Дипломная работа — Исследование электрического оборудования и тяговые расчеты электровоза ЧС2Т

Введение в исследование и его актуальность

Развитие электрической тяги является одним из столпов железнодорожного транспорта, и, несмотря на появление новых технологий, система постоянного тока сохраняет свою значимость и широкое применение. В этом контексте глубокое изучение конкретных моделей локомотивов представляет не только исторический, но и практический интерес. Ярким представителем надежной и эффективной техники, созданной для железных дорог СССР, является пассажирский электровоз постоянного тока ЧС2Т. Разработанный и построенный на чехословацком заводе Škoda Works, этот локомотив на протяжении десятилетий был основой пассажирского движения на ключевых магистралях, в частности на линии Москва – Ленинград.

Целью данной дипломной работы является комплексный анализ электрического оборудования электровоза ЧС2Т и установление прямой взаимосвязи между его конструктивными особенностями и практическими тяговыми характеристиками. Мы последовательно рассмотрим паспортные данные локомотива, его силовые и вспомогательные цепи, тяговые двигатели и, наконец, применим эти знания для выполнения тяговых расчетов, доказывая, как технические параметры определяют эксплуатационные возможности.

Общие технические характеристики и конструктивные особенности электровоза ЧС2Т

Электровоз ЧС2Т — это односекционный шестиосный пассажирский локомотив постоянного тока, который производился на заводе Škoda Works в Пльзене. Опытная партия была выпущена в 1972 году, а серийное производство продолжалось с 1974 по 1976 год, в результате чего было построено 120 единиц, поступивших на Октябрьскую железную дорогу. Локомотив имеет эксплуатационную массу около 126-128 тонн и рассчитан на конструкционную скорость 160 км/ч, что позволяло ему обслуживать скоростные маршруты своего времени.

Несмотря на схожее с ЧС2 название, конструктивно ЧС2Т является совершенно другой машиной, в которой были применены проверенные решения от других моделей. Так, кузов был унифицирован с электровозом переменного тока ЧС4Т, а тележки были взяты от более ранней модели ЧС2. Такое сочетание позволило создать локомотив, адаптированный к высоким скоростям и требованиям пассажирских перевозок. Ключевой особенностью, отраженной в индексе «Т», стало применение реостатного тормоза, который значительно повышал эффективность торможения и снижал износ тормозных колодок.

Устройство и принцип действия силового и вспомогательного оборудования

Электрическая схема электровоза ЧС2Т спроектирована для обеспечения надежной тяги и управления. Основу силового оборудования составляют тяговые двигатели, контроллеры для управления ими, пусковые реостаты для ограничения тока при разгоне и комплекс аппаратуры защиты.

Особое внимание в конструкции уделено системе охлаждения. Два мощных аксиальных вентилятора обеспечивают принудительный обдув тяговых двигателей. Воздух для этого забирается из верхней части кузова через специальные жалюзи с фильтрами, что предотвращает попадание пыли и влаги в дорогостоящее оборудование. Такая система критически важна для поддержания рабочих температур ТЭД при длительных высоких нагрузках.

Центральным нововведением стал реостатный тормоз мощностью до 4400 кВт. В режиме торможения якоря тяговых двигателей отключаются от контактной сети и работают как генераторы, замыкаясь на мощные тормозные резисторы, где электрическая энергия преобразуется в тепло. При этом обмотки возбуждения получают питание от импульсного преобразователя или, в начальный момент, от аккумуляторной батареи, что делает торможение независимым от наличия напряжения в контактной сети. Это не только повышает безопасность, но и обеспечивает плавное и эффективное замедление состава на высоких скоростях.

Анализ тяговых электродвигателей AL-4846dT и системы управления тягой

«Сердцем» электровоза являются шесть тяговых электродвигателей (ТЭД) постоянного тока последовательного возбуждения типа AL-4846dT. Этот тип двигателей традиционно ценится за высокий пусковой момент и способность к автоматическому регулированию скорости, что идеально подходит для локомотивной тяги. В них была улучшена конструкция якоря и полюсов для более эффективной теплопередачи.

Суммарные тяговые характеристики локомотива впечатляют для своего времени и являются основой для всех расчетов:

• Часовой режим: суммарная мощность 4620 кВт (6 x 770 кВт), сила тяги 190 кН при скорости 86,4 км/ч.
• Длительный режим: суммарная мощность 4080 кВт (6 x 680 кВт), сила тяги 159 кН при скорости 91,5 км/ч.

Управление тягой осуществляется машинистом с помощью контроллера, который имеет штурвальное управление. Контроллер позволяет соединять тяговые двигатели в три группы (последовательно, последовательно-параллельно и параллельно) и регулировать ток через пусковые реостаты. Для более тонкой настройки скорости на каждой из группировок предусмотрено несколько ступеней ослабления возбуждения (поля), что позволяет поддерживать высокую скорость движения после разгона.

Теоретические основы выполнения тяговых расчетов

Тяговые расчеты представляют собой прикладной раздел науки о тяге поездов. Их основная цель — решить комплекс инженерных задач, обеспечивающих эффективную и безопасную эксплуатацию локомотивов. Эти расчеты критически важны на всех этапах: от проектирования железнодорожных линий до составления графиков движения поездов.

Ключевые задачи, решаемые с помощью тяговых расчетов, включают:

1. Определение максимальной массы состава, которую локомотив способен вести на заданном участке.
2. Расчет времени хода поезда по перегонам.
3. Определение скорости движения на каждом элементе профиля пути.
4. Расчет расхода электроэнергии на тягу.

В основе расчетов лежит уравнение равновесия сил, действующих на поезд. С одной стороны, это сила тяги локомотива, которая является движущей силой. С другой — силы сопротивления движению. Эти силы включают основное сопротивление (трение, аэродинамическое сопротивление) и дополнительные сопротивления, возникающие на уклонах и в кривых участках пути.

Выполнение тяговых расчетов для определения весовой нормы и параметров движения поезда

Практическое применение технических характеристик локомотива наиболее ярко демонстрируется при решении задачи по определению весовой нормы поезда. Поставим конкретную задачу: рассчитать максимальную массу состава, который электровоз ЧС2Т может вести по заданному расчетному подъему с постоянной скоростью в длительном режиме.

Процесс расчета выполняется пошагово:

1. Определение касательной силы тяги. Из паспортных данных мы знаем, что сила тяги электровоза ЧС2Т в длительном режиме составляет 159 кН. Это максимальное усилие, которое локомотив может развивать неограниченное время без перегрева двигателей.
2. Расчет сопротивления движению. Сначала рассчитывается удельное сопротивление движению самого локомотива (массой 126 т) на данном уклоне по стандартным формулам. Затем эта сила вычитается из общей силы тяги. Оставшееся тяговое усилие — это та часть, которая может быть потрачена на ведение состава.
3. Определение массы состава. Зная оставшуюся силу тяги, мы рассчитываем удельное сопротивление для вагонов (которое зависит от их типа и нагрузки на ось) на том же уклоне. Разделив оставшуюся силу тяги на удельное сопротивление вагонов, мы получаем искомую максимальную массу состава в тоннах.
4. Анализ и проверка. После определения массы необходимо провести проверочные расчеты, например, убедиться, что сила тяги не превышает предел по сцеплению колес с рельсами, и проверить нагрев тяговых двигателей на всем участке. Также рассчитывается время хода поезда по перегону с учетом полученной массы и скоростей на разных участках профиля.

Этот пример наглядно показывает, как абстрактные паспортные данные (сила тяги в килоньютонах) напрямую трансформируются в ключевой эксплуатационный показатель — количество вагонов, которое может увезти локомотив.

Заключение

В ходе выполнения данной работы был проведен всесторонний анализ пассажирского электровоза ЧС2Т. Мы рассмотрели его конструктивные особенности, детально изучили характеристики силового оборудования и центральных его элементов — тяговых электродвигателей AL-4846dT. Были описаны теоретические основы тяговых расчетов, которые служат методологическим фундаментом для инженеров-эксплуатационников.

Кульминацией исследования стала демонстрация практического применения полученных знаний, где на конкретном примере был показан алгоритм определения весовой нормы состава. Таким образом, была наглядно продемонстрирована и доказана неразрывная связь между техническими параметрами локомотива, такими как мощность и сила тяги, и его реальными эксплуатационными возможностями. Цель дипломной работы — комплексный анализ оборудования ЧС2Т и его влияния на тяговые характеристики — можно считать полностью достигнутой.

Список источников информации

1. Пассажирский электровоз ЧС2Т. Под общей ред. А.Л. Лисицына. М.: «Транспорт», 1979, с. 288. Лисицын А.Л., Никитин А.С., Моховиков Д.И. и др.
2. Раков В.А. Локомотивы и моторвагонный подвижной состав железных дорог Советского Союза (1976-1985 гг.). – М.: Транспорт, 1990.-238 с.
3. Машинисту об электровозах ЧС 6, ЧС 200. Система ремонта и технического обслуживания / Н. В. Савичев, Д. В. Федоров. — СПб. : УПЦ-3 Окт. ж. д., 2005. — 210 с.
4. Розенфельд В. Е., Исаев И. П., Сидоров Н.Н. Теория электрической тяги: Учебник для вузов ж.-д. транспорта.- М.: Транспорт, 1983.-328 с.
5. Правила тяговых расчетов для поездной работы. М.: Транспорт, 1985, 286 с.
6. Осипов С. И. Основы тяги поездов / С.И Осипов, С.С. Осипов.- М.: УМК МПС России, 2000.-592 с.
7. Электрические железные дороги / под ред. А.В, Плакса, В.Н. Пупынина.- М.: Транспорт, 1983.-280 с.
8. Изварин М.Ю., Корнев А.С., Плакс А.В. Тяговый расчет и определение расхода электрической энергии на тягу поезда. Методические указания к курсовой работе. ПГУПС, 2010. – 42 с.
9. Планирование в предприятиях железнодорожного транспорта. Под ред. Ю.Д.Петрова. М.: Транспорт, 1989.
10. Номенклатура расходов по основной деятельности железных дорог. МПС. М: Транспорт, 1986.
11. Планирование и хозрасчет в производственных предприятиях железных дорог. Г.Н.Гукова. М: ВЗИИТ, 1993
12. Правила пожарной безопасности на железнодорожном транспорте. М.: Транспорт, 1997, 162 с.
13. Общие технические требования к противопожарной защите тягового подвижного состава. – М.: Транспорт, 1995. – 22 с.
14. Тушение пожаров в электроустановках. Б. И. Кашолкин , Е. А. Мешалкин – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 112с., ил. – (Библиотека электромонтера; Вып. 571)
15. ГОСТ 12.2.056–81 ССБТ. Электровозы и тепловозы колеи 1520 мм. Требования безопасности. – Изменение № 2. – Введ. 01.01.89. – М.: Изд-во стандартов, 1988. – 38 с.