с» Н/кН “о, Н/кН О, 1 км/ч “'о«- Н/кК “т»! р» Н/кН и’о4с, Н/кН «Ъ» Н/кН
0- 10 1.03 0,93 1.23 1 1.08 56 1.44 1.59 1.93 1,75
20 1 .08 1.02 1.33 1.18 I 59,5 1 .48 1.66 2.00 1,82
30 1.15 1.15 1 .46 1 .30 (К) 1 .49 1.67 2.01 1 .83
40 1.21 1.29 1 .62 1 .45 70 1.65 1 .90 2.26 2.06
46.7 1,31 1 . II 1 .73 1.56 I 80 1 ,82 2.16 2.53 2,32
48.5 1.32 1 .44 1 .77 1 .60 | 90 2,02 2.4-4 2.83 2,61
50 1.36 1.47 1 .80 1.63 100 2,24 2.75 3,16 2.93
52 1.38 1.51 1.84 1.67
372
Таблица 54
Режим 4». км ч •о. H кН “о. II/*11 cc 11 • H/kH FK. кН / —, II кН S fK “о. ii/»H
1 ° 2.03 1.08 1 .13 614.0 18.78 17.60
10 2.03 1 .08 1.13 513.8 15.72 14.60
1 20 2.22 1.18 1 .24 492.1 15.06 13.80
Разгон 1 w 2.47 1.30 1.40 475.6 14.55 13,14
40 2.78 1.48 1.56 460.9 14.10 12,53
146,7 3.02 1.56 1.64 451.0 13.79 12.15
50 3,15 1.63 1,70 354.0 10.83 9,13
60 3.58 1.83 1.93 184.3 5.(4 3.71
II н 70 4,07 2.06 2.17 118,7 3.63 1 .46
П п 80 4.62 2.32 2.45 86,3 2.64 0,19
90 5.23 2.61 2.75 68.6 2.10 —0,65
100 5.90 2.93 3.09 58,8 1.80 — 1.29
18.5 3.09 1.60 1.68 517.8 15.84 14.16
50 3.15 1.63 1.70 451.1 13,80 12,10
<i0 3.58 1.83 1.93 248.1 7,59 5.66
пн/ 70 4.07 2,06 2.17 163.8 5.01 2.84
80 4 .62 2.32 2.45 118,7 3.63 1.18
90 5.23 2.61 2.75 88.3 2.70 —0,05
100 5.90 2,93 3.09 74.5 2.28 —0.81
. 52 3.23 1.67 1.76 508,0 15.54 13,78
60 3.58 1.83 1.93 314.8 9.63 7.70
()Н2 I 70 4.07 2.06 2.17 215,7 6.60 4.43
I 80 4.62 2.32 2.45 15(7.9 4,80 2,35
90 5.23 2,61 2.75 114.7 3.50 0,76
I100 5.90 2,93 3,09 89.3 2,73 0.36
56 3.40 1,75 1,84 474.6 14,52 12.68
3.58 1.83 1.93 393,2 12.03 10.10
nui 70 4.07 2.06 2.17 263,8 8,07 5,90
80 4.62 2.32 2.45 196,1 6.00 3,55
90 5.23 2.61 2.75 147.1 4.50 1.75
100 5.90 2.93 3.09 109.8 3.36 0.27
3.2. Удельное основное сопротивление движению электровоза в режиме тя-
ги определяем по формуле (100) Для и 0 4- 10 км ч
«; ~ 1,9+0.01.104 0.0003-10* 2.03 Н/кН.
3.3 Основное удельное сопротивление движению поезда определяем по
формуле (137). Для г 0+10 км/ч
»<> «л <"'с 2.03184 । 1.08 3150
wt ----------------~------------— - I 1.3 11 кН
3.4. Удельные силы тяги определяем по формуле (2) исходя из сил тяги, ко-
торые находим из тяговых характеристик электровоза ВЛ10 (см. рис. 46). Дли
скорости 10 км'ч сила тяги при полном возбуждении равна 513,8 кН. Удельная
сила тяги
Fn -513 800
«ё <184 .1150)9.81
15.72 Н кН
373
Рис. 203. Диаграмма удельных ускоряющих и замедляющих сил поезда массой
состава 3150 т на участке постоянного тока
3.5. Удельные ускоряющие силы в режиме тяги определяем по формуле /у
= /к — ®о- При р 10 км/ч
/у 15.72 -1,13 14,59 Н/кН.
Результаты расчетов при разгоне. 11В, OBI, ОВ2 и ОВИ сведены в табл. 54.
Необходимо отметить, что при v O-j-10 км ч сопротивление движению прини-
мается постоянным, а силы тяги при и — 0 и у --- 10 км/ч, а следовательно, и
удельные ускоряющие силы различны.
По данным табл. 54 строим диаграмму ускоряющих сил /|( — а-0 — f (р) в со-
ответствии с параграфом 52 в выбранном при построении профиля пути масштабе
из табл. 27 (рис. 203).
4. Построение диаграммы удельных замедляющих сил в режиме
выбега и механического торможения
4.1. Удельное основное сопротивление движению электровоза при движе-
нии без тока определяем по формуле (101) |или можно взять из табл. 10|. При р
0-т-Ю км/ч
®ж_2,4 0,01I» ] 0.00035а* 2.4 0.01110
10.00035-10* 2.54 Н . кН
Удельное основное сопротивление движению состава берем из табл. 53.
4.2 Удельное основное сопротивление движению поезда при работе электро-
шин без тока рассчитываем по формуле (139).
Для р О-г-Ю км/ч
т.т | а>;/п(. 2.54-184 1.08-3150
w„x ----------------------------—---------- 1.16 Н/кН.
т 3334
Результаты расчетов и шо11 сведены и табл. 55 и по ним построена диаграм-
ма удельных замедляющих сил при выбеге (см. рис 203) с использованием выб-
ранного при построении профили пути масштаба из табл. 27.
4.3. Определение удельных тормозных сил проводим в соответствии с пара-
графом 47. Расчетный коэффициент трения чугунных колодок о колеса подвижно-
го состава определяем по формуле (179) |или можно взять из табл. 16|. При р =
10 км/ч
Фкр — 0.2<
у • 100
5р | 100
0.27
10 100
5 10 | 100
0.198.
4.4. Удельные тормозные силы рассчитываем по формуле (190) при заданном
0,33. При у 10 км/ч 5Т 1000 q.Kp0|, 1000 0.198 0,33 65,34 Н/кН.
374
Табл и и а 55
V. км/ч WK. Н/кН »о. Н/кН Н/кН ^ир Н/кН т ♦ >яс®<>х ►0.5(>т, Н/иН*
0 2,54 1.08 1.16 0,270 89,10 45,71
10 2,54 1.08 1.16 0,198 65,34 33,83
20 2.76 1,18 1.27 0,162 53,46 28,00
3(э 3.05 1.30 1.40 0,140 46,20 24,50
40 3,40 1.46 1.58 0,126 41 ,58 22,38
50 З.КЗ 1,63 1,75 0,116 38.28 20,89
60 4.32 1,83 1.97 0,108 35.64 19,79
70 4,89 2.06 2.22 0.102 33,66 19.05
80 5.52 2.32 2,50 0,097 32,01 18,51
90 6.23 2.61 2.81 0,093 30,69 18,16
100 7.00 2.93 2.93 0,090 29,70 18.01
4.5. Удельные замедляющие силы при служебном торможении определяем
по формуле f№ »>ох 4- 0,5 Ьт. При а 10 км/ч
/эс - 1.16+0,5 • 65,34 = 33,83 Н/кН.
Все результаты расчетов приведены в табл. 55 и по ним построена диаграм-
ма удельных замедляющих сил при служебном торможении (см. рис. 203).
5. Построение кривых скорости c(s) и времени t(s) графическим методом
5.1. Построение кривых скорости v (s) и времени I (з) выполняем в соответ-
ствии с параграфами 55 и 56 по диаграмме удельных ускоряющих и замедляющих
сил в выбранных масштабах (см. рис. 202 и 203). Для построений кривой с (а)
задаемся интервалами скоростей, определяем в каждом из них среднюю скорость
»ср и, используя линейку и угольник, строим отрезки линии t> (s) в каждом интер-
вале скоростей с учетом профиля пути.
На кривой v (s) делаем отметки о соединении тяговых электродвигателей (С,
СП, П), включении и снятии ступеней ослабления возбуждения (ПВ, OBI, 0В2,
ОВЗ и т.д ), отключении тока (0). включении механических тормозов (ГД) и их
отпуске (ОТ).
Режим ведения поезда изменяем с учетом движения с наибольшей скоро-
стью и наиболее рациональным расходом электрической энергии.
На первых четырех спрямленных элементах профиля пути поезд следует в
режиме тяги. В середине спрямленного элемента 5 (на спуске) ток выключаем с
таким расчетом, чтобы к концу спуска скорость не превысила допустимую (здесь
отрезок кривой a (s) получили обратным построением, начиная от точки, соответ-
ствующей наибольшей допустимой скорости в конце спуска). Далее, исходя из
профиля пути целесообразно следовать на выбеге, а на спуске 9,9*4,* (спрямлен-
ный элемент 9) кратковременно включить тормоза и отпустить их с таким расче-
том, чтобы к концу этого спуска поезд достиг наибольшей допустимой скорости.
Затем поезд снова идет на выбеге.
Кривую v (s) при торможении до остановки на станции В строим на основа-
нии диаграммы удельных замедляющих сил щох + 0,5 bT = f (о) в обратном по-
рядке, начиная с » = 0 Пересечение полученной кривой с кривой скорости, кото-
рую вели от начала участка (или перегона), дает искомую точку начала действия
тормозных сил.
5.2. Рассмотрим вариант движения поезда с остановкой на станции Б. Кри-
вую торможения перед станцией Б строим аналогично кривой перед станцией 4
375
начинай ct1- 0 (обратным построением) от точки Т. Получаем штриховою ли-
нию ТТ'. При движении с остановкой нецелесообразно на спрямленном элемен-
те 5 (i 6,10/<н|) следовать в режиме тити, как при безостановочном движении,
поскольку в конце его придется включать тормоз. Поэтому в начале элемента 5
нужно перейти на выбег и построит.. штриховую линию из точки Ь‘ Точка пере-
сечения Т Д' этой линии с кривой ТТ' соответствует началу торможения поезда,
с тем чтобы центр массы поезда остановился по оси станции Б. Несколько мень-
шая скорость движения па отрезке Ь' - ТД' вызовет незначительное увеличение
времени хода поезда, но позволит сэкономить электрическую энергию по сравне-
нию с безостановочным движением.
Кривую р (s) при разгоне со станции Б (штриховая линия) строим аналогич-
но кривой при начале движения со станции <4 Построение ведем в режиме тяги до
точки Ь, так как дальше идут спуски крутизной 7,6"/,а затем Ч.9’»/|1||. Выбираем
режим движения на выбеге до и 80 км/ч. а затем торможение. Допускается
также строить линию от точки h до пересечения с кривой > (s) при безостановоч-
ном движении.
5.3. Построение кривой v (.*) в случае ограничения скорости движения вы-
полняют с таким расчетом, чтобы не только середина (центр массы) поезда, но его
головная и хвостовая части прошли все место ограничения без превышения ус-
тановленной скорости. Д-.и выполнения этого условия определим длину поезда
по формуле (222) без уч..та 10 м на точность остановки поезда. Принимаем длину
электровоза 33 м (из зябл. 29). длины восьмиосного полувагона — 20 м. четырех
осного полувагона 14 м, четырехосного крытого вагона 15 м (см. с. 211).
Число восьмиосных полувагонов н составе определяем по формуле
(см. с. 211) с округлением до целых чисел
mrp, 3150-5
п. --------------------I вагон.
твя100 160-100
Число четырехосных полувагонов на роликовых подшипниках
Число четырехосных
Тогда
Чтобы головная и хвостовая части поезда прошли заданный элемент без пре-
вышения допустимой скорости (отрезок cd на рис. 202), отложим от точки с влево
и от точки d вправо по половине длины поезда /п/2 — 332 м (отрезок c'd'). Если
центр массы поезда будет двигаться со скоростью о 40 км/ч в точке с', голов
ная часть поезда окажется в точке с, а когда центр массы поезда будет проходить
точку </', хвостовая часть поезда окажется в точке d.
Таким образом, если при построении кривой v (s) скорость движения на от
резке c'd' не превысит 40 км/ч, то ни одна часть поезда на всем протяжении задан-
ного элемента /7 профиля пути (или спрямленного 10) не превысит эту скорость
(будет ниже линии cd).
Для того чтобы в точке с' скорость была 40 км/ч, нужно проанализировать
профиль пути на подходе к ней В нашем случае перед точкой с‘ находится
спуск 9,9*/<« и. чтобы от построенной кривой v (s) (сплошная линия) попасть
в точку с', нужно использовать режим торможения Построение удобно вести
в обратном порядке от точки г'(штриховая линия с'г") Если в точке с' перейти
на выбег, то скорость будет возрастать и превысит допустимую. Поэтому режим
торможения нужно использовать и правее точки <•'.
После точки с начинается подъем 3*/<ю. на котором скорость движения на вы-
беге будет уменьшаться. Следовательно, целесообразно найти точку с" перехода
с тормоза на выбег, при движении от которой поезд увеличит скорость до 40 км/ч
376
п»с Р«р
Шщр * Ю0
------- 19 вагонов
74-100
вагонов на
подшипниках скольжения
3150-50 _
-------- 23 вагона
70-100
«"с Ляс
т(1<1 •
1-20-1- 19-14+ 2315 4 1-33 664 м.
в точке с. а затем по подъему 3"/№ будет двигаться с .меньшей скоростью Для этого
используем обратное построение при выбеге от точки с. Точка пересечения этой
линии с кривой при торможении (с") и является искомой точкой. Дальнейшее по-
строение отрезков кривой скорости вправо от точки с выполняем на выбеге с уче-
том профиля пути в направлении точки d", в которой необходимо перейти в’ре-
жим тяги, чтобы кривая v ($) прошла через точку d'. С этой целью обратным по-
строением из точки d' получаем отрезок d'd" (в режиме тяги при i — )%,)
Поскольку поезд находится вблизи станции fl. на которой будет остановка, а
на спрямленном элементе /2 находится спуск 6“/ов. можно в конце спрямленного
элемента II (в точке d") перейти на выбег и следовать в этом режиме до торможе-
ния перед остановкой на станции fl.
5.4, Построение кривой времени в функции пути выполняем в соответствии
с параграфами 55 и 56. Из табл. 27 берем величину А при выбранном масштабе
пути и строим отрезок кривой времени в пределах данного отрезка пути, снося
средние скорости движения на вертикаль, проведенную на расстоянии Л вле-
во от начала координат. Для уменьшения размеров чертежа по вертикали кривую
I (s) строим частями по 10 мин.
На основании построений (см. рис. 202) получаем следующие времена хода:
на перегоне АБ время t 10,5 мин, на перегоне БВ время t 8,8 мни, на уча-
стке АВ I 19,3 мин. Эти данные используют для составления графика движе-
ния поездов.
в. Определение общего и удельного расхода
электрической энергии на тягу поездов
6.1. Построение кривой тока электровоза /э (s) проводим на основании токо-
вых характеристик /а (t>) (см. рис. 147). как указано в параграфе 70. При трога-
нии поезда (в 0) тяговые электродвигатели соединены последовательно и в их
цепь включен пусковой реостат /э 685 А (точка А). С увеличением скорости
то 10 км/ч реостат выводится и ток /„ снижается в соответствии с ограничением
но сцеплению до 595 Л (точка С). Переключение при этой скорости электродви-
гагелей на последовательно-параллельное соединение с введением в цепь пусково-
го реостата приводит к удвоению тока за счет двух параллельных ветвей тяговых
электродвигателей /., 1190 А (точка D). С увеличением скорости до 22 км ч
реостат выводится, а ток снижается до /-= 1150 Л (точка G). Переход на парал-
лельное соединение вызывает удвоение тока электровоза, так как при этом будет
четыре параллельных ветви электродвигателей. 2300 А (точка Н} и т. д.
Используя этот график, получаем на рис. 202 при трогании поезда со стан-
ции А ток /., 685 Л (точка /). В той точке, где скорость составляет 10 км/ч, ток
/» равен 595 Л (точка 2) и удваивается до /;, 1190 А (точка 3). Далее ток снижа-
ется и в точке пути, где скорость равна 22 км/ч, /я 1150 Л (точка 4) и увеличи-
вается до 2300 А (точка 5) и т. д. В тех местах, где поезд достигает скоростей пере-
хода на OBI, 0В2 и т. д.. получаются броски тока, соответствующие броскам то-
ка на графике /., (v). После выхода на характеристику (с) третьей ступени ос-
лабления возбуждения ток с увеличением скорости снижается, а с уменьшением
скорости возрастает. В точке 0 ток отключен. Соединив полученные точки прямы-
ми линиями, получим график I л (s).
6.2. Расход электрической энергии, потребляемой тяговыми электродвигате-
1ями. определяем в соответствии с параграфом 76 по формуле(241) Значения
\/ для каждого отрезка пути, на котором ток изменяется по закону прямой ли-
ши, берем из кривой / (s) (см. рис. 202).
Так как на первом отрезке пути ток изменялся от 685 А в точке / до 595 А н
точке 2, средний ток
. /: >»t I / :*и 685 I 595
/:и-р“---? * 2---=М0 '
Время протекания этого тока из кривой t (s) составит Л/ “* 0,4 мин. Следова-
тельно.
/,„.р Л/х 640-0.4 =» 256 Л-мин.
3 Зак. ЮН
377
Таблица 56
Участок кривой тока (см. рис. 202) '.М. А 'ан- А 'эср. А Ы. мин \ерА*-
1—2 685 595 640 0.4 256
1190 1150 1170 0.45 526,5
5-6 2300 2140 2220 0.95 2109
6—7 2140 1970 2055 0.1 205,5
8—9 2480 2060 2270 0.2 454
ю-п 2670 2270 2470 0.3 741
12—13 2780 2420 2600 0.3 780
13—14 2420 2090 2255 0.7 1578.5
14—15 2090 I860 1975 0.4 790
15—16 1860 1680 1770 0.4 708
16—17 1680 I860 1770 0,45 796,5
17—18 I860 2090 1975 0,45 890,5
18-19 2090 2380 2235 0.7 1564.5
19—20 2380 2530 2455 0,7 1718.5
20—21 2530 2530 2530 2.3 5819
21—22 2530 2090 2310 0,2 462
22 23 2090 I860 1975 0,2 395
23—24 1860 1640 1750 0,3 525
Всего 9,5 мин 20 443,5 А мин
Все данные заносим в табл. 56.
Расход электрической энергии, потребляемой тяговыми электродвигателями,
г мВт„
1000-60 1000-60
6.3. Расход электрической энергии на собственные нужды определяем исхо-
дя нз энергии, которую потребляют вспомогательные машины за I мин
(см. с. 267) Для электровоза ВЛ 10 этот расход равен 2,08 кВт-ч/мин. Вовремя
движения поезда по участку t 19,3 мин
Аеч 2,08-19,3 40,1 кВт-ч.
6.4. Полный расход электрической энергии в соответствии с параграфом 79
А=/4т-|-Лси Ю22.2 4-40.1 =1062,3 кВт ч.
6.5. Удельный расход электрической энергии рассчитываем по формуле
(256). Длина участка I. — 19,5 км (см. рис. 202). Тогда
JOOM ,73 «В,.,,(ЮТ..,,
315019.3 ’
7. Проверка нагревания тяговых электродвигателей
7.1. Расчет выполняем аналитическим методом, рассмотренным в параграфе
73, по формуле (237) с учетом ограничения М/Т < 0.1. Значения времени при
каждом среднем токе берем из кривой / (з) или из табл. 56. Нужно иметь в виду,
что при токе /я = 0 температура тяговых электродвигателей снижается. Для
определения тока, потребляемого каждым электродвигателем, используем кри-
вую тока /а (s) или табл. 56. деля значения тока Iна число параллельных ветвей
тяговых электродвигателей. На С соединении /., /«; на СП — /э делим на 2.
на П — на 4. Все данные сводим в табл. 57.
378
Таблица 57
Участок кривой тока (см. рис uoij 'дср. АГ. МКН т *С АГ Г 1-". Г т . *С • т -(' “)• •с т. *С
1—2 640 0.4 270 0,020 0,980 5,40 14,70 20.10
3—4 585 0.45 205 0,0225 0.9775 4,61 19,65 24,26
5 6 555 0,95 180 0,0475 0.9525 8,55 23.11 31.66
6—7 513,7 0,1 150 0.005 0.995 0,75 31,50 32,25
8—9 567.5 0.2 190 0,010 0.990 1,90 31.93 33,83
10-11 617.5 0.3 235 0,015 0.985 3.53 33,32 36,85
12—13 650 0.3 285 0.015 0.985 4,28 36,30 40.58
13—14 563,7 0.7 185 0,035 0,965 6,48 39,16 45.64
14—15 493,7 0.4 130 0,020 0,980 2,60 44.73 47.33
15-16 442.5 0.4 105 0.020 0,980 2,10 46.38 48.48
16-17 442.5 0,45 105 0,0225 0.9775 2.36 47,39 49,75
17—18 563.7 0.45 185 0.С225 0.9775 4.16 48.63 52,79
18—19 558,7 0.7 180 0,035 0,965 6.30 50,94 57,24
19-20 613.7 0.7 230 0.035 0,965 8.05 55,24 63.29
11.15 255 0.0575 0,9425 14,66 59.65 74.31
11.15 255 0.0575 0,9425 14,66 70,04 84.70
21 22 577.5 0,2 195 0,010 0,990 1.95 83.85 85,80
22—23 442,5 0.2 105 0.010 0,990 1.05 84,94 85.99
23—24 410 0,3 90 0.015 0,985 1.35 84,70 86.05
7.2. По среднему току /дср определяем значение т«, из рис. 163. Значение
Г для тягового электродвигателя ТЛ-2К равно 20 мин. На первом отрезке кривой
скорости /Д1 = 685 А, 1М — 595 А. следовательно, /дср — 640 А. Для этого
тока из рис. 163 т®. 270 °C. Время движения при этом токе А/, = 0,4 мин |из
графика / ($)].
7.3. Начальное превышение температуры электродвигателей условно при-
нимаем равным 15 °C. Для каждой последующей строки расчета начальное зна-
чение превышения температуры т, берем как конечное значение т в предыдущей
строке.
Тогда на первом отрезке скорости
М
Т
= 270
0,4
1--------
20
20,10° С.
Данные и результаты расчета сведены в табл. 57. На участке кривой тока
20—21 величина Ы/Т оказалась больше 0,1, поэтому он разбит на две части
(по 1,15 мин). Поскольку электровоз работает под током непрерывно только на
первом перегоне, проверку нагревания ограничим этим участком.
В результате расчетов получаем наибольшее превышение температуры тяго-
вого электродвигателя ТЛ-2К над температурой окружающей среды, равное
86,05 °C. Приведем ее к расчетной температуре по формуле (239). Коэффициент
ксз летом равен I (см. с. 252), коэффициент кнв берем из табл. 33. При заданной
расчетной температуре 1нц = 20°С получим для обмотки полюсов кнв = 0,98.
Тогда
тр = т Кез <сн. = 86.05-1.0.98 - 84,3 ‘С.
Это превышение температуры ниже допустимой. Следовательно, по услови-
ям использования мощности (нагреванию) тяговых электродвигателей состав
массой 3150 т можно провести по заданному участку АВ.
13* 379
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ПРИМЕР ТЯГОВЫХ РАСЧЕТОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОВОЗА
ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Задание
Ланы два перегона 46 и БВ участка со спрямленным и приведенным про-
филем пути (рис. 204). обслуживаемые электровозами BJI80*. На участке, имею-
щем звеньевой путь, обращаются грузовые составы, состоящие из восьмиосных
вагонов на роликовых подшипниках средней массой 160 т, четырехосных ваго-
нов на роликовых подшипниках со средней массой 74 т и четырехосных вагонов
на подшипниках скольжения со средней массой 70 т. Процентное соотношение
вагонов в составе (по массе): восьмносных р» ~ 5%, четырехосных вагонов па
роликовых подшипниках ptp - 45% н четырехосных вагонов на подшипниках
скольжения pir = 50%. Поезд следует по участку от станции Л к станции В без
остановок. Наибольшую скорость движения по участку условно примем 80 км/ч.
Расчетный тормозной коэффициент принимаем 0р — 0,34. Постоянно действую-
щих предупреждений о снижении скорости движения нет.
Т ребуется
I. Определить массу состава.
2. Построить диаграммы удельных ускоряющих сил в режиме тяги.
3. Построить диаграммы удельных замедляющих сил при выбеге и слу-
жебном торможении.
4. Построить кривые скорости и времени в функции пути.
5. Определить общий и удельный расход электрической энергии на тягу
поезда.
6. Определить температуру обмоток тяговых электродвигателей при ра-
боте с составом рассчитанной массы дли оценки использования мощности в летних
условиях при расчетной температуре 4 20 ГС.
Решение
Поскольку задан уже спрямленный и приведенный профиль, поэтому спрям-
ление профиля пути здесь не рассматриваем. Порядок спрямления изложен в
приложении I. Заданный спрямленный профиль приведен на рис. 204 в одном
из масштабов, взятых из табл. 27.
I Определение массы состава
1.1. В результате анализа профиля пути, как указано в параграфе 58 (см.
рис. 204), находим, что наиболее тяжелым для тяги поезда является элемент 4
с подъемом ( 12,9«/<>0 и длиной 5850 м, перед которым расположены подъемы
10 и 6,1’/ап- На этих подъемах развить большую скорость и создать запас кинети-
ческой энергии не удастся. Поэтому подъем 12,9%о принимаем за расчетный.
Массу состава определяем из условия движения по расчетному подъему с
установившейся скоростью (см. параграф 59) по формуле (218). Расчетные силу
тяги и скорость Пр для электровоза ВЛ80* берем из табл. 29. На 29-й пози-
ции FHp = 481 кН. ср = 44,2 км/ч.
1.2. Удельное основное сопротивление движению при работе под током рас-
считываем по формуле (100). При ср — 44,2 км/ч
- 1.9 + 0,01 и- 0,0003с» » 1.9 - 0.01 • 44.2 + 0.0003 • 44,2» = 2,93 Н/кН.
Удельное основное сопротивление движению каждого типа вагонов при
V— 44,2 км/ч определяем по формулам (III)—(113) (см. параграф 38). Дли
восьмиосных вагонов расчет проводим по формуле (113). Масса, приходящаяся
на ось, т„„ , = /пв>/8 = 160 8 ~ 20 т. Тогда
„ 6 - 0,038»+ 0,0021»»
<в -0.7+-----------------------
Я1цов
20
380
Рис. 204. График тяговых расчетов на участке переменного тока
3b I
Для четырехосных вагонов на роликовых подшипниках расчет выполняем по
формуле (112). При т„|<р тп,4р/4 == 74/4 = 18,5 т
„ 3 + 0. 1о + 0,0025р*
<4р’°-7+—------“---------я-0.7 +
тво»р
^3 ; 0,1.44.2 + 0.0025.44.2* дЬ37 Н/кН.
18,5
Для четырехосных вагонов на подшипниках скольжения расчет проводим
по формуле (111). При «во «с ='Пвм- 4 = 70/4 — 17,5 т
8:0,l« + 0,0025ti5
г»,
/Пьо4С
8 + 0.1 44.2+0.0025 44.2» . „„ ,, ,,
—-------------------------₽ 1.69 Н / к Н.
17.5
Удельное основное сопротивление движению состава при скорости движения
44,2 км/ч определяем в соответствии с параграфом 39 по формуле (134):
Р» “’ов + Р*р и’о4р - P*r W’otc
100
5-1.294 45-1,37 + 50-1,69 ,, ,,
— «1,53 Н,'кН.
100
1.3. Масса состава
fKP~«4 /р)«л? 481 000 —(2.93+ 12,9) 184-9.81
— .51У / Т.
mc=
«4-'р)« (1.53+12.9)9,81
Округляем массу состава до 3200 т.
1.4. Проверяем полученную массу состава по условиям трогания поезда в
соответствии с параграфом 60 на остановочных пунктах при i — О по формуле (221).
Силу тяги электровоза ВЛ80” при трогании берем из табл. 29: FK Тр 649 кН.
Удельное основное и дополнительное сопротивление состава при трогании оп-
ределяем для восьмносных и четырехосных вагонов на роликовых подшипниках
по формуле (152), а для четырехосных вагонов на подшипниках скольжения по
формуле
для
(151):
восьмиосных вагонов
пя 28
28
для
четырехосных
/Иво» 4 7
вагонов на
28
_ , =-1,04 Н/кН;
20 + 7
роликовых подшипниках
28
для
, «1,10 Н/кН;
18,5+7
четырехосных вагонов на подшипниках скольжения
142 142
тр
СМ
тр
= 5,8 Н/кН.
"«водс-Г7 17.5+7
Удельное основное и дополнительное сопротивление при трогании состава
рассчитываем по формуле (134):
,ск4
₽•»?£ 4-₽«₽»?£
шТр =---------------
100
5-1,04 + 45-1.10 + 50-5,8 ,3 <5 Н/кН
100
382
Таблица 58
км /ч Н/кН а'о4р. Н/кН “•оде. Н/кН ®о. Н/кН 0, км/ч »'о«. Н/кН »иЧр, Н/кН “о Че. Н/кН *о. Н/кН
0-10 1.03 0.93 1.23 1.08 52 1,38 1.51 1.84 1.67
20 1,08 1.02 1.33 1.18 55.7 1.42 1.58 1.91 1.74
30 1,15 1.15 1 .46 1 .30 60 1,49 1.67 2.01 1.83
40 1,25 1 ,29 1.62 1 .45 70 1 .65 1.90 2.26 2.06
44.2 1.29 1.37 1.69 1 .53 80 1.82 2.16 2.53 2.32
50 1.36 1.47 1 .80 1 .63 90 2,02 2.44 2.83 2.61
50.5 1.36 1 ,48 1.81 1 .М 100 2,24 2,75 3.16 2.93
Мзсса состава по условиям трогания на станции
Гитр 649000
тсг(1 =------~ „-------= 19 200 т,
(®П> + 0« 3,45-9.61
т. с. mc1.p> тс, следовательно, состав массой 3200 т можно взять с места на
остановочных пунктах участка (при i - 0).
1.5. Проверим, сможет ли электровоз ВЛ80к взять с места состав массой
3200 т на расчетном подъеме i 12.9“/<и,. Масса состава по условиям трогания
на расчетном подъеме
649 000
/п,.Тп =-----z-----------—4050 т.
р (3,45+ 12.9) 9,81
Следовательно, и здесь тс тр > тс, поэтому состав массой 3200 т можно
взять с места на наиболее крутом подъеме, а значит, и в любом месте участка.
2. Расчет и построение диаграммы удельных ускоряющих сил
2.1. Расчет удельных сил сопротивления движению состава при различных
скоростях движения выполняем на основании удельных сил сопротивления ва-
гонов различных типов, определяемых по формулам (III)—(113) или взятых
из табл. 10. Например, при v ~ 20 км/ч:
. „ 6 + 0,038-20 + 0,0021-20*
»ов ~ °-7 -------------------------= । .О»
3 | 0,1-20 + 0,0025 20»
------- х.1,02
Н кН;
18,5
„ „ 8 ( 0.1-20 + 0.0025-20»
®О4е*0-7 +-------------------------= । .33
I •«о
И кН.
Н кН.
Удельное основное сопротивление движению состава
ределяем по формуле (134):
, 5-1.08 + 45-1.02+50-1,33
»<>------------~:-----------=1-18 Н/кН
при с = 20 км/ч on-
100
Результаты расчетов при скоростях, кратных 10 км/ч, расчетной, скоростях
выхода на характеристику 33-й позиции (50.5 км/ч) и перехода на характеристи-
ки ослабленного возбуждения (52 и 55.7) заносим в табл. 58.
2.2 Удельное основное сопротивление движению электровоза в режиме
тяги рассчитываем по формуле (100) Так, для v » 20 км/ч
w‘nx 1,9 + 0.01-20 + 0.0003.20» = 2.22 Н/кН.
383
Т а б л и ц а 59
Режим V. км/ч ®о, Н/кН Н/кН <1 • Н/кН 'к. кН гк *к ,пЯ ' Н/кН Н/кН
1 0 2,03 1 ,08 1.13 649,0 19,55 18.43
10 2.03 1 ,08 1.13 559.0 16.85 15,72
20 2.22 1,18 1.24 527.0 15,88 14.61
30 2.47 1.30 1.40 503.0 15.16 13,86
Разгон 40 2.78 1.48 1.56 487.0 14.68 13.12
44.2 2.93 1,53 1.60 480.5 14,48 12.92
50 3.15 1.63 1.71 483.4 14,57 12.94
50.5 3,17 1,64 1.72 471,0 14.19 12.47
52 3,23 1,67 1.75 439.3 13.24 11,49
60 3.58 1.83 1.93 292.2 8.80 6.88
НН 70 4.07 2,06 2.17 188.3 5.67 3,74
80 4.62 2.32 2.45 130.4 3,93 1 .48
90 5,23 2.6) 2.75 94.6 2.85 0,10
100 5.90 2.93 3.09 74,0 2,23 -0,86
52 3.23 1.67 1.75 502.1 15,13 13.38
55.7 $.39 1.74 1.83 427.5 12.88 И .05
GO 3,54 1.83 1.93 350.0 10.55 8,62
ОН/ 70 - 2.06 2,17 243.2 7,33 5,16
80 4.62 2.32 2,45 182.4 5.50 3,05
90 5.23 2.61 2.75 141.2 4.26 1.51
100 5,90 2.93 3.09 108.8 3,28 0.19
55.7 3.39 1.74 1.83 494.2 14,89 13.06
60 3,58 1.83 1.93 423.6 12,77 10.84
70 4,07 2.1Х> 2.17 296.1 8.92 6,75
80 4.62 2,32 2.45 217.7 6,56 4.11
90 5,23 2.61 2.75 169.6 5.11 2.36
100 5.90 2.93 3.09 134.3 4.05 0,96
2.3. Удельное основное сопротивление движению поезда определяем по
формуле (137). Лля v 20 км/ч
< "».< I иГ,т<. 2.22-184 : 1,18-3200
•»„ =
1,236 Н кН.
3200 | 184
т
2.4. Удельные силы тяги при различных скоростях определяем по формуле
(2). Силу тяги берем из тяговых характеристик электровоза В Л 80* (см. риг 60).
Так, для скорости е 20 км-'ч сила тяги FK 526 кН и
!к —
F,.
тц
526 ООО
3384-9,81
л 15,85 Н/кН.
2.5. Удельные ускоряющие силы н режиме тяги определяем по формуле
/j — f„ — щ,„ при v 20 км/ч
— 15.85 — 1.24 14,1.1 Н'кН.
384
Рис. 205. Диаграмма удельных ускоряющих и замедляющих сил поезда массой
состава 3200 т на участке переменного тока
Результаты всех расчетов по пп. 2.1 2.5 приведены в табл. 59 и по ним по
строена диаграмма удельных ускоряющих сил (рис. 205) в масштабе, взятом из
табл. 27.
3. Построение диаграммы удельных замедляющих сил
при выбеге и механическом торможении
3.1. Удельное основное сопротивление движению электровоза при движе-
нии без тока определяем по формуле (101) |или можно взять из табл. 10]. Напри-
мер, при о = 20 км/ч
«= 2,4 + 0,01 1у 4- 0,00035с* = 2.4 + 0,011 • 20 + 0,00035 • 20» =
= 2,76 Н/кН.
Удельное основное сопротивление движению состава берем из табл. 58.
3.2. Удельное основное сопротивление движению поезда при работе элект-
ровоза без тока рассчитываем по формуле (139).
Так, для v = 20 км/ч
»х"»л + <»»е 2,76-184+1,18-3200
®ох----------------=--------—------------- 1,26 Н/кН.
3.3. Удельные тормозные силы (см. параграф 47) рассчитываем на основа-
нии расчетного коэффициента трения чугунных колодок о колеса подвижного
состава, определяемого по формуле (179) |или можно взять из табл. 16] и задан-
ного расчетного тормозного коэффициента др — 0,34. При о — 20 км/ч
<ри|, = 0.27
р+100
5»+ 100
=0,27
20+ 100
5 20+100
г 0.162
Удельную тормозную силу определяем по формуле (190). При и — 20 км/ч
Ьт ЮООфкрОр = 1000 • 0,162 • 0,34 - 55,08 Н/кН.
3.4. Удельные замедляющие силы при служебном торможении (при 0,5бт)
определяем по формуле — шох + 0,55т. При v — 20 км/ч
= 1,26 + 0.5 • 55,08 = 28,80 Н/кН.
Все результаты расчетов приведены в табл. 60 и по ним построены диаграм-
мы удельных замедляющих сил при выбеге и служебном торможении в выбран-
ных из табл. 27 масштабах (см. рис. 205).
385
Таблица 60
км/ч "х, Н/кН <“о. И/кН •ох- Н/кН »'кр ЬТ) Н/кН •ох’Ф + 0,5Ьт, Н/кн’
0 2,54 1,08 1 ,16 0,270 91,80 47 .06
10 2,54 1 .08 1,16 0,198 67,32 34,82
20 2.76 1,18 1,26 0,162 55,08 28,80
30 3,05 1.30 1,40 0,140 47,60 25,20
40 3,40 1.48 1,59 0,126 42,84 23,01
50 3,83 1,63 1 .75 0,116 39,44 21 .47
60 4,32 1 .83 1.97 0,108 36,72 20,33
70 4,89 2,06 2,22 0,102 34.68 19.56
80 5,52 2,32 2,50 0,097 32,98 18.99
90 6.23 2,61 2,81 0,093 31.62 18.62
100 7,00 2,93 3,16 0,090 30,60 18.46
4. Построение кривых скорости и времени в функции пути
4.1. Кривые скорости и времени в функции пути строим в соответствии с па-
раграфами 55 и 56 по диаграмме удельных ускоряющих и замедляющих сил с
учетом масштабов, выбираемых по табл. 27. Принимаем интервалы скоростей
До: не более 10 км/ч при разгоне в режиме тяги, выбеге и торможении при v>
> 50 км/ч; не более 5 км/ч при работе по характеристикам НВ. OBI, ОВ2 и при
торможении в зоне скоростей о < 50 км/ч. В каждом интервале скоростей Ас
определяем сср н среднее значение удельной ускоряющей или замедляющей
силы. Используя линейку и угольник, строим отрезки кривой р (s) в каждом
интервале скоростей с учетом профиля пути. Построенная кривая v (s) показана
на рис. 204. В процессе построения на нее наносим отметки об изменении режима
(НВ, OBI, ОВ2), отключении тока (0), включении механических тормозов (ТД —
тормоза действуют) и отпуске (ОУ). а начало и конец каждого построенного от-
резка обозначаем цифрами /—26.
Режим изменяем в зависимости от условий движения поезда с возможно
большей скоростью и с учетом рационального расхода электрической энергии.
На перегоне АВ идут подъемы, поэтому локомотив работает в режиме тяги. На
первых трех элементах скорость движения возрастает с выходом на 33-ю позицию
со степенью ослабления возбуждения ОВ2. На расчетном подъеме скорость сни-
жается до 44,2 км/ч — до расчетной скорости на 29-й позиции. Затем на элемен-
тах 5, 6 н 7 профиля пути скорость снова возрастает. Перед спусками на элемен-
тах 8—11 в середине элемента 7 переходим на выбег, а затем на элементах 8 и 9
вынуждены включить тормоза, чтобы не превысить допустимую скорость
(80 км/ч). Чередовать торможение и отпуск нужно таким образом, чтобы в кон-
це крутого спуска / — —10,3%® поезд достиг допустимой скорости. В этом слу-
чае потери в тормозах будут меньше, а запас кинетической энергии в поезде
наибольший.
Перед остановкой поезда на станции В построение ведем обратным порядком
(от точки 26 к точке 25). Пересечение этой линии с линией движения на выбеге в
прямом направлении и даетточку 25, в которой должны начать действовать тор-
моза (см. рис. 204).
4.2. Кривую времени в функции пути строим в соответствии с параграфами
55 н 56. Взяв из табл. 27 величину А при выбранном масштабе пути, строим от-
резки кривой времени в пределах As. Для уменьшения размеров чертежа по вер-
тикали кривую t (s) строим частями по 10 мин. Из построенной на рис. 204 кри-
вой / (s) видно, что по перегону АБ время хода составляет 12,5 мин, по перегону
йВ—8,0 мин, а по участку АВ равно 21,1 мин (в конце участка кривая t (s) про
ведена вместо 10 мин до 11,1 мин]. Эти данные можно использовать для состав
ления графика движения поездов.
386
5. Построение кривых тока
5.1. Зависимость тока тягового электродвигателя от пройденного пути
/д (s) строим в соответствии с параграфом 70 по токовым характеристикам тя-
гового электродвигателя НБ-418К (см. рис. 148) и кривой скорости v (s). Зна-
чения тока /д определяем для точек излома кривой скорости v (s) и скоростей,
соответствующих изменениям режима движения (переход на ослабленное воз-
буждение и обратно), отмеченных цифрами на рис. 204. При v — 0 ток /д =
» 1195 А, при v — 10 км/ч ток /я — 1045 А и т. д. Эти токи откладываем
в точках пути, где 0, г « 10 км/ч и т. д. Соединив полученные точки от-
резками прямых линий, получим зависимость /д(«).
5.2. Зависимость активной составляющей тока электровоза ВЛ80* в функции
пути строим на основании параграфа 70 по токовым характеристикам Ida (v)
(см. рис. 153) и кривой v (s). Токи определяем для точек излома кривой скорости
от точки 0 до точки 22 и откладываем в тех точках пути, где поезд движется с эти-
ми скоростями. При v — 0 ток /da = 45 А (точка О' на рис. 204), при о = 10 км/ч
Ida = 93 А (точка /' на рис. 204) и т. д.
II_______Л' ........ aaw „Л И1Л1 «хака гооЖим
Полученные точки нумеруют от О' до 22'. Соединив их, получаем график
Id» (*)•
в. Определение расхода электрической энергии
6.1. Расход электрической энергии рассчитываем в соответствии с парагра-
фом 76 исходя из кривой тока Ida (s). Средний ток при изменении его от одной
точки до соседней определяем как среднее арифметическое между начальным
Ida н и конечным /</л к значениями. Из кривой t (s) берем время, в течение кото-
рого электровоз потребляет ток /dacp-
Расход электрической энергии рассчитываем без учета колебаний напря-
жения (ки ~ 1) по формуле (242):
2 ((7Р Ку Idacp ^1)
60.100
При Ку e I и Ur — 25 000 В получим, кВт • ч,
Чс ки Е (!dacp &Ч
60 100
При изменении скорости от» » 0 дов» 10 км/ч ток изменяется от Ida н =
45 А (точка О' на рис. 204) до /da к = 93 А (точка /')• Средний ток
45 + 93
/rfacp = g ~ 69 А.
Время, в течение которого протекает средний ток 69 А, А/®- 0.5 мин, сле-
довательно, /dacpA/= 69 • 0,5 = 34,5 А • мин.
Все результаты расчетов сводим в табл. 61.
По данным табл. 61 получаем S (/da ср AZ) - 3613,4 А • мин. Следовательно,
6.2. Расход электрической энергии на собственные нужды электровоза
ВЛ80* рассчитываем (см. параграф 79) исходя из потребляемой вспомогатель-
ными машинами энергии за I мин — 4,83 кВт • ч (см. с. 267) и работы в течение
всего времени хода поезда / 21.1 мин. Следовательно. Ар„ — 4,83 • 21,1"»
» 101,9 кВт • ч.
6.3. Расход электрической энергии электровозом с учетом собственных нужд
Л — АТ+'АГ11 - 1505,6 + 101,9=-- 1607,5 кВт • ч.
387
Таблица 61
Участок кривой кжа (см. рис 204) '<1а н А '«.и- * 'da ср. А А/. мни 'da ср Амин
O’-Г 45 93 69 0,5 34,5
1'2' 93 142 117,5 0.3 35.2
2'-У 142 192 167 0.3 50,1
3' 4' 192 240 216 0.4 86,4
4'—5' 240 284 262 1.9 497,8
5'—6' 284 290 287 0.1 28,7
У-Т 290 277 283,5 0,15 42,5
7"-8' 326 288 307 0,35 107,4
8я—У 341 320 330,5 0.2 66,1
У—/О' 320 341 330,5 0.9 297,4
КГ— II’ 288 326 307 1.4 429,8
IIя—12' 277 290 283,5 0.7 198.4
ir-ty 290 260 275 3,5 962,5
1У-14’ 260 260 260 0.4 104,0
14'—15’ 260 290 275 0,4 110.0
15’-16’ 290 277 283,5 0.2 56,7
16я—17' 326 288 307 0.2 61.4
17я—18' 341 318 329,5 0,2 65,9
18я 19' 361 347 354 0.2 70,8
1У-2У 347 288 317,5 0,3 95.2
2О>—21' 288 265 276,5 0,4 110,6
2Г-22' 265 245 255 0.4 102,0
Всего 13.4 3613,4
6.4 Удельный расход электроэнергии определяем в соответствии с парагра-
фом 79 по формуле (256) с учетом собственных нужд. Длина участка L 19,5 км
(см. рис. 204) Тогда
1000Л
Z.
1000 1607,5
3200 19.5
=25,76 Вт-ч/(т-км)
или 257,6 кВт-ч/( 10* т-км)
Беэ учета собственных нужд |по формуле (255)|
1000.4т 1000-1505,6
тг/. “ 3200-19,5
24.13 Вт-чДт-км)
или 241,3 кВт-ч/(10* т-км).
7. Проверка нагревания тяговых электродвигателей
7.1. Превышение температуры обмоток тяговых электродвигателей над тем-
пературой окружающего воздуха определяем аналитическим методом в соответ-
ствии с параграфом 73 по формуле (237). учитывая работу электродвигателей не
только в режиме тяги (под током), но и без тока, когда обмотки охлаждаются.
Средние значения токов /дср определяем исходя из начального /дн и конечного
/як токов, которые берем из кривой /д (s).
Для точек кривой скорости 0—1 получаем токи /дн 1195 А (точка 0J
и /д|! = 1045 А (точка /,) Ток /лгр — (1195 I 1О45)'2 = 1120 А.
Время М берем из графика 1 (s). При работе под током отрезки М можно
втять из табл. 61 (см. рис. 204): А/ 0.5 мин.
368
и » и СО X X О СЧ СО аО сч х аз о» се оо" о’ —’ СО сч’ со’ —• сч сч еч со со © СЧ — СЧ X <qano arq Ь; £0 »о' —’ С'- сл СО СО СО ’Ч -Ч* ’Ч аЛФСОГ* — Г-©СОСЧСЧ»-О©ф<с — —_ го -г <л -ч <t. cm — r - aq о <r_ •r ю” S S 2 3' 3 <2 <§ «0 3 <8 S S io 5
H'-T)., ь-©счФеог-счсч^г©ФХ©алфалсчал — © © сч о ал о> • •«г еч —е сю о> © сч © сч о> — оо мг оо ©’ ~ ~ еч со со ал" ал’ оо’ ал’ ал* сч © —’ сч со т' —•-^счечечсосососососо-’г^ал©©©©©© S3SS8SS аЛ сС* © СЧ Ь-’ —‘ ас © © © © аЛ art ч*
Т -с • 7 • ©©©©©©СЧСОХСЧ Х©хчг©алх —^со еч а ГО* — -Г сч’ О О О* сч’ —' ©' 3S х со* О-ЧСЧфСМаЛЧСОЬЧ *4 © СЧ СЧ © СЧ СОж ь- © об о х еч" сч’ ——Г —’ —’ сч’ —•’ © © с о
•О © © <£ 00 ь- г- о & 3! 5 с ©’ о о с *г ь- г- © — © © аз > о ©’ алэосод? — <рч"Ч<О<0СОСОСОГООФСЛОЬ’СО — eowy—.00)^^00404- - —’ —' СЧ СО ср ч. (X азоООзфсОф — гОоОоОФФОФОООООО—- Оо аза:>а1а>а'а'ФФа'ОГ)а>ФО,> Ф ф Ф ф ффо о’ о о’ о о о’ о’ о’ о о о о о о о о о © о о* о
** 1 0,0217 0,0130 0,0130 0,0174 0,0826 0,0043 SSSxoiSSfNCTitTrTaojoooooeo^^t?” !о с сосЗоооооосо§соооо8о8 о‘ о о’ о" о о‘ о о‘о“о‘ о" сГ о о о о о do" о о
и м < н © СЮСОСОООСОО<^ООО»О«СЭЬ’ОООГ*-»ОО1О<ОЮ0|»1ООООО г^-иотг-осососч^галал-’гечсчсчсчсчеч’галфсо — о
А/. мни ал ал ©со со чг © — — со еч е> ©_ ч’ ^ч- сч сч сч с^со © — сч 'ч* о о’о’о — ооооо*^о — —’ ооооооооосч’счсч’—•
а а/) аЛ аЛ a/qart art аЛ аЛ аЛ аЛ аЛ аЛ аЛ аЛ Оечь-.’сч’иОГ'-’<£счаЛаЛСЧСЧГ-ГсчЮОСч’ечГ^’еЧСО — аЛОФОО счгчх©”гсо©халалхоечсососоох^гг~алг*о М©ФФФФОФ©ОФФФФ©Ф©Ф©©ОХХ — —" —•
•*» © О © О Q © ОО СЛО?35 aoinn эо еч — а> х © о о ©ф ©enaSaiXo>o©G>xK©©©©
& •• 1195 1045 1000 а? с Э00«0©©©фф©ф©©©»л©©©(^0 г. $5SoSoo!o5a!&S5!Soo”oaSoooo
Участок крики 11 токи (см. рис. 204) - - - - - - Н I. L L L LL.L L 5а<’еч«>5'Т,л'о»'.аё'с* 5 5*5 £ <£ .и DLL LLLL L L LJ.114 .W
По кривым (/д) для тягового электродвигателя НБ 418 К (см. рис. 165)
находим значения т . Так, при /яср — 1120 А т — 178 °C. Значение Г = 23 мин
указано на рис. 165. При расчетах имеем в виду, что Д//7' должно быть не более
0,1. Начальное превышение температуры условно принимаем т# == 15 °C.
А/ / А/ \ 0.5 / 0.5 \
т=т. ----+ т. I I--— =178—— 4-15 I-------— = 18.53" С.
” Т \ Т 23 \ 23
В каждой последующей строке расчета т0 берем как значение т в предыдущей
строке. Данные и результаты расчета сведены в табл. 62. На участке 12V—13X
отношение tit/T =* 3,5'23 оказалось больше 0,1, поэтому его разбили на два уча-
стка (At, -- 1,9 мин и Л/, = 1,6 мин), добавив точку 12а. При /а = 0 (точки 22—
26 на рис. 204) обмотки тягового электродвигателя охлаждаются, так как элект-
ровоз движется без тока = 0 В этом случае используем формулу (238).
Наибольшее превышение температуры обмотки составляет 68,77 °C. Приве-
дем его к расчетной температуре по формуле (239).
Коэффициент ксв летом равен 1, коэффициент к,,, берем из табл. 33. При за-
данной расчетной температуре <И1, — 20 "С получим для обмотки якоря /сН1) =
~ 0,99. Тогда
тр » ikcs^hh = 68.77 • I • 0,99 => 68,1 °C.
Это превышение температуры ниже допустимого т 120 °C. Следовательно,
состав массой 3200 т по условиям использования мощности тяговых электродви-
гателей может быть проведен по участку АВ.
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. ПРИМЕР ТЯГОВЫХ РАСЧЕТОВ ДЛЯ ТЕПЛОВОЗА
Задание
Участок АВ, имеющий звеньевой путь, со спрямленным и приведенным про-
филем, указанным на рис. 206, обслуживается тепловозами 2ТЭ10В. Грузовые
составы, обращающиеся на участке, состоят из восьмносных вагонов р, 5%
(по массе), четырехосных вагонов на роликовых подшипниках р1р s= 45% и че-
тырехосных вагонов на подшипниках скольжения 50%. Средние массы
вагонов принимаем: восьмиосных 160 т, четырехосных на роликовых подшипни-
ках 74 т и четырехосных на подшипниках скольжения 70 т. Расчетный тормоз-
ной коэффициент On » 0,35. Постоянно действующих предупреждений о сниже-
нии скорости нет. Поезд следует от станции А к станции В без остановок. Наи-
большую скорость движения по участку условно примем 80 км/ч.
Т ребуется
1. Определить массу поезда.
2. Построить диаграммы удельных ускоряющих и замедляющих сил.
3. Решить уравнение движения поезда графическим методом с построением
кривых скорости и времени в функции пути
4. Определить общий и удельный расход топлива на тягу поезда.
5. Проверить нагревание тяговых электродвигателей в летних условиях при
расчетной температуре 30 °C.
Решение
В связи с тем что задан приведенный профиль пути, его обрабатывать не
нужно. Спрямление и приведение профиля пути проводят в соответствии с па-
раграфом 41. Порядок спрямления изложен в приложении 1. На рис. 206 пока-
зан профиль пути в масштабе, взятом из табл 27.
I. Определение массы состава
1.1. Проанализировав профиль участка АВ, как указано в параграфе 58.
приходим к выводу, что наиболее тяжелым является элемент 4. Он наиболее кру-
той — 12,9“/|н> и протяженный — 5850 м. а перед ним находится подъем 6,1%„.
вследствие чего создать достаточный запас кинетической энергии за счет увели
190
Рис. 206. График тяговых расчетов на участке АВ при тепловозной тяге
391
чения скорости движения поезда перед тяжелым подъемом не удастся. Расчет
массы поезда проведем при условии движения поезда по расчетному подъему с
установившейся расчетной скоростью. Расчетные силу тяги и скорость берем
из табл. 29. Для тепловоза 2ТЭ10В Анр = 496 кН, vp — 23,4 км/ч.
1.2. Удельное основное сопротивление движению тепловоза при движении
под током при скорости Ур рассчитываем по формуле (100) |см. параграф 38]:
« 1.9 + 0,01 v 4- 0,0003 и* = 1,9 + 0,01 - 23.4 + 0,0003 • 23,4* =>
— 2,30 Н/кН.
Удельное основное сопротивление движению восьмносиых вагонов опреде-
ляем по формуле (113). При t'p 23,4 км/ч и массе, приходящейся на ось
Щцо» 160/8 20 т.
<в=0.7 +
6 + 0,0380 4-0,0021оа
тв<>»
- 0.74 ±±£^ ^0,002. .23.4« , |р
Удельное основное сопротивление четырехосных вагонов на роликовых
подшипниках рассчитываем по формуле (112). При mB„tp = 74/4 = 18,5 т и
t'p = 23,4 км ч
. 34-0.1о4-0.0025о»
’о4р=°-7 +-----
П^поТр
34-0.1-23,4 4-0,0025-23,4*
=0,74------------------------------= 1,06 Н/кН
18,5
Удельное основное сопротивление движению четырехосных вагонов на под-
шипниках скольжения определяем по формуле (111). Притво4С = 70/4= 17,5 т
и Vp — 23,4 км/ч
»о\е=-°’7 +
84 0, |»4 0.0025ог
„ „ 84-0.1-23.44-0.0025-23,4* ........
= 0,7-4-----------—-----------:— «1,37 Н/кН.
17,5
Удельное основное сопротивление движению состава рассчитываем по фор-
муле (134) |см. параграф 39]:
, Р» ®о8 +₽«Р ®о4р + Р*с юо1с
I 3= ~
5-1,1 4-45-1,06 4-50-1,37
100
= 1,22 Н/кН.
1.3. Массу состава при установившейся скорости движения определяем по
формуле (218). Из табл. 17 находим тя — 276 т. Тогда
-(<•>'+ip) m.ig 496000-(2.-30 4-12.9) 276-9.81 „
nv ---------------------=------------------------------=3290 т.
(®;4-«p)g (1.224-12,9)9.81
Округляем массу состава до 3300 т.
1.4. Проверяем полученную массу состава по условиям трогания поезда в
соответствии с параграфом 60 на остановочных пунктах (при i — 0) по формуле
(221). Силу тяги при трогании тепловоза 2ТЭ10В берем из табл. 29: FB тр —
= 797 кН.
Удельное основное и дополнительное сопротивление состава при трогании
определяем для вагонов на роликовых подшипниках по формуле (152) и для ва-
гонов на подшипниках скольжения по формуле (151):
392
для восьмиосных вагонов
для
ДЛЯ
^3= 28
тр
'”.<>« +7
четырехосных вагонов на
28
т₽ /пвМр + 7
четырехосных вагонов на
142
28
, = 1,04 Н/кН;
20+7
роликовых подшипниках
28
18.5+7 =М° Н/‘Н:
подшипниках скольжения
= „142 , = 5,8 Н/кН.
Удельное основное сопротивление состава при трогании рассчитываем по
формуле (134):
Р» а?р + Р«р J+Рм- р
®тр =--------------------
100
5-1,04+45-1,10+50-5,8
100 ’
Массу состава по условиям трогания поезда на остановочных пунктах (при
i = 0) определяем по формуле (221):
F„tp 797 000
------тл =----------------- 276 = 23 290 т.
р (®тр + Ол? (3.45 + 0)9.81
Поскольку znCTp>mc (23 290 > 3300 т), тепловоз 2ТЭ10В может взять
состав массой 3300 т с места на остановочных пунктах.
1.5. Проверим массу состава на трогание с места на расчетном подъеме (р =
- 12,9«/«:
«л =
797000
mCTD=--------------------271=4700 т-
р (3,45+12,9)9,81
Здесь также /лстр > тс (4700 > 3300 т) и, следовательно, тепловоз 2ТЭ10В
может взять состав массой 3300 т с места на наиболее крутом подъеме, а значит,
и на любом элементе профиля пути.
2. Расчет и построение диаграммы удельных ускоряющих сил
2.1. Удельные силы основного сопротивления движению состава определя-
ем исходя из удельного основного сопротивления вагонов различных типов, рас-
считываем:
для восьмиосных по формуле (113), например для скорости 40 км/ч.
, л „ 6 + 0.038-40 + 0.0021 -40*
w’8 =0,7-| —----------------------= 1.24 Н/кН;
20
для четырехосных вагонов на роликовых подшипниках по формуле (112)
при v — 40 км/ч
“'о4р
3+ОЛ®+0,0025..0- |ин;кН;
18,5
для четырехосных вагонов на подшипниках скольжения по формуле (111)
при v = 40 км/ч
8 + 0,1-40 + 0,0025-40*
’о4с“°-7 + —----------ГГГ-----------= 1,62 н/кН
17.5
393
Таблица 63
V, км/ч »о8. Н/кН ШО 4р> Н/кН wo4c» Н/кН н/кн «7ч •ов. Н/кН юо4р» Н/кН “о 4 с. Н/кН Я Н/кН
0-10 1,03 0,93 1,23 1,08 43 1,26 1,34 1,67 1,50
19,0 1,07 1.01 1,32 1.17 50 1,36 1.47 1,80 1,63
20 1.08 1.02 1,33 1,18 60 1,49 1,67 2,01 1.83
23,4 1,10 1,06 1.37 1.22 62,5 1,53 1,73 2,07 1.89
27,5 1.11 1.11 1.42 1,26 70 1,65 1,90 2,26 2,06
30 1,15 1.15 1,46 1,30 80 1 .82 2,16 2,53 2,32
38 1.22 1,26 1,58 1.42 90 2,02 2,44 2,83 2,6!
40 1.24 1,29 1.62 1,45 100 2,24 2,75 3,16 2,93
Удельное основное сопротивление состава рассчитываем по формуле (134).
При v = 40 км/ч
5-1,24 + 45-1,29+50-1.62
100
= 1,45 Н/кН
Все результаты расчетов при скоростях, кратных десяти, и для точки пере-
сечения ограничивающей линии с тяговой характеристикой на 15-м положении
главной рукоятки контроллера машиниста, точек включения и отключения ос-
лабления возбуждения и для номинального режима сводим в табл. 63.
2.2. Основное удельное сопротивление движению тепловоза в режиме тяги
определяем по формуле (100). При v = 40 км/ч
= 1,9 + 0,01 -40 + 0,0003-401-2.78 Н/кН.
Таблица 64
о, км/ч »о, Н/кИ в>о, Н/кН »о, Н/кН fk- кН f = ’К ZT*’ Н/кЙ 1у”^И “о, Н/кН
0 2,03 1,08 1,15 797.0 22,76 21,61
10 2,03 I .08 1,15 666,8 19,04 17,89
19 2,20 1.17 1,25 599,3 17,11 15,86
23,4 2,30 1,22 1,30 496,2 14,17 12,87
27,5 2,40 1.26 1,35 432,5 12,34 10,99
30 2.47 1.30 1,39 402,0 11,48 10,09
38 2,71 1,42 1,52 324,6 9.27 7,75
40 2,78 1,45 1.65 305,9 8,74 7,19
43 2,88 1,50 1.60 282,4 8,06 6,46
50 3,15 1,63 1,75 246,2 7.03 5.28
60 3,58 1.63 1,96 204,0 5.83 3,87
62,5 3,70 1.89 2,03 196,1 5.60 3,57
70 4,07 2,06 2,43 176,6 5,04 2,61
80 4,62 2,32 2,49 153.0 4,37 1.88
90 5,23 2,61 2,81 137,2 3,92 1.11
100 5,90 2,93 3,16 119.6 3.42 0,26
394
Рис. 207. Диаграмма удельных ускоряющих и замедляющих сил при тепловоз-
ной тяге
2.3. Основное удельное сопротивление движению поезда определяем по
формуле (137). При v = 40 км/ч
2,78-276+1,45-3300 , u
-----------;-----------------------------н',н-
2.4. Удельные силы тяги рассчитываем по формуле (2) исходя из сил тяги
тепловоза, которые берем нз тяговых характеристик тепловоза 2ТЭ10В (см.
рис. 79). Для скорости, например, 40 км/ч, сила тяги FM — 305,9 кН. Удельная
сила тяги
FK 305 900
mg " 3576-9,81
Н/кН.
При расчетах /к для скоростей, при которых возможны два режима работы
(//В при увеличении скорости и OBI при снижении и т. д.), силу тяги FK прини-
маем средней. Удельные ускоряющие силы в режиме тяги рассчитываем по
формуле /у = /к — Wo- Например, при и = 40 км/ч
/у = 8,74 — 1,55 = 7,19 Н/кН.
При расчетах fy сопротивление движению от v = 0 до » = 10 км/ч прини-
мают постоянным, рассчитываемым по формулам при о = 10 км/ч; нужно иметь
в виду, что силы тяги при этих скоростях отличаются, поэтому /у также получа-
ются различными.
Все расчеты по определению удельных ускоряющих сил сводим в табл. 64 и
по ней строим диаграмму удельных ускоряющих сил (рис. 207) в масштабе, вы-
бранном из табл. 27 при построении профиля пути.
3. Построение диаграммы удельных замедляющих сил
в режиме выбега и торможения
3.1. Удельное основное сопротивление движению тепловоза при работе на
холостом ходу определяем по формуле (101) [или можно взять из табл. 10). При
v = 40 км/ч
а,х - 2,4 + 0,011 v + 0,00035 о» = 2,4 + 0,011 • 40 + 0,00035 • 40» =
= 3,40 Н/кН.
Удельное основное сопротивление движению состава берем из табл. 63.
3.2. Удельное основное сопротивление движению поезда при работе тепло-
воза на холостом ходу рассчитываем по формуле (139). Для скорости 40 км/ч
шхтя + <тс 3,40-276+1,45-3300 , сп „
»ох =-------------------------------------= 1,60 Н/кН
395
Таблица 65
V. км/ч , Н/кН Н/кН »ох, н/«н Sep ьт, Н/кН ^вс“®ох"1" + 0.S6T, Н/кН
0 2,54 1,08 1.19 0,270 94,5 48,44
10 2,54 1,08 1.19 0.198 69.3 35,84
20 2,76 1,18 1,30 0,162 56,7 29,65
30 3,05 1,30 1,43 0,140 49,0 25,93
40 3,40 1,45 1.60 0,126 44.1 23,65
50 3,83 1,63 1,80 0,116 40.6 22,10
60 4,32 1.83 2.02 0,108 37,8 20.92
70 4.89 2.06 2,27 0,102 35,7 20.12
80 5.52 2,32 2,56 0,097 33,9 19,53
90 6.23 2,61 2.88 0,093 32.5 19.15
100 7,00 2,93 3.24 0,090 31,5 18.99
Результаты расчетов сил сопротивления движению поезда при других ско-
ростях приведены в табл. 65 и по ним построена диаграмма удельных замедляю-
щих сил па выбеге (см. рис. 207).
3.3. Расчет удельных тормозных сил проводим в соответствии с параграфом
47. Расчетный тормозной коэффициент трения чугунных колодок о колеса по-
движного состава определяем по формуле (179) [или можно взять из табл. 16].
При v = 40 км/ч
Фнр 0,27
0-1- 100
5о -г 100
= 0,27
40+ 100
5-40+100
= 0,126
3.4. Удельные тормозные силы определяем по формуле (190) при заданном
<>р = 0,35. Для о = 40 км/ч
Ьт = 1000<р|(р0р = 1000 0,126 • 0,35 = 44,1 Н/кН.
3.5. Удельные замедляющие силы при служебном торможении рассчиты-
ваем по формуле /ж- = юох + 0,55т. При и — 40 км/ч
/ас а 1.60 + 22,05 = 23,65 Н/кН.
Все результаты расчетов при других скоростях сведены в табл. 65 и по ним
построена диаграмма удельных замедляющих сил при служебном торможении
(см. рис. 207).
4. Построение кривых скорости v (s) и времени f(s) графическим методом
4.1. Кривые скорости v (s) и времени t (s) строим в соответствии с парагра-
фами 55 и 56. Построение кривой ведем по диаграмме удельных ускоряющих и
замедляющих сил в выбранных масштабах (см. рис. 206). При построении кри-
вой v (s) нумеруем точки конца каждого прямолинейного участка (точки от /
до 34) и указываем точки прямых переходов с ПВ на ОВ1 и с ОВ1 на ОВ2 и обрат-
ных переходов, место выключения тока (0) и включения тормозов (ТД).
Из построения видно, что скорость поезда на расчетном подъеме достигает
установившегося значения. Следовательно, масса поезда вычислена правильно.
Если бы скорость не снизилась до расчетной, то массу состава нужно было бы
определить с учетом использования запаса кинетической энергии поезда.
Режим ведения выбираем таким образом, чтобы поезд двигался с возможно
большей скоростью и рациональным расходом топлива. С этой целью в конце
элемента 7 профиля пути (в точке 22) переходим на выбег. так как на последую-
щих спусках скорость возрастает вплоть до допугигхюн. Кривую v (s) при тор-
396
можении перед остановкой на станции В строим по кривой замедляющих сил
»ох + 0.5*т = / (v) в обратном порядке, начиная с точки при е 0 на станции
В. Пересечение полученной кривой и (s) с кривой скорости, которую вели от на-
чала участка, дает искомую точку 28, в которой должны начать действовать тор-
моза.
4.2. Кривую времени t (s) строим по кривой v (s), взяв из табл. 27 масштаб
времени и отрезок Л. Для уменьшения размеров чертежа по вертикали кривую
t (s) строим частями по 10 мин, снося ее до оси абсцисс.
На основании построений (см. рис. 206) получаем следующие времена хода:
на перегоне АБ t= 18,5 мин, на перегоне ВВ 1 — 9,7 Мин, на участке АВ
t = 28,2 мин.
5. Расчет расхода дизельного топлива на тягу поезда
5.1. Расход дизельного топлива на тягу поезда определяем в соответствии
с параграфом 81. Массу топлива, расходуемого в 1 мин, берем из рис. 179 при
работе в режиме тяги и из рис. 182 или табл. 37 на холостом ходу.
При разгоне расход определим из следующих соображений: чтобы скорость
изменилась от и = 0 до v 10 км/ч, машинист, как видно из тяговой характе-
ристики, может вывести главную рукоятку контроллера до 10-го положения.
Условно примем среднее положение рукоятки контроллера машиниста — 6-е —
со средним расходом топлива при средней скорости 5 км'ч 3-2=6 кг/мин на
две секции (находим интерполированием). При изменении скорости от 10 до
19 км/ч и переводе главной рукоятки с 10-го до 15-го положения за среднюю по-
зицию примем 13-ю. При vcp = 14,5 км/ч G — 7,4 • 2 = 14,8 кг/мин на две сек-
ции. При v — 19-1-90 км/ч на 15-м положении рукоятки расход, как видно из
рис.179. G = 17,1 кг/мин. Расход дизельного топлива при движении по всему
участку складывается из периода разгона (точки 0—2), движения в режиме тяги
на 15-м положении рукоятки (точки 2—22) и на выбеге (точки 22—24) Расход
топлива на холостом ходу берем из табл. 38. Для тепловоза 2ТЭ10В gx =
= 0,76 кг/мин (на два дизеля).
Исходя из этих данных проводим расчет расхода дизельного топлива по фор-
муле (258) с индексами, соответствующими точкам на рис. 206:
E — G9-i Л/о-1 4-G|-i A/i-a + Gj-sj AG-м + ^хи-я Л/м-э«
Результаты расчетов сводим в табл. 66.
5.2. Зная расход дизельного топлива, определим удельный расход натур-
ного топлива на измеритель 10* т - км по формуле (259):
Е
348*10* 4
. ~~~52.73 кг/(10* т-км).
3300-20
Таблица 66
Участок крилей скорости (см. рнс. 206) Рср, км/ч. режим ДЛ мин G; g. кг/мин GAt, кг
0—1 5 0,4 6.0 2.4
1—2 14,5 0,3 14,8 4,4
2—22 Работа на 15-м положении главной рукоятки контрол- лера 19,6 17.1 335,2
22—24 Холостой ход 7.9 0.76 6.0
XAtж 28,2 мин; £=348 кг
397
5.3. Удельный расход условного топлива на измеритель 10* т • км опреде-
ляем по формуле (260); тепловой эквивалент принимаем Э = 1,43:
ег = еЭ « 57,73-1,43 = 82,55 кг/(10« т-км).
6. Проверка нагревания тяговых электродвигателей
6.1. Как отмечено в параграфе 72, проверку нагревания тяговых электро-
двигателей или генераторов тепловозов делают только в тех случаях, когда вво-
дится ограничение скорости движения на труднейших подъемах до значений ни-
же расчетных. В нашем примере таких ограничений нет, поэтому проверку тя-
говых электродвигателей на нагревание можно не выполнять. В случае необхо-
димости проверки тяговых электродвигателей или генераторов на нагревание
ее выполняют так, как указано в приложениях 1 и 2, применительно к тяговым
электродвигателям электровоза.
Следовательно, тепловоз 2ТЭ10В может провести по заданному участку сос-
тав массой 3300 т.
398
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
I. Осипов С. И., Миронов К. А., Р е в и ч В. И. Основы локомо-
тивной тяги. М.: Транспорт, 1979. 440 с.
3. Розенфельд В. Е., Исаев И. П., Си доров Н. Н. Элект-
рическая тяга. М.: Транспорт, 1983. 328 с.
3. Рациональные режимы вождения поездов н испытания локомотивов/
Е. В. Горчаков, И. П. Исаев, Л. Г. Козлов и др.; Под ред. С. И. Осипова. М.:
Транспорт, 1984 . 280 с.
4. Правила тяговых расчетов для поездной работы/МПС СССР. М.: Транс-
порт, 1969. 319 с.
5. Режимы работы магистральных электровозов/О. А. Некрасов, А. Л. Ли-
сицын, Л. А. Мугииштейн, В. И. Рахманинов; Под ред. О. А. Некрасова. М.:
Транспорт, 1983. 231 с.
6. Калинин В. К., Михайлов И. М., Хлебников В. И.
Электроподвижпой состав железных дорог. М.: Транспорт. 1972. 536 с.
7. Электровозы ВЛ10 и ВЛ10*: Руководство по эксплуатации. М.: Транс-
порт, 1981. 519 с.
8. Электровоз ВЛ80с: Руководство по эксплуатации. М.: Транспорт, 1982.
622 с.
9. К а п у с т и н Л. Д., Копанев А. С., Лозановский А. Л.
Особенности устройства и эксплуатации электровоза ВЛ80Р. М.: Транспорт,
1979. 175 с.
10. Костюковский М. А. Управление электропоездом и его обслу-
живание. М.: Транспорт, 1980. 208 с.
И. Яковлев Д. В. Управление электровозом и его обслуживание. М.:
Транспорт, 1978. 299 с.
12. Тепловоз 2ТЭ10В: Руководство по эксплуатации и обслуживанию. М.:
Транспорт, 1975. 431 с.
13. Тепловоз 2ТЭ116. М.: Транспорт, 1977. 320 с.
14. Д р о б и и с к и й В. А., Е г у и о в П. М. Как устроен и работает
тепловоз. М.: Транспорт, 1980. .367 с.
15. Тепловозы ТГМ4 и ТГМ4А: Руководство по эксплуатации и обслужи-
ванию. М.: Транспорт, 1976. 287 с.
16. С е м и ч а с т и о в И. Ф. Гидравлические передачи тепловозов. М.:
Машгиз, 1961. 332 с.
17. Управление тепловозом и его обслуживание/Ю. Г. Гончаров, Т. И. Ган-
кевич, В. Е. Петров, Н. И. Табаньков; Под ред. С. И. Присяжнюка. М.: Транс-
порт, 1976. 303 с.
18. Инструкция по эксплуатации тормозов подвижного состава железных
дорог/МПС СССР. М.: Транспорт, 1982. 141 с.
19. Б у р д у и Г. Д. Справочник по международной системе единиц. М.:
Изд-во стандартов, 1980. 232 с.
20. Кудряш А. П„ Заславский Е. Г., Тартаковский Э.Д.
Резервы повышения экономичности тепловозов 2ТЭ10Л. М.: Транспорт, 1975.
64 с.
21. X о м и ч А. 3., Т у п и ц и н О. И., Симеон А. Е. Экономия топ-
лива и теплотехническая модернизация тепловозов. М.: Транспорт, 1975. 264 с.
399
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Указатель построен по принципу ключевого слова, означающего наиболее
общее понятие: «Коэффициент», «Характеристика» и т. д. Определение к этому
слову приводится, как правило, после него: «Коэффициент сцепления», «Ха-
рактеристика тяговая» и т. д. Однако устойчивые понятия приводятся без инвер-
сии: «Тормозной путь». «Передаточное отношение» и т. д.
В указателе не даны ссылки на термины, входящие в названия парагра-
фов. так как в этих случаях необходимые сведения легко найти, пользуясь
оглавлением.
Б
Боксование колесной пары 10
— прерывистое 12
— разносное 12
В
Вагон динамометрический 310
Ведение поезда на различных профилях
пути 332
Влияние жесткости характеристик на ис-
пользование силы тяги по сцеплению 38
коинчности бандажей на проскальзыва-
ние колес 13
на расход электрической энергии воз-
буждения 279
---------- замедления поезда 279
---------- разгона поезда 279
— напряжения на нагрузку тяговых элек-
тродвигателей 36
----на скорость поезда 55
— потока главных полюсов на коммутацию
307
Время движения поезда 200, 201
— подготовки тормозов 216. 217
Г
Гидромуфта 107
Гидротрансформатор 106
График тяговых расчетов на участке пере-
менного тока 281
---------- постоянного тока 369
— — — при тепловозной тяге 391
Д
Давление среднее индикаторное 102
Деформация колеса и рельса 121
Диаграмма индикаторная двухтактного ди-
зеля 102
— пусковая 62
----электровоза ВЛ 10 63
------ВЛ80Т 88
; распределения мощности при двухсту-
пенчатом пуске 67
------ трехступеичатом пуске 68
- тонно-километровая 212
400
— удельных ускорявших и замедляющих
сил 177, 183
— — — — — — иа участке переменного то-
ка 385
----------------- постоянного тока 374
Длина поезда 210
— пути предтормоэного (подготовительно-
го) 216
----тормозного 216
------ действительного 216
3
Зависимость активной составляющей пол-
ного тока от скорости 172
— длины тормозного пути от расчетного
тормозного коэффициента 225
— коэффициента мощности от тока элек-
тровоза переменного тока 93
формы кривой от напряжения на то-
коприемнике 261
— к п. д. от скорости тепловоза ТЭ10
281
-------- тока электровоза переменного то-
ка 93
массы состава от крутизны расчетного
подъема 205
— наибольших допустимых скоростей дни-
ження по тормозам от уклона 224
скорости выхода на безреостатную хв
рактеристику от тока 279
— - от времени при различных режимах
движения поезда 178
— сопротивления реостата от скорости дви-
жения при постоянном пусковом токе
59
— тока генератора от скорости тепловоза
2ТЭ10В 241
------------2ТЭП6 242
------------ТЭПьО 242
----тяговой машины от скорости 172
— тормозной силы от скорости при коэф-
фициенте нажатия колодок нормальном
149
--------------— повышенном 149
— удельной тормозной силы от скорости
грузового поезда при торможении слу-
жебном 155
--------—--------------полном 155
—--------------------экстренном 155
Закон оптимального регулирования асин-
хронного тягового электродвигателя 96
Значения коэффициента инерции вращаю-
щихся частей 176
Зона наилучшей коммутации 306
И
Изменение нагрузок тяговых электродви-
гателей при колебаниях напряжения в
контактной сети 36
— напряжения и тока пря импульсном ре-
гулировании 70
Индуктивность обмоток 307
Использование пропускной способности ли-
нии 37
Испытания динамические 306
— заводские 308
квалификационные 304
— иа повышенную частоту вращения 306
---прочность 308
— периодические 303
— приемо-сдаточные 303
— путевые ЗОВ
— ресурсные 304
— стационарные 312
— типовые 304
— тягово-эксплуатационные 309. 310
— тягово-энергетические 308. 309
К
Колебания подрессоренной части локомоти-
ва 12
Коэффициент жесткости характеристик 41
— инерции вращающихся частей 175
— мощности 92
— нажатия колодок 148
----— для вагонов грузовых 148
----— пассажирских 148
—---локомотивов 148
— неравномерности пускового тока 59
---силы тяги при пуске 60
— относительной пульсации 78
— полезного действия передачи 26
--- преобразователя 93
--- тягового электродвигателя 23
---. отнесенный к обода и колес
26. 27
------электроподвижного состава 27. 93
— пусковых потерь 64 . 66 . 67
— регулирования возбуждения 50
— сцепления локомотива II
------расчетный 15
--------в кривых малого радиуса 15
— — одной колесной пары 10
— тормозной расчетный 154
— трансформации тягового трансформато-
ра 80
— трения расчетный 149
---тормозных колодок композиционных
147. 150
--------чугунных с повышенным содер-
жанием фосфора 147
------------ стандратных 147, 150
— эффективности выпрямленного тока 80
--- переменного тока 80
Кривые нагревания и охлаждения обмотки
главного генератора тепловоза
------------ТЭ7 254
— — —-------тягового электродвигателя
НБ-406 254
-----------------ЭД 107 255
— расхода топлива в режиме тяги тепло-
возом 2ТЭ10В 271
--------------2ТЭ10Л 271
--------------2ТЭ116 272
--------------ТЭП60 272
Крутизна подъема 129. 130
якоря
ТЭЗ 2
М
Масса поеэди приведенная 175
— состава 205, 209
--- критическая 213
Масштабы построений 189. 190
Машины вычислительные аналоговые 283.
281
— — цифровые 283. 284
Меры безопасности при нахождении на
железнодорожных путях 353
------приемке и ведении поезда 35-1
Метод определения массы состава с ис-
пользованием кинетической энергии аиа
литический 206
-----------------графический 208
— построения кривой расхода электро-
энергии графический 262
— среднего квадратичного тока 256
Момент вращающий тягового электродвига-
теля 21
---электромагнитный 21
— сопротивления вращению 119
Мощность активная, потребляемая электро-
подвижным составом 92
— главного генератора 108
— двигателя электромагнитная 66
— кажущаяся 92
— на ободах колес 28
—. отнесенная к колесным парам теплово-
за 108. 109
— потерь в тяговом электродвигателе 22
Н
Напряжение выпрямленное при нагрузке
80. 81
------ холостом ходе 80
Номограмма для тормозных расчетов 228
Норма расхода топлива 276
--- электроэнергии 275
О
Образование силы тяги 9
— тормозной силы при механическом тор-
можении 146
--------электрическом торможении 158
Определение длины тормозного пути 219
--------при различных расчетных тор-
мозных коэффициентах 225
— допустимых скоростей движения иа
спусках 221. 222
— массы состава 370. 380. 390
— расхода электрической энергии 377. 387
— средних значений удельных ускоряющих
сил 180
--- токов и времени для расчета расхода
электроэнергии 259
Ослабление возбуждения 47
Особенности конструктивные тяговых элек-
тродвигателей 40
Остановка поезда на перегоне 336
------станции 338
П
Передаточное отношение 24. 103
Передача 100
— гидравлическая 101. 106
— механическая 101. 106
— непосредственная 105
- электрическая 101
---переменно-постоянного тока 113
Перераспределение нагрузок колесных пар
на рельсы при реализации силы тяги 12
Переход на рекуперативное торможение 38
Перфокарта с информацией о профиле пу-
ти 294
401
X
8
--------последовательного возбуждения
21. 32
--------смешанного возбуждения 34
—-------AL-4442nP электровозов ЧС4.
4CV на 32 й позиции переключателя
ступеней 91
--------НБ 418К электровозов ВЛ80".
ВЛ80’. ВЛ80с на 33-й позиции главного
контроллера 90
--------ТЛ 2К 71
--------ЭЛ-118А 112
Ч
Частота вращения колесной пары 24
---- ротора асинхронного электродвигате-
ля 96
----якоря 19. 20
Число осей в грузовом составе 217
----локомотива автотормозных 152
--------ручного тормоза 152
Ш
Щетка опиленная 313
Э
Э. Д- с. возбудителя
— — — тяговой машины 19. 159. 166
Электродвигателя асинхронные 96
— вентильные 99
линейные 98
Энергетический паспорт электровозов
В Л 80«. ВЛ80'. ВЛббс 275
Энергия кинетическая 257
потенциальная 257
— электромагнитная тягового электродви-
гателя 66. 67
Ю
Юз колесных пар 146
ОГЛАВЛЕНИЕ
От автора....................................................... 3
Введение.......................................................... 4
Глава 1. Силы, действующие на поезд. Сила тяги
1. Единицы, используемые в тяге поездов......................... 7
2. Силы, действующие на поезд.................................... 8
3. Образование силы тяги......................................... 9
4. Сила сцепления колес с рельсами................................10
5. Коэффициент сцепления колес с рельсами.........................II
6. Формулы для определения расчетного коэффициента сцепления. . 15
7. Способы увеличения коэффициента сцепления ... .............17
Глава 2. Электромеханические характеристики тяговых электродвига-
телей и построение тяговых характеристик
8. Электромеханические характеристики на валу тягового электродви-
гателя постоянного тока........................................19
9. Коэффициент полезного действия тягового электродвигателя. ... 22
10. Электромеханические характеристики тягового электродвигателя,
отнесенные к ободам колес...........................................24
11. Характеристики при изменении передаточного отношения редуктора
и диаметров колесных пар.......................................... 29
12. Скоростные и электротяговые характеристики при различных спосо-
бах возбуждения тяговых электродвигателей....................... . 31
13. Выбор характеристик тяговых электродвигателей для тяги поездов 34
14. Тяговые характеристики электроподвижного состава...............41
15. Удельные тяговые характеристики................................43
Глава 3. Регулирование скорости электроподвижного состава
постоянного тока
16. Способы регулирования скорости движения электроподвижного сос-
тава ...............................................................46
17. Характеристики при измененном напряжении на тяговых электро-
двигателях .........................................................48
18. Характеристики при регулировании возбуждения тяговых электро-
двигателей .........................................................50
19. Процесс изменения скорости при изменении напряжения и ослабле-
нии возбуждения.................'...................................55
20. Пуск электроподвижного состава................................57
21. Расчет ступеней пускового реостата и построение пусковой диаграммы 60
22. Коэффициент пусковых потерь...................................64
23. Импульсное регулирование напряжения...........................68
24. Электромеханические и тяговые характеристики при разных уровнях
напряжения и возбуждения............................................70
Глава 4. Характеристики электроподвижного состава переменного
тока
25. Общие сведения.............................................. 77
26. Внешние характеристики преобразовательной установки............78
405
"27. Характеристики тяговых электродвигателей при питании через преоб-
разовательную установку..........................................82
28. Регулирование скорости движения и построение пусковой диаграммы 84
29. Плавное регулирование напряжения...............................88
30. Характеристики электроподвижного состава со статическими пре-
образователями .....................................................90
31. Характеристики локомотивов с бесколлекторными тяговыми элект-
родвигателями ......................................................96
Глава 5. Тяговые свойства и характеристики тепловозов
32. Условия работы дизеля и использование его для тяги поезда . . . 100
33. Сила тяги тепловоза по дизелю................................101
34. Сила тяги тепловоза по передаче...............................105
35. Характеристики тяговых электродвигателей и главных генераторов
тепловозов.........................................................109
36. Тяговые характеристики тепловозов.............................ИЗ
Глава 6. Силы сопротивления движению поезда
37. Силы основного сопротивления движению поезда.................119
38. Формулы для расчета сил основного удельного сопротивления дви-
жению ............................................................123
39. Расчет основного удельного сопротивления движению поезда . . . 127
40. Силы дополнительного сопротивления движению..................129
41. Спрямление и приведение профиля пути.........................135
42. Общее сопротивление движению поезда..........................141
43. Меры по снижению сил сопротивления движению поездов........142
Глава 7. Тормозные силы поезда
44. Общие сведения..............................................145
45. Образование тормозной силы при механическом торможении ... 146
46. Ограничение тормозной силы...................................148
47. Расчет тормозных сил поезда..................................149
48. Характеристики реостатного торможения........................157
49. Характеристики рекуперативного торможения....................164
Глава 8. Уравнение движения поезда и его решение
50. Особенности движения поезда..................................174
51. Уравнение движения поезда....................................175
52. Анализ уравнения движения поезда.............................177
53. Общие принципы решения уравнения движения поезда ............179
54. Аналитический метод решения уравнения движения поезда .... 185
55. Графический метод решения уравнения движения поезда..........188
56. Практические приемы построения кривых скорости и времени в функ-
ции пути.........................................................191
57. Определение времен хода методом установившихся скоростей . . 199
Глава 9. Расчет массы поезда
58. Общие сведения...............................................202
59. Расчет массы состава грузового поезда........................204
60. Проверка массы состава по условиям трогания поезда с места . . . 209
61. Проверка массы состава по длине станционных путей...........210
62. Построение тонно-километровой диаграммы......................212
63. Особенности расчетов при работе поездов повышенных массы и длины 214
Глава 10. Торможение поездов и тормозные задачи
64. Работа тормозов и тормозные расчеты..............................216
65. Тормозные задачи.................................................218
66. Тормозные расчеты с использованием диаграмм......................227
406
Глава 11. Токовые характеристики и кривые тока
67. Токовые характеристики и их назначение........................230
68. Токовые характеристики электроподвижного состава постоянного
тока...............................................................230
69. Токовые характеристики электроподвижного состава переменного
тока................................................................234
70. Построение кривых тока электроподвижного состава.................238
71. Кривые тока тяговых электрических машин тепловозов...............240
Глава 12. Нагревание тяговых электродвигателей и генераторов
72. Общие сведения.................................................. 244
73. Аналитический метод расчета нагревания электрических машин . 246
74. Другие методы расчета нагревания электрических машин . . . 253
Глава 13. Определение расхода электрической энергии электропо-
движным составом и топлива тепловозами
75. Энергетика движения поезда.......................................257
76. Определение расхода электрической энергии на движение поезда
графоаналитическим методом..........................................258
77. Графический метод определения расхода электроэнергии.............261
78. Определение расхода электрической энергии аналитическим методом 263
79. Полный расход электрической энергии............................ 266-
80. Взаимодействие электроподвижного состава и системы электроснаб-
жения ..............................................................269
81. Расход топлива тепловозами и дизель-поезда ми....................271
82. Нормирование расхода электрической энергии и топлива .... 274
83. Способы уменьшения расхода электрической энергии и топлива при
тяге поездов....................................................... 276.
Глава 14. Применение электронных вычислительных машин для
тяговых расчетов
84. Общие сведения о машинах непрерывного действия................283
85. Понятие о цифровых вычислительных машинах.....................284
86. Порядок выполнения тяговых расчетов с использованием ЭВМ . . 285
Глава 15. Испытания локомотивов
87. Испытания тяговых электродвигателей и генераторов.............303
88. Виды испытаний электроподвижного состава, тепловозов и дизель-
поездов............................................................308
89. Тягово-энергетические, тягово-теплотехнические и тягово-эксплуа-
тационные испытания локомотивов электро- я дизель-поездов . . . 309
90. Проведение испытаний локомотивов, электро- и дизель-поездов . 310
91. Опытные поездки при тягово-эксплуатационных испытаниях локо-
мотивов ...........................................................315-
Глава 16. Управление локомотивами, электро- и дизель-поездам и
92. Подготовка локомотивов, электро- и дизель-поездов к работе и выезд
из депо.......................................................... 318
93. Сцепление локомотива с составом и опробование тормозов........326
94. Управление локомотивом при трогании поезда со станции.........330
95. Управление локомотивом при следовании с поездом...............332
96. Управление электропоездом.....................................339
97. Управление электровозом в режиме электрического торможения . 341
98. Управление локомотивом при кратной тяге и подталкивании . . . 344
99. Особенности вождения поездов в летних и зимних условиях . 346
407
Глава 17. Техника безопасности при работе на локомотиве и моторва-
гонном подвижном составе
100. Организация работ по технике безопасности......................
101. Общие меры безопасности........................................
102. Меры безопасности при эксплуатации электроподвижного состава
103. Меры безопасности при обслуживании тепловозов и дизель-поездов
104. Противопожарные меры...........................................
105. Обеспечение безопасности движения поездов . . ...............
Приложения.
1. Пример тяговых расчетов для электровоза постоянного тока , . . .
2. Пример тяговых расчетов для электровоза переменного тока . . . .
3. Пример тяговых расчетов для тепловоза............................
Список использованной литературы....................................
Предметный указатель................................................
Сергей Иванович Осипов
ОСНОВЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И ТЕПЛОВОЗНОЙ ТЯГИ
Составитель предметного указателя Р. М Майорова
Переплет художника Я. Л. Смирнова
Технический редактор О. Н. Крайнова
Корректор-вычитчик Е Л. Котляр
Корректор Е. Н. Селимова
ИБ № 2843
Сдано в набор 12.0b.S4. Подписано в печать 28.t2.84. Т-23444,
формат 60Х90‘А». Бум. офс. .* I. Гарнитура литературная. Офсетная
печать. Усл. печ. л, 25.5. Усл. кр.-отт. 25.5. Уч.-ИДД. л. 29.99.
Тираж 19 ИХ) эка. Заказ 308. Цена I р. 20 к. Изд. М 1-12/5 .4 2342
Ордена «Знак Почета» издательство »ТРАИСПОРТ».
103084, Москва, Басманный туп.. 6а
Московская типография № 4 Союзполнграфпрома
при Государственном комитете СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли
129041. Москва. Б Переяславская ул.. 46.