Файл: Тищенко, А. И. Повышение эксплуатационной надежности локомотивов и эффективности локомотивного хозяйства.pdf

что упрощает его конструкцию и уменьшает массу. Чис­ ло контактов в цепях управления э.п.с. велико и каждый из них, как показано выше, может стать причиной отказа

в работе аппаратуры. Используя современные бескон­ тактные элементы — диоды, транзисторы, тиристоры и магнитные усилители — можно создать схемы управле­ ния, свободные от перечисленных недостатков.

В настоящее время разработаны и установлены на электровозах BJI8Oκ бесконтактные регуляторы напря­ жения и статические преобразователи напряжения пере­ менного тока в постоянный напряжением 50 В. На элек­

тропоездах ЭР1, ЭР2 и ЭР22, электровозах и тепловозах установлены бесконтактные элементы и регуляторы на­ пряжения.

К сожалению, пока что в цепях управления электро­ возов, тепловозов и моторвагонного подвижного состава

Ece основные переключения производятся аппаратами с контактной системой. Применение бесконтактных эле­ ментов в цепях управления локомотивов •— важное сред­ ство повышения их надежности и одна из основных за­ дач локомотивостроения.

Создание электровозов с бесколлекторными тяговы­ ми двигателями. Необходимость в таких электровозах обусловлена тем, что у тяговых двигателей постоянного тока в эксплуатации неустойчиво работает щеточно-кол­ лекторный узел. Достаточно сказать, что по сети в целом

39% внеплановых ремонтов электровозов постоянного

тока было проведено вследствие неисправности тяговых

двигателей, в том числе 70% из них из-за перекрытий по

коллектору тяговых двигателей. Работа по устранению следов перекрытий по коллектору очень трудоемка. Кро­ ме того, создание двигателей постоянного тока мощ­ ностью 900 кВт и более на ось встречает практически не­ разрешимые трудности по потенциальным условиям на коллекторе и линейной нагрузке якоря. Бесколлектор­

ные же двигатели наиболее просты в изготовлении, на­ дежны в эксплуатации и за ними требуется минималь­ ный уход по сравнению с двигателями постоянного тока.

В нашей стране созданы опытные образцы локомоти­ вов с вентильными и асинхронными двигателями. Эти

локомотивы в настоящее время проходят наладку, за­ водские и эксплуатационные испытания. Мощность бес-

коллекторных тяговых двигателей составляет 1000—

27

1200 кВт и может быть повышена до 1500 кВт, а габари­

ты и масса примерно такие же, как у тяговых двига­ телей постоянного тока мощностью 700—800 кВт. У ло­

комотивов с бесколлекторными двигателями тяговые двигатели практически не будут в эксплуатации требо­ вать ухода и ремонта.

Рассматривая вопросы создания электровозов с бес­ коллекторными тяговыми двигателями (подобные рабо­ ты проводят и на тепловозах), не лишне отметить, что наиболее перспективным и технически целесообразным является их применение на локомотивах с одномоторны­ ми тележками. Такие локомотивы получили широкое распространение во Франции, где в эксплуатации нахо­ дится значительное количество электровозов и теплово­ зов с двухосными и трехосными одномоторными тележ­

ками. Из опыта Французских национальных железных дорог следует, что локомотивы с одномоторными тележ­ ками реализуют высокие значения коэффициента сцепле­ ния (до 0,4), имеют лучшие тяговые свойства, большую

мощность. Такие локомотивы менее склонны к боксова-

нию. Все это позволяет увеличить провозную способность железных дорог, поэтому вопрос о создании таких локо­ мотивов является актуальным. В Советском Союзе уже

начаты работы по созданию электровозов и тепловозов па двухосных одномоторных тележках.

Электровозы с рекуперацией и реостатным торможе­ нием. На линиях, электрифицированных на постоянном токе 3 кВ, работают электровозы с рекуперативным тор­ можением с самого начала внедрения электрической

тяги па магистральных дорогах СССР. В последнее время

рекуперативное оборудование устанавливается на элек­ тропоездах ЭР22 и ЭР22М. Рекуперативное торможение на электровозах переменного тока начало развиваться после того, как они были оборудованы игнитронами. Была изготовлена большая партия электровозов ВЛ60;>. которые успешно работают на Дальневосточной и Вос­

точно-Сибирской дорогах.

Рекуперативное торможение на электроподвижном составе переменного тока обеспечивает торможение по­ езда практически до остановки. Опытные образцы элек­ тропоезда ЭР9 и электровоза ВЛ60кр впервые были оборудованы электрическим торможением организация­ ми Министерства путей сообщения.

28

Впоследние годы промышленность начала выпускать электровозы ВЛ80 с реостатным торможением. Сле­ дует отметить, что это первый электровоз, которому в 1973 г. присвоен Знак качества.

Вдевятой пятилетке предполагается освоить выпуск электровозов с рекуперативным торможением ВЛ801’ и

расширить оборудование устройствами рекуперации Э.П.С., находящийся в эксплуатации.

Применение тиристоров на электроподвижном соста­

ве постоянного тока. Использование тиристоров позволя­

напряжения работают на Прибалтийской и Закавказской дорогах.

При импульсном тиристорном управлении тяговыми двигателями отпадают почти все недостатки, при­

сущие системы с контактно-реостатным управлением

мость системы электроснабжения, а также потери элек­ троэнергии в пей.

Применение тиристоров позволяет также иметь авто­ матическое регулирование тока возбуждения в режиме тяги и электрического торможения на электровозах по­

стоянного и переменного тока с тяговыми двигателями независимого возбуждения. При этом за счет уменьше­ ния продолжительности боксования повышается исполь­ зование мощности локомотива на 10—15% и соответст­ венно увеличивается весовая норма поезда и провозная способность дороги.

В мелях повышения провозной способности направле­ ния Донбасс—Карпаты большая партия электровозов ВЛ60κ этого направления переоборудована на независи­ мое возбуждение тяговых двигателей. Эти электровозы

могут работать как с независимым, так и с последова­ тельным возбуждением тяговых двигателей, что исклю­ чает снижение эксплуатационной надежности в случае выхода из строя преобразователя, от которого питается

обмотка возбуждения.

Применение полупроводниковой техники на теплово­

зах. Тяговые генераторы постоянного тока на тепловозах

29

с дизелем мощностью 3000 л. с. работают в тяжелых условиях и обладают недостаточной надежностью, вслед­

ствие чего часто возникает круговой огонь на коллекторе.

Специалисты считают, что для тепловозного генератора постоянного тока произведение предельного значения мощности дизеля на частоту вращения его вала состав­

ляет около 3,6 млн. л. с. × об/мин.

Современные тепловозы уже подошли к уровню пре­ дельного использования. Передача переменно-постоян­ ного тока свободна от указанных ограничений. Синх­ ронный генератор не имеет коллектора и может быть выполнен на более высокие мощности. Преобразование переменного тока в постоянный осуществляется выпря­ мительной полупроводниковой установкой.

C 1972 г. отечественной промышленностью выпуска­ ются тепловозы 2ТЭ116 переменно-постоянного тока мощностью 2 × 3000 л. с. Тепловозы с такой же электри­ ческой передачей выпускаются в Англии (мощностью 4000 л. с.), во Франции (мощностью 3600 л. с.) и США

(мощностью 3000 л. с.).

Одновременно институты и заводы отечественной промышленности приступили к работам по созданию теп­ ловозов с передачей переменно-переменного тока, на ко­ торых будут установлены трехфазные короткозамкнутые асинхронные двигатели. В этом направлении опытные работы успешно проведены ЛИИЖТом на маневровых тепловозах. Естественно, применение на тепловозах элек­ трической передачи переменно-постоянного и переменно­ переменного тока повысит их надежность и снизит экс­ плуатационные расходы.

Повышение качества изоляции и износоустойчивости коллекторной меди и электрических щеток. Применяемая до последнего времени изоляция якорей тяговых двига­ телей изготовлялась из миканитов на основе масляно­ битумных лаков. Как известно, эти лаки не обладают высокой влагоустойчивостыо, морозоустойчивостью и яв­ ляются термопластичными; размягчение их наступает при температуре ПО—135oC. Масляно-битумным лакам

свойственна невысокая электрическая прочность, они нуждаются в длительной сушке. Пленка лака имеет не­ высокую механическую прочность. Нагревостойкость

изоляции, выполненной на основе масляно-битумных ла­

ков, соответствует классу В.

30

В последнее время для якорей тяговых двигателей в качестве покровных применяют термореактивные лаки ФЛ-98, но нагревостойкость изоляции при этом также не превышает величины, соответствующей классу В. Низкое качество изоляции вызывает большое количество пробо­ ев обмоток в эксплуатации.

Применение электрической изоляции класса Н, допу­

скающей длительную температуру, равную 180oC, при прочих равных условиях, дает возможность повысить мощность двигателей на 10—15%. Время сушки кремний-

органической изоляции на лаке К-47 значительно сокра­ щается. Электрическая прочность этого лака при темпе­ ратуре + 20oC составляет 60 кВ/мм. Однако такая изо­ ляция на кремнийорганических смолах имеет низкие органическую прочность и цементирующую способность.

Последнее свойство обычно приводит к тому, что катуш­ ки полюсов с такой изоляцией «припухают».

Большой интерес представляет изоляция для тяговых двигателей на эпоксидных смолах. Такая изоляция допу­ скает нагревостойкость класса F. Она отличается высо­ кими свойствами механической прочности и цементиру­ ющей способностью. На основе эпоксидных смол в тя­

говом электромашиностроении в порядке опыта на боль­ шом количестве двигателей применяют изоляцию типа «Монолит П». Изоляция «Монолит П» отличается хоро­ шей теплопроводностью и теплоотдачей, имеет высокую влагостойкость (что очень важно для тяговых двигате­ лей, расположенных под кузовом электровоза, куда при

незамкнутой вентиляции легко попадает влага и особен­

но снег) и вполне удовлетворительные другие эксплуа­ тационные свойства.

Применение изоляции «Монолит П» повышает проч­ ность крепления обмотки в пазовой части сердечника благодаря хорошей адгезии к металлам. Высокие физи­ ко-технические свойства изоляции позволяют уменьшить

толщину корпусной изоляции без снижения ее электри­

ческой прочности, что приводит к снижению расхода изо­

ляционных материалов, упрощению технологии изготов­ ления якоря, а главное при этом можно вписать в задан­

ный габарит большую мощность благодаря увеличению

сечения меди обмотки якоря. Двигатели с такой изоля­ цией имеют срок службы, в 1,5—2 раза больший, чем с обычной изоляцией. При этом отпадают затраты на

31

смену микалептной изоляции, стоимость которой состав­ ляет в среднем 55—75% первоначальной стоимости тягового двигателя. Следовательно, в случае применения монолитной изоляции и при условии продолжительности службы двигателя без ремонта не менее 20 лет можно ожидать, что экономия денежных средств достигнет

миллионов рублей.

Внастоящее время новая изоляция «Монолит П» применяется для катушек главных полюсов тяговых

двигателей НБ-418К6 и НБ-407Б соответственно электро­

возов BJ180κ, ВЛ80т и ВЛ82М. Для катушек дополнитель­ ных полюсов в двигателе НБ-418К6 использована изоля­ ция класса Н, а в двигателе НБ-412К — изоляция класса Б. В компенсационной обмотке всех двигателей, как и в обмотке самих якорей, используют изоляцию класса В.

Втяговых электродвигателях сравнительно неболь­ шой мощности, предназначенных для электропоездов и

тепловозов некоторых серий, изоляция «Монолит П»

используется также в обмотках якорей.

Тяговые двигатели с беспазовым якорем. Обеспече­ ние надежной работы электровозов и их технико-эконо­ мических показателей, как было показано выше, в

немалой степени зависит от надежности тяговых элект­

родвигателей.

Повышение мощности электровозов привело к повы­ шению тепловой и механической напряженности узлов

тяговых двигателей и в значительной степени осложни­

ло их коммутацию: реактивная э. д. с. возросла на

15—35%. Применение компенсационной обмотки у двига­ телей НБ-418К6 в 2—2,5 раза снизило перебросы по

коллектору, но усложнило их конструкцию. По данным Восточно-Сибирской и Приволжской дорог, электриче­ ские перебросы по коллектору двигателей НБ-418К6 со­ ставляют на этих дорогах 21 и 41,5%, а всевозможные повреждения компенсационной обмотки — 45 и 25% общего количества повреждений по тяговым двигателям.

Радикальной мерой снижения реактивной э. д. с. в 2,5—3 раза является применение в тяговом двигателе беспазового якоря. Как показали исследования, прове­ денные в ВЭлНИИ, при беспазовых якорях обеспечива­ ется значительное уменьшение потоков рассеяния коммутируемых секций, их индуктивности и резко улуч­ шается коммутация как на постоянном, так и на пульси­

32