Сопротивление воздушной среды .

Оно вызывается давлением воздуха на лобовую поверхность подвижного состава, разрежением воздуха за задней торцовой стенкой каждого вагона и трением поверхности подвижного состава о воздух. На значе­ние этого сопротивления наибольшее влияние оказывают скорость движения поездов, форма вагонов и локомотива.

 

Мероприятия по уменьшению основного сопротивления движе­ния:

- полная загрузка вагонов; правильное формирование составов (сосредоточение однотипных вагонов по группам — полувагонов, платформ и т. п.);

- закрытие дверей и люков, улучшающее обте­кание вагонов воздухом;

- устранение трения тормозных колодок о колеса;

- улучшение состояния верхнего строения пути;

- сокраще­ние времени стоянок, облегчающее трогание составов с места, особенно в зимнее время.

 

Подсчет основного сопротивления движению:

Полное основное сопротивление движению поезда Wо складывается из основных сопротивлений движению локомотива W'о и состава W''o, т. е. Wo=W'o+W''o.

 

Дополнительное сопротивление движению поезда.

Это сопротивление возникает при движении в кривых, по уклонам, при низкой температуре наружного воздуха и сильном встречном и боковом ветре.

Для уменьшения дополнительного сопротивления движении смягчают профиль пути, увеличивают радиусы кривых, смазывая боковые поверхности головок наружных рельсов в кривых или гребни бандажей специальной смазкой, закрывают двери грузовых вагонов, пассажирские вагоны скоростного движения выполняют более обтекаемой формы.

 

Сопротивление от уклонов. Крутизну уклона определяют как отношение разности высот (от горизонтальной линии начала и конца уклона к длине участка, на котором расположен уклон, т. е.

I= MH/МО.

 

Сопротивление от кривых участков пути.

При движении по кривым под действием силы инерции гребни банда-жей колесных пар прижимаются к боковой поверхности головки наружного рельса, что приводит к возникновению трения между ними. При большой кривизне пути, малом поперечном разбеге колесных пар в трехосных тележках не только концевые колесные пары прижимаются к наружному рельсу, но и средние (2-я и 5-я) к внутреннему рельсу. Кроме того, возникают дополнительные усилия в опорах кузовов и ударно-тяговых приборах, как у локомотивов, так и у вагонов. Все это вызывает дополнительное сопротивление движению в кривой.

 

Сопротивление движению от ветра.

Встречный или боковой ветер вызывает дополнительное сопротивление движению, особенно возрастающее при высоких скоростях; попутный ветер способствует повышению скорости движения. Боковой ветер, прижимая гребни колес к рельсам, приводит к значительному увеличению сопротивления движению, особенно вагонов, следующих с открытыми дверями и люками.

 

Сопротивление движению от низкой температуры наружного воздуха.

При низких температурах сопротивление движению возрастает в основном за счет повышения вязкости смазки в узлах трения. Его учет рекомендуется производить при температурах ниже — 25°С в процентах от основного сопротивления движению; например, для грузовых вагонов при скорости 80 км/ч и температуре воздуха — 30 °С это повышениесопротивления принимается равным 7%.

Сцепление колеса с рельсом тем сильнее, чем больше сила Ро

(см. рис. 2), с которой колесная пара давит на рельс. Сцепле­ние, необходимое для реализации силы тяги, можно получить лишь при условии, что некоторая доля этой силы Ро будет больше силы тяги Fкд, развиваемой данной колесной парой.

Если сила тяги превысит силу сцепления, то сцепление нару­шится, колесо начнет проскальзывать по рельсу, при этом сила сцепления резко уменьшится, колесо как бы лишится упора и начнет вращаться все быстрее. Это явление называют боксованием; при нем вращающий момент, развиваемый двигателем и реализуемый колесной парой, падает (из-за уменьшения тока и коэффициента сцепления) и сила тяги снижается, что прежде всего вызывает уменьшение скорости движения поезда; возможно и нарушение коммутации двигателей локомотива.

Чтобы определить наибольшую допустимую силу тяги электро­воза, необходимо знать значение коэффициента сцепления.

 

Коэф­фициент сцепления зависит от многих факторов:

- состояния поверх­ности рельсов (масляные пятна, торфяная или угольная пыль, листья уменьшают сцепление, песок — увеличивает);

- общего со­стояния пути;

- радиуса закругления и возвышения рельсов на кри­вых участках пути. При небольшом дожде коэффициент сцепле­ния снижается, однако при сильном дожде, смывающем грязь с рельсов, уменьшения коэффициента сцепления не наблюдается.

На коэффициент сцепления влияют также факторы, зависящие от состояния электровоза:

- повышенный прокат бандажей,

- разность в диаметрах по кругу катания комплекта колесных пар или колес одной колесной пары,

- большие поперечные разбеги колесных пар,

- различие жесткости рессор и пружин,

- неудачный подбор тяговых двигателей по характеристикам ухудшают сцепле­ние, особенно с ростом скорости движения.

Большая инерция (масса, диаметр) вращающихся частей, связанных с двигателем, препятствует развитию боксования.

Боксование электровозов — явление частое и довольно опасное. Оно возникает, когда сила тяги превысит силу сцепления колес с рельсами, что приводит к уменьшению силы тяги. Сильное боксование могут вызвать

механические или электрические по­вреждения деталей и узлов электровоза.

 

(А.) Причины механических и электрических повреждений и их последствия.

При возникновении боксования коэффициент сцепле­ния резко снижается, так как трение покоя (сравнительного) заменяется трением скольжения, и под действием значительного вращающего момента двигателя увеличивается частота вращения якоря и колесной пары. Вследствие этого под влиянием центро­бежной силы проводники обмотки якоря начинают растягивать скрепляющие их бандажи, пластины коллектора увеличивают дав­ление на миканитовые манжеты конусов якоря и т. д. Частота вращения якоря может превысить допустимое значение, предусмотренное при создании машины, что может привести к полному ее разрушению.

 

(Б) Проскальзывание колес приводит к быстрому износу бандажей и рельсов.

Об этом свидетельствуют риски на рельсах станционных путей в местах отправления поездов.

Довольно опасно резкое прекращение боксования, например подачей большого количества песка. В этом случае большая часть запасенной кинетической энергии отдельных деталей превращается в энергию удара, в результате чего повреждаются изоляция обмотки якоря, ее крепление в пазах, зубья передачи. Корпус тягового двигателя с опорно-осевым подвешиванием в этот момент как бы приседает или подпрыгивает, поворачиваясь вокруг колесной пары. В результате могут произойти также излом деталей подвески двигателя, проворот бандажей колесных пар и друг повреждения механической части электровоза.

Не менее серьезны последствия электрических повреждений возникающих в результате нарушения коммутации, а на электровозах постоянного тока — и вследствие повышения напряжения на коллекторе двигателя, связанного с боксующей колесной парой (на электровозах переменного тока напряжение на двигателях также повышается, но незначительно).

Нарушение коммутации и, как следствие этого, круговой огонь на коллекторе «боксующего» двигателя возникают из-за значительного снижения времени коммутации тока в витках обмотки якоря; в большей мере это относится к двигателям электровозов переменного тока, у которых коммутация и без того осложнена пульсацией тока в обмотках полюсов и якоря. На электровозах постоянного тока всегда последовательно включаются не менее двух тяговых двигателей. Поскольку направление индуктированной э. д. с. противоположно приложенному к двигателю напряжению, степень ее возрастания соответствует степени возрастания сопротивления «боксующего»: тягового двигателя (условно) по сравнению с сопротивлением «небоксующего» тягового двигателя рассматриваемой цепи. Это приводит, с одной стороны, к уменьшению тока этой вет­ви по сравнению с параллельными ветвями, а с другой — к повышению: напряжения именно на якоре «боксую­щего» двигателя.

На (рис. 3) показано распределение падений напряжений на двух потребителях с разным сопротивлением и в случае боксования ТЭД (рис.4).

Повышенное напряжение на кол­лекторе «боксующего» двигателя вызы­вает увеличение напряжения между соседними коллекторными пластинами; при некотором значении этого напря­жения небольшие искры, возникаю­щие на коллекторе под щетками даже при нормальной коммутации, могут перейти в электрическую дугу — воз­никает круговой огонь.

 

                     Рис.3                                                        Рис. 4.

 

Рис. 3. Сопоставление значений падения напряжений.

Рис. 4. Распределение напряже­ния (приближенно) на обмотках двух последовательно соединен­ных тяговых двигателей:

а — при нормальной работе,

б — при боксовании колесной пары, спаренной в блоке с двигателем.

При чистых изоляторах кронштей­нов щеткодержателей электрическая дуга распространяется от плюсового к минусовому щеткодержателю; обмотка якоря как бы заканчивается. На элек­тровозах постоянного тока это приво­дит к перегрузке двигателя, включен­ного последовательно с «боксующим», в результате чего может начаться боксование колесной пары и, этого дви­гателя.

При запыленном и влажном воздухе внутри двигателя или при загрязнен­ных изоляторах кронштейнов щетко­держателей дуга перебрасывается на остов тягового двигателя. Для электро­возов постоянного тока рис.6 - это соответ­ствует полному (или частичному) ко­роткому замыканию контактной сети на рельсы.

 

 

                    Рис. 5.                                         Рис. 6.

 

Рис. 5. Прохождение тока при перебросе электрической дуги по коллектору тягового двигателя электровоза переменного тока

 

Рис. 6. Прохождение тока при перебросе электрической дуги с коллектора на остов тягового двигателя электровозов постоянного тока

 

Под действием кругового огня оплавляется рабочая поверхность пластин коллектора и петушков в случае переброса дуги на поверхности изолятора кронштейна щеткодержателя он разрушается. Особенно тяжелые последствия вызывает переброс дуги на нажимной конус коллектора или сердечника полюсов. Осматривая сильно «боксовавший» двигатель, часто обнаруживают почернение поверхности коллектора, капельки меди на концах его пластин и щеткодержателях, следы подгаров на поверхности миканитового конуса коллектора, на изоляторах пальцев кронштейнов щеткодержателей и изоляции катушек полюсов.

Не всегда возникшее искрение переходит в круговой огонь. При незначительном превышении допустимой частоты вращения якоря боксование может продолжаться довольно долго, не вызывая серьезных повреждений, но оно сильно влияет на режим ведения поезда. Повышение ЭДС «боксуюшего» двигателя вызывает уменьшение тока цепи, в которую он включен, что затрудняет разгон и ведение поезда. Наиболее резко падает сила тяги у электровоза постоянного тока при последовательном соединении двигателей, когда увеличение э. д. с. одного двигателя вызывает понижение тока всех остальных. При параллельном соединении тяговых

двигателей (в каждой из цепей включено два двигателя последовательно) в случае боксования одной колесной пары происходит наименьшая потеря силы тяги, поскольку уменьшается ток и вращающий момент только двух двигателей: «боксующего» и соединенного последовательно с ним.

Обнаруживают боксование по загоранию сигнальных ламп, характерному звуку, колебанию стрелки амперметра двигателей (в основном в сторону понижения тока), а иногда по незначительному колебанию стрелки вольтметра сети.

 

Предотвратить боксование значительно легче, чем прекратить его. Чтобы предотвратить боксование, применяют песок для повышения сцепления колес с рельсами, особенно при влажной и загрязненной поверхности. Подавать песок следует часто, но малыми порциями, т. е. импульсно. Длительная подача песка приводит к ухудшению условий качения колесных пар электровоза и вагонов поезда, т. е. к такому увеличению сопротивления движению, которое не может быть компенсировано увеличением силы тяги электро­воза, обусловленным восстановлением сцепления его колес с рель­сами.

Подавать песок нужно при входе в кривую и проследовании ее на прямых участках пути в сырую и снежную погоду, при из­морози, гололеде, листопаде, торфяной и угольной пыли на рель­сах, особенно при больших токах двигателей. При боковом ветре подачу песка усиливают. Когда поезд подходит к месту, где воз­можно возникновение боксования, целесообразно применить вспо­могательный локомотивный тормоз одновременно с подачей песка, чтобы очистить тормозными колодками поверхность качения банда­жей колес от масла и грязи. Давление воздуха в тормозных ци­линдрах не должно превышать в этом случае 0, 01—0, 02 МПа.

В случае возникновения боксования уменьшают ток тяговых двигателей, перемещая рукоятку контроллера машиниста с пози­ций ослабленного возбуждения (ОВ) на позиции полного воз­буждения; если боксование возникло при полном возбуждении, то соответствующим перемещением рукоятки контроллера снижают напряжение на тяговых двигателях. На большинстве современных электровозов применены соответствующие защитные схемы, в ка­кой-то мере упреждающие указанные действия машиниста и обес­печивающие автоматическую подсыпку песка под колеса (усовер­шенствованная противобоксовочная защита на электровозах ВЛ10У и многих ВЛ10). Для борьбы с начавшимся разносным боксованием можно ре­комендовать притормаживание колес вспомогательным локомотив­ным тормозом; давление воздуха в тормозных цилиндрах при этом должно быть в пределах 0, 1—0, 15 МПа. Естественно, что сильное и длительное торможение снижает силу тяги электровоза и поэтому недопустимо, возможны также юз колес, нагрев бандажей, ослаб­ление их посадки, перегрузка током двигателей, выпрямителей, пусковых резисторов.

После прекращения боксования постепенно восстанавливают прежний режим работы тяговых двигателей (повышая напряжение на них, применяя ступени ОВ).

 Электромеханические характеристики тяговых электродвигателей и тяговые характеристики электро­возов. Пуск электровоза.

Полный вращающий момент двигателя складывается из вра­щающих моментов, созданных многими парами проводников, лежащих на якоре под разнополярными главными полюсами.

 

 

Совокупность пар сил, создаваемых всеми проводниками - назы­вают вращающим моментом двигателя.

На электровозах постоянного тока применяют пересоединение тяговых двигателей и ввод (вывод) в цепь резисторов В период пуска к двигателю должно быть подведено пониженное напряжение.

Так, если к двигателю ТЛ-2К подвести сразу его рабочее напря­жение Uk= 1500 В, то ток в его обмотках будет около 1600А.

Такой ток разрушит не только тяговый двигатель, но и приведет к повреждению аппаратов электровоза (или отклю­чению тяговой подстанции).

Практически к тяговым двигателям в начале пуска подводится напряжение 18—50В (в зависимости от серии электровоза); при таком напряжении ток, вращающий момент двигателей и сила тяги локомотива достаточны для трогания с места электровоза и небольшого числа головных вагонов поезда; постепенно повышая напряжение на двигателях (переходя на более высокие позиции контроллера), машинист увеличивает силу тяги электровоза, что приводит к началу движения всего состава.

 

Различают следующие виды  мощности электровоза:

- электри­ческую мощность,

- потребляемую двигателями из сети;

 - механиче­скую мощность,

- развиваемую на валах двигателей;

- мощность на ободе колес.

Все эти виды мощности выражают в электрических единицах — киловаттах (кВт).

Мощность тягового двигателя:

Под ней понимают ту наиболь­шую работу, которую двигатель может произвести за определенный промежуток времени без повреждения его частей. Как и у любой электрической установки постоянного тока, потребляемая мощ­ность тягового двигателя определяется подведенным к нему напря­жением Uk и током I, т. е. P=UkI.

Напряжение на коллекторе (на выводных зажимах) одного двигателя при неподвижном электровозе на 1-й позиции составляет всего 18—50 В. На электровозе постоянного тока, выводя пуско­вые резисторы и переходя на последовательно-параллельное, а за­тем и параллельное соединение, доводят напряжение до 1500 В; допустимо повышение напряжения до 2000В в течение непродол­жительного времени (период рекуперации).

Дальнейшее повышение напряжения при существующей кон­струкции двигателя ограничено допустимой разностью потенциа­лов между соседними коллекторными пластинами. Для большин­ства электровозных двигателей эта величина составляет 15—21В, однако из-за неравномерности магнитного потока под главными полюсами, в котором находятся проводники обмотки якоря (раз­ная ЭДС отдельных проводников), напряжение между соседними коллекторными пластинами может фактически достигать 35В, а в отдельных случаях быть еще больше.

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: