13.9.Устройство и основные узлы

Рудничные локомотивы включают механическое и электриче­ское оборудование. К механическому оборудованию относят раму с буферами и сцепками, ходовую часть, рессорные под­вески, тормозную систему, песочную систему, пневмооборудование, а к электрическому — тяговые двигатели, источники пи­тания и пускорегулирующую аппаратуру.

Рассмотрим подробнее устройство и основные узлы руднич­ных электровозов. Механическое оборудование контактных и аккумуляторных электровозов принципиально одинаково, от­личие заключается в источнике питания и способе подвода энергии.

Рама электровоза является основной несущей частью, на которой монтируется все его оборудование, и представляет со­бой жесткую конструкцию, состоящую из стальных боковин и промежуточных стенок. Раму оборудуют стальными литыми буферами и сцепными устройствами со штыревой сцепкой или автосцепкой, управление которой производится дистанционно машинистом из кабины электровоза. Масса рамы составляет примерно 40 % общей массы электровоза.

Кабина машиниста на раме расположена либо с краю, либо в центральной ее части. Неко­торые конструкции электровозов имеют две кабины, располо­женные по краям рамы.

Х одовая часть электровоза включает в себя колесные пары и буксы, на которые опирается рама через амортизирующую рессорную подвеску. Колесная пара (рис. 13.21, а) включает в себя ось 1, на концах которой жестко закреплены два колес­ных центра 5 с бандажами 4, напрессованными на колесные центры в горячем состоянии. На оси 1 горячей посадкой закреплено зубчатое колесо 3 двухступенчатого цилиндрического или цилиндроконического редуктора с фланцевым креплением к электродвигателю. На оси также смонтированы два подшип­ника 2, на которых поворачивается корпус редуктора 6 (рис. 13.21, б) вместе с электродвигателем 7, эластично подвешенным на амортизаторах 8 к балке 9 рамы электро­воза.

Рис. 13.21. Колесная пара (а) и подвеска (б) тягового электродвигателя элек­тровоза К14

Рессорная подвеска электровоза обеспечивает смягчение ударов при прохождении по стыкам рельсов и стрелочным пе­реводам, а также равномерное распределение веса электровоза на колесные пары. Применяют две системы рессорного подве­шивания: индивидуальную и балансирную. При индивидуаль­ной системе подвески рама опирается на каждую буксу через индивидуальную рессору. Четыре рессоры, не связанные между собой, работают самостоятельно. При балансирной под­веске отдельные рессоры объединены между собой продоль­ными балансирами, благодаря чему происходит равномерное распределение веса на все колеса электровоза.

Для подвески используют листовые, резиновые и спираль­ные рессоры. Листовые рессоры имеют хорошую демпфирую­щую способность, но обладают значительным начальным со­противлением трению. Резиновые рессоры наряду с хорошей демпфирующей способностью просты по конструкции, но имеют относительно небольшую осадку. Спиральные рессоры имеют нулевое начальное сопротивление, технологичны в из­готовлении и долговечны, но не лишены недостатка — легко входят в резонанс ввиду отсутствия демпфирования колебаний. Для гашения колебаний в систему рессорной подвески уста­навливают демпферы. На рис. 13.22, а показана балансирная подвеска рамы электровоза К10 с цилиндрическими пружи­нами, а на рис. 13.22, б — электровоза K14 с листовыми рес­сорами.

Э лектровозы имеют две системы торможения: электриче­скую и механическую. Основным видом рабочего торможения является электрическое реостатное. Для экстренного торможения и полной остановки используют механические средства торможения.

Рис. 13.22. Подвеска рамы:

а — электровоза К10; б — электровоза К14: 1 — опоры; 2 и 3 — наружные и внутренние цилиндрические пружины; 4 — система внутренних подвесок; 5 — думпфер; 6 — продольный балансир; 7 – система наружных подвесок; пластинчатая рессора

Р ис. 13.23. Тормозная система электровоза К14

Механическая тормозная система включает колодочный тормоз с ручным, пневматическим или гидравлическим при­водом и дополнительный рельсовый электромагнитный тормоз, который устанавливают только на новых тяжелых электро­возах.

Колодки механической тормозной системы располагают внутри или снаружи колес в зависимости от расположения на раме кабины машиниста. На рис. 13.22 показана тормозная система электровоза К14. Колодки 1 тормозной системы через рычажную систему 2 приводятся пневмоцилиндрами 3, закрепленными на раме электровоза. Одной парой колодок (в боль­шинстве электровозов обеими парами) управляют также вручную от штурвала 4 через винтовую пару и цепь 5. Ручное управление тормозными колодками используют только для за­тормаживания электровоза на стоянках.

Рельсовый тормоз представляет собой подвешенный к раме электромагнит постоянного тока с башмаком, который при воз­буждении катушки тормоза преодолевает сопротивление пру­жин подвески и прижимается к головке рельсов. Рельсовые тормоза используют при экстренном торможении.

Песочная система состоит из четырех бункеров для песка, расположенных с внешней стороны колес электровоза. Песоч­ницы включаются попарно в зависимости от направления дви­жения электровоза. Песок на головки рельсов под колеса электровоза подается при открывании бункеров (на электровозах со сцепным весом до 100 кН) или принудительно с по­мощью инжекции (на электровозах со сцепным весом 100 кН и более, оборудованных пневмосистемой).

Современные электровозы со сцепным весом 100 кН и бо­лее оборудованы пневмосистемой, которая кроме обеспечения надежного механического торможения и подачи песка под ко­леса, питает пневмосигнал и пневмоцилиндр опускания токоприемника. Источником сжатого воздуха на электровозе явля­ется компрессорная установка, приводимая электродвигателем постоянного тока.

Пневматическая и электрическая цепи сблокированы с две­рями кабины электровоза, благодаря чему при открывании дверей автоматически отключается питание тяговых электро­двигателей и включается пневмопривод тормозной системы.

Для контроля скорости движения и регистрации пройден­ного пути электровозы оборудуют скоростемерами и счетчи­ками, которые суммируют пройденный путь независимо от на­правления движения электровоза.

К механическому оборудованию у аккумуляторных элект­ровозов относятся также батарейные ящики и устройства для их перекатывания. Батарейные ящики выполняют сварными из стальных листов. Устройство для перекатывания батарей­ный ящиков состоит из ряда роликов, установленных на раме аккумуляторного электровоза.

Электрическое оборудование электровоза включает: тяго­вые двигатели, контроллеры, пусковые реостаты, аппаратуру защиты и освещения. Контактные электровозы оснащены токо­приемниками, а аккумуляторные — тяговыми аккумуляторными батареями и штепсельными соединениями.

На рудничных электровозах установлены двигатели посто­янного тока с последовательным возбуждением. По сравне­нию с двигателями параллельного возбуждения они обладают такими преимуществами, как большие пусковой момент и пе­регрузочная способность, автоматическое регулирование ско­рости в зависимости от нагрузки, меньшая чувствительность к колебаниям напряжения питающей сети.

Свойства тягового двигателя характеризуются электроме­ханической характеристикой (рис. 13.24), которая показывает зависимость силы тяги F (кН), развиваемой двигателем, ско­рости v (км/ч) и к. п. д. η от тока двигателя I (А). При этом характеристику вращающего момента на валу двигателя за­меняют силой тяги на ободе ведущих колес, а частоту враще­ния; вала двигателя — скоростью движения электровоза.

Номинальным режимом работы тяговых двигателей счи­тают часовой режим, при котором допускаемая температура обмоток двигателя достигается черев 1 ч его работы. В харак­теристике двигателя указывается часовая Сила тяги F_чac, ча­совая скорость v_чac часовой ток I_час. Длительному режиму соответствует такой ток I_дл, при котором допускаемая темпе­ратура обмоток достигается за неограниченно длительное время.

Отношение I_дл/I_час есть коэффициент вентиляции, величина которого зависит от способа охлаждения двигателя. Для дви­гателей закрытого типа, которые используются на отечествен­ных электровозах, коэффициент вентиляции составляет 0,4— 0,45.

Рис. 13.24. Электромеханическая характеристика тягового двигателя электровоза К10.

Пуск, регулирование скорости, остановку, реверсирование и электрическое реостатное торможение осуществляют конт­роллером кулачкового типа. Пусковые сопротивления состоят из отдельных элементов, изготовленных из сплавов с большим удельным сопротивлением, например фехраля.

Электрические схемы электровозов в первую половину пуска позволяют тяговые электродвигатели соединять после­довательно, а во вторую половину пуска — параллельно. Такой двухступенчатый или последовательно-параллельный пуск обеспечивает экономию энергии, а также две экономичные скорости электровоза в зависимости от работы двигателей при их последовательном или параллельном соединении в про­цессе движения электровоза.

Управление тяговыми двигателями электровоза может осу­ществляться по реостатной и безреостатной схемам.

Применяемая на устаревших типах электровозов реостат­ная схема наиболее простая, но она обладает такими существенными недостатками, как большие потери (до 25—30 %) электроэнергии в пусковых реостатах, скачкообразное и рез­кое изменение тока и тягового усилия при переходе с одной позиции контроллера на другую и вследствие этого недоис­пользование сцепного веса электровоза в период пуска. Осо­бенно ощутима неэкономичность реостатной схемы в аккуму­ляторных электровозах ввиду ограниченной энергоемкости ак­кумуляторных батарей.

Безреостатные системы управления выполняют путем сек­ционирования аккумуляторной батареи и ослабления магнит­ного потока главных полюсов электродвигателей или исполь­зования тиристорно-импульсных преобразователей.

При безреостатной схеме секционирование построено на принципе параллельного или последовательного включения равного числа элементов аккумуляторной батареи. Соответ­ствующей комбинацией включения секций аккумуляторной ба­тареи и тяговых электродвигателей возможно получение напряжения на электродвигателях 25, 50 и 100 % номиналь­ного. Такая безреостатная схема управления тяговыми элект­родвигателями позволяет уменьшить потери энергии, однако, как и при реостатной схеме, при этом недоиспользуется сила сцепления колес электровоза с рельсами в период пуска.

Безреостатная схема управления тяговыми двигателями путем использования тиристорно-импульсных преобразовате­лей коренным образом улучшает эксплуатационные качества электровозов и по сравнению с другими схемами управления обладает такими существенными преимуществами, как плавный пуск и регулирование скорости без потерь; повышение пускового тягового усилия, которое ограничивается только предельным значением коэффициента сцепления колес элект­ровоза с рельсами; повышение надежности электрооборудова­ния за счет устранения контактной коммутационной и пускорегулирующей аппаратуры и др.

Для приема тока от контактного провода сложат дуговые токоприемники с алюминиевыми контактными вставками, уменьшающими износ контактного провода. С целью уменьше­ния искрообразования применяют токоприемники с двумя ду­гами, благодаря чему в случае нарушения взаимодействия между одной из дуг с контактным проводом ток идет по дру­гой дуге и, таким образом, исключается полный разрыв электрической цепи.

Для питания тяговых двигателей аккумуляторных электро­возов используют главным образом щелочные железоникелевые аккумуляторные батареи, которые обладают рядом пре­имуществ по сравнению с кислотными свинцовыми батареями: больший срок службы, примерно в 2—2,5 раза; большие ме­ханическая прочность и выносливость; простота и безопасность эксплуатации. Недостатком щелочных аккумуляторных батарей является меньшее разрядное напряжение и меньшая, примерно в 1,5 — 2 раза, удельная энергоемкость, и поэтому при прочих равных условиях габариты щелочных батарей больше кислотных.

Аккумуляторные элементы, соединенные между собой по­следовательно, располагают в батарейном ящике с внутрен­ним изоляционным покрытием и присоединяют к электриче­ской цепи электровоза штепсельным разъемом во взрывобезопасном исполнении. Батарейные ящики в исполнении РП имеют вентиляционные отверстия, а в исполнении РВ оборудованы специальными катализаторами, которые предназначены для окисления водорода, непрерывно выделяющегося при работе аккумуляторов.

Основным электрическим параметром батареи является ее емкость в ампер-часах. Для рудничных электровозов выпуска­ются аккумуляторы типов ТЖН и ТНЖШ различной емкости (тяговая, железоникелевая или, по новому ГОСТу, тяговая, никель - железная, шахтная). Типажом предусмотрен ряд ем­костей батарей: 250, 300, 450, 500, 550 и 650 А·ч. Батареи обозначают шифром, например 126ТЖН450 или 96ТНЖШ-500П-У5, в котором первые цифры — число аккумуляторных элементов в батарее, буквы — тип элементов, последующие цифры — емкость батареи в ампер-часах, П — пластмассовый бак элемента, У — климатическое исполнение, цифра 5 — ка­тегория размещения. Для рудничных электровозов исполнение У категории 5 означает, что батарея пригодна для работы при температуре окружающей среды от —20 до + 45 °С.

Достоинства дизелевозов — автономность, обеспечение взрывобезопасности и отсутствие аккумуляторного хозяйства; не­достатки— загрязнение рудничной атмосферы продуктами сгорания дизельного топлива, необходимость дополнительной подачи большого количества воздуха для разжижения до до­пустимой нормы выхлопных газов.

Гировозы (рис. 13.25) приводятся в движение энергией, ак­кумулированной вращающимся маховиком, установленным на локомотиве. Раскручивание маховика 1 осуществляется через зубчатую передачу от пневмодвигателя 2, подключаемого пе­риодически к пневмосети, проложенной вдоль откаточной вы­работки. Передача энергии от вращающегося маховика к колесным парам осуществляется через многоступенчатую понижающую зубчатую и цепные передачи.

Подключение маховика во время зарядки, при движении локомотива и отключение на стоянках осуществляется конус­ной муфтой от рукоятки управления 3. Включение на режим зарядки или движения производится двумя зубчатыми муфтами, а реверсирование движения локомотива — двумя многодиско­выми фрикционными муфтами.

Достоинство гировозов — полная взрывобезопасность, не­достаток — малый пробег с одной подзарядки.

Воздуховозы приводятся в движение сжатым воздухом, по­даваемым из установленных на локомотиве баллонов к пневмодвигателям привода колесных пар. Баллоны в течение смены заряжают на зарядных постах, питаемых от компрес­сорной станции. Возможно использование съемных баллонов.

Д остоинством воздуховозов является их полная взрывобезопасность, их недостатки — низкий к.п.д., большой расход воздуха и высокие эксплуатационные затраты, вследствие чего они не получили широкого применения в горной промышлен­ности.

Рис. 13.25. Гировоз.