Тепловози

Локомотив, на якому встановлений дизель для отримання тягових сил, називається тепловозом.Дизель перетворює теплову енергію від згоряння палива в механічну енергію обертання колінчатого валу. Однак дизель погано пристосований до змінних режимів роботи. Для того, щоб забезпечити можливість його роботи при постійній частоті обертання колінчатого валу з рухомими колесними парами тепловоза застосовують спеціальний пристрій, що називається передачею.

На сучасних тепловозах застосовують електричну або гідравлічну передачу.

При електричній передачі (Рис. 4, а) механічна енергія обертання колінчатого вала дизеля передається тяговому генератору, який перетворює її в електричну. Електрична енергія тягового генератора надходить до тягових електричних двигунів, які перетворюють її в енергію обертання колесних пар.

На тепловозах з гідравлічною передачею (мал. 4, б) енергія дизеля витрачається на привід гідравлічного центробіжного насоса, який подає в гідросистему енергію рідини, що циркулює по замкненому контуру. Надходячи на лопатки гідравлічної турбіни, рідина обертає її, а разом з нею через карданні вали і осьові редуктори – колісні пари тепловоза.

а) б)

Електромеханічна передача Гідравлічна передача

Рисунок 4 Схема передачі енергії від дизеля до колісних пар:

а) електричної: 1 – дизель, 2 – генератор, 3 – тяговий електродвигун, 4 – колесо-моторний блок; б) гідравлічної: 1 – дизель, 2 – насосне колесо, 3 – турбінне колесо, 4 – колесо-редукторний блок.

Потужність двигуна внутрішнього згорання пропорційна частоті обертання його колінчатого вала.

Тепловозна тяга характеризується наступними технічно-економічними показниками: ККД тепловозів 24 – 26 %, автономність, високе пристосування до змінного режиму праці.

В якості локомотивів на гірничих підприємствах використовуюся односекційні тепловози ТЕМ1, ТЕМ2, двосекційні магістральні тепловози ТЕ3, ТЕ7, ТГ5. В найменуванні серійних тепловозів літери означають: Т — тепловоз, Е — електрична передача, Г — гідравлічна передача, П — пасажирський, М — маневровий.

Механічна частина локомотивів

Механічне обладнання акумуляторних і контактних електровозів та тепловозів принципово однакове. До нього відноситься : рама з кабіною, кузов з опорами, візки з колісними парами, ресорні підвіски, букси, зубчаті передачі й підвіска тягових двигунів.

Рама локомотива є основною несучою частиною. Вона являє собою жорстку зварну конструкцію. Кузов служить для розміщення у ньому кабіни і усього електричного, пневматичного та гальмівного обладнання. Кузов локомотива опирається на окремі візки які складаються з колісних пар.

Візок локомотива складається із рами, колісних пар з буксами, ресорних підвісок і гальмівної системи. Крім того, між боковими рамами візка на кожній осі розміщений тяговий електродвигун з редуктором, який приводить вісь колісної пари в обертання. Рами візків призначені для передачі і розподілення вертикального навантаження від кузова на візок, тягового або гальмівного зусилля. Поєднання колісних пар у візки дозволяє більш рівномірно розподілити навантаження між колісними парами, і створити ресорне підвішування більш гнучким.

Колісні пари локомотивного транспорту являють собою спеціальну конструкціє, в якій колісні центри жорстко закріплені на осі колісної пари, і обертаються разом з нею (Рис. 6). Колісні пари зв’язані з рамами візків локомотива або вагона за допомогою букси.

Букса (Рис.7) призначена для передачі вертикальних зусиль (Р) від корпусу локомотива на вісь колісної пари, та динамічних зусиль від вісі колісної пари на раму візка при проходженні рухомого складу по нерівностям шляху, а також передачі подовжніх зусиль під час набору швидкості або гальмування. Тобто, букса є проміжною частиною між рамою візка і віссю колісної пари. Букса являє собою надзвичайно відповідальний вузол локомотивного транспорту, і потребує до себе особливої уваги і постійного контролю температурного режиму та наявності змащувального матеріалу. Вихід з ладу букси є причиною багатьох аварій на локомотивному транспорті.

Рисунок 6 Колісна пара локомотивного транспорту

1 - місце встановлення букcи; 2 – реборда колеса; 3 – вісь колісної пари; 4 – зубчате колесо; 5 – колісний центр; 6 – бандаж

Рисунок 7. Букса колісної пари

Р – осьове навантаження маси локомотива (вагона) на консоль осі колісної пари. 1 – корпус букси; 2 – вісь колісної пари ; 3 – вузол кріплення з візком локомотива 4,5 – обойми опорних підшипників; 6 – опорні підшипники; 7 – кришка букси ; 8 –посадочне місце з’єднання з колісною парою.

Пісочна система

Пісочна система локомотивного транспорту служить для підсипання під колісні пари мілкозернистого, фільтрованого піску для кращого зчеплення та гальмування коліс з рейками в момент початку руху, під час зволоження, обледеніння рейок, та на підйомній частині рейкового шляху. Вона складається з ємності з піском, патрубка для підсипки піску під колеса, та пристроїв керування

Пневмочастина

Пневмочастина служить для створення стислого повітря компресорною установкою, яка нагнітає повітря в резервуар-акумулятор і живлячу магістраль.

Пневмочастина електровоза складається із систем:

- гальмівної, що служить для пневматичного гальмування локомотива і потягу;

- управління, яке постачає стиснутим повітрям прилади управління із пневматичним приводом.

Гальмівна система локомотива

Гальмівна система локомотива одна із самих головних частин локомотивного транспорту. Вона складається із системи гальмівних пристроїв прямодіючих і автоматичних гальм. Пневматичне гальмування - управління гальмами прямої дії здійснюється краном: стисле повітря із живлячої мережі направляється безпосередньо в робочий циліндр виконавчого силового механізму , який притискує гальмівні колодки до бандажу колесної пари, здійснючи її гальмування способом тертя. Дія автоматичного гальма поширюється на весь потяг. Гальмування здійснює машиніст, краном підвищення тиску повітря в гальмівній магістралі. Окрім того , в локомотивах обов’язково є електродинамічне гальмування , включення якого миттєво переводить режим роботи приводного двигуна в генераторний режим , що призводить до обертання колес в реверсивному (зворотньому) напрямку. Електромагнітне гальмування здійснюється потужними електромагнітами, які за рахунок різних полюсів притягуються до рейки.

Електрична частина контактних електровозів

Електричне обладнання контактного електровоза включає в себе тягові двигуни, електродвигуни компресора і вентилятора, систему електромагнітного гальмування, апаратуру управління, освітлювальну апаратуру, струмозйомники.

В контактних електровозах застосовують одинарні , або дубльовані струмозйомники (Рис.8), для запобігання іскроутворення на контактному проводі

а) б)

Рисунок 8. Струмозйомники контактних електровозів . а) подвійний струмозйомник; б) одинарний струмозйомник

В якості тягових двигунів, в контактних електровозах застосовують двигуни постійного струму які викликають менші коливання струму при зміні сили тяги, мають більший пусковий момент, менш чутливі до коливання напруги в мережах живлення.

Комплекс відкатки контактними електровозами (Рис.9) складається з електровоза, вагонеток, рейкового шляху, тягової підстанції, контактної мережі. Застосовуються дві схеми електропостачання тягової сітки: централізована – тягова сітка живиться від підстанції, розміщеної в білястволовому дворі; децентралізована – тягова сітка розбита на ділянки, кожна з яких живиться від окремої підстанції. Централізовану систему живлення використовують при невеликій довжині відкатки, децентралізовану – при великій, що знижує падіння напруги в тяговій сітки та підвищує надійність роботи електровозної відкатки.

Рисунок 9. Принципова схема електровозної відкатки контактного електровоза:

1 - електровоз; 2 - вагонетки; 3 - тягова підстанція; 4 - рейковий шлях; 5 - контактна мережа.

Електрична частина акумуляторних електровозів

Електрична частина акумуляторних електровозів складається з електричних машин постійного струму, електричної апаратури та апаратури управління, допоміжних апаратів, акумуляторної батареї, які об’єднані в силову схему і схему управління.

Тягові батареї складаються з ряду послідовно з’єднаних акумуляторів, розміщених у батарейному ящику. Акумулятор — це оборотний гальванічний елемент для накопичення електричної енергії, яку використовують в міру потреби для зовнішніх споживачів (Рис 10 )

Рисунок 10. Акумуляторна тягова батарея акумуляторного електровоза.

1 – корпус; 2 – послідовно з’єднані акумулятори.

В акумуляторних електровозах застосовують лугові залізо-нікелеві акумулятори, які у порівнянні з кислотними свинцевими мають більшу міцність, не виходять з ладу при коротких замиканнях, можуть зберігатись у розрядженому стані, мають велику ємність та час служби

Комплекс відкатки акумуляторними електровозами складається з рухомого потягу, рейкового шляху, зарядної підстанції, електровозного гаражу.

5. Вагони і вагонетки

Вагон- одиниця рухомого складу, якою перевозять вантажі та пасажирів по рейкових коліях. Розрізняють вагони пасажирські і вантажні (думпкари, напіввагони, платформи, цистерни тощо); для широкої й вузької колії; несамохідні й самохідні. Основні параметри, що характеризують вагон: вантажопідйомність, власна маса вагону (тара), осьове навантаження, навантаження на 1 м дороги.

Вагонетка - відкритий вагон малої місткості (0,5—6 м³) для перевезення вантажів, який переміщується по вузькоколійних залізничних коліях. Вантажна вагонетка складається з кузова, рами, скатів, буферів та зчіпних пристроїв.

Розрізняють вагонетки:

- з глухим неперекидним кузовом;

- з глухим перекидним кузовом;

- з відкидним дном;

- з відкидним бортом.

6. Рейкова колія

Рейкова колія – сукупність елементів , які забезпечують переміщення по них вагонеток і рухомого складу по горизонтальних і похилих виробках, а також на поверхні шахт і кар’єрів.

Основний параметр – ширина колії (Sp). Для залізниць відстань між внутрішніми головками рейок на прямолінійних ділянках прийнята рівною 1520 мм. У підземних умовах ширина колії становить 600, 750, 900 мм. Розміщення рейкових колій визначається трасою, планом і профілем. Рейкова колія складається з нижньої і верхньої споруди (Рис 11).

Рисунок 11. Елементи рейкової колії

1 – підкладки; 2 – костиль; 3 – болт;

4 – рейки; 5 – фіксатор; 6 – шпали;

7 – баласт; 8 – накладка.

Нижня споруда (баласт) рейкової колії сприймає навантаження від верхньої споруди і забезпечує її стійкість у поздовжній, поперечній та вертикальній площинах. Призначення верхньої споруди – сприймати та передавати навантаження від коліс ходової частини рухомого складу на баласт. Баластовий шар служить для збільшення площі тиску від шпали на підошву виробки, пом’якшення ударів коліс рухомого складу, вирівнювання шляху і збереження шпал від зсуву.

Шпали являють собою дерев’яні чи залізобетонні бруси. Вони передають тиск від локомотивів на баластний шар. Залізобетонні шпали мають значно більший термін служби, ніж дерев’яні, але їх недоліками є висока вартість, вага, збільшена жорсткість шляху, яка може бути знижена за рахунок застосування еластичних гумових підкладок. Рейки виготовляють із вуглецевої сталі Позначення різновидів сортамента рейок : Р-18, Р-22,Р-38, Р-54 та інш. ( Р – рейковий металопрофіль. Цифра – маса 1 погонного метра рейки)

7. Вплив локомотивного транспорту на навколишнє середовище

До негативних наслідків дії локомотивного транспорту на природне середовище відносяться порушення стійкості природних ландшафтів транспортною інфраструктурою шляхом розвитку ерозій і зсувів; забруднення атмосфери відпрацьованими газами; постійний ріст рівня забруднення землі нафтою, свинцем, продуктами видування й опадання сипучих вантажів (вугілля, руда, цемент). Постійну небезпеку становить система електропостачання, можливість аварій, зіткнення, отримання людьми травм.

Основними факторами впливу локомотивного транспорту являються шум та вібрації. У тих випадках, коли будинки розташовуються в безпосередній близькості від рейкової дороги, вібрації в них можуть перевищувати гранично-припустимі значення, встановлені Санітарними нормами, у 10 разів (на 20 дб).

При роботі з акумуляторами можливий вплив на персонал таких небезпечних і шкідливих виробничих факторів:

- ураження електричним струмом;

- термічні фактори (вибухи при зарядці батарей, опіки кислотою, електролітом, розплавленим свинцем);

- наявність у повітрі робочої зони шкідливих речовин (пари кислот, аерозолю, свинцю).

Для розв'язання екологічних проблем на залізничному транспорті необхідно розробити:

- нормативні вимоги до рухомого складу щодо додержання екологічних нормативів;

- методики визначення шкоди, що її можуть завдати підприємства залізничного транспорту;

- технології утилізації та ліквідації залишків нафтопродуктів та інших відходів;

- методи зменшення викидів у повітря сипких вантажів під час перевезення;

- технології очищення забруднених вод після миття вагонів, локомотивів.

Контрольні запитання

1. Призначення акумуляторних і контактних електровозів, тепловозів.

2. Класифікація локомотивів.

3. Призначення основних елементів акумуляторних і контактних електровозів.

4. Область застосування локомотивного транспорту.

5. Конструкція акумуляторних і контактних електровозів.

6. Вплив локомотивного транспорту на навколишнє середовище.

Література

1. Пухов Ю.С. Рудничный транспорт: Учеб. для техникумов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 2011.- 364 с.: ил.

2. Спиваковский А.О., Потапов М.Г. Транспортные машины и комплексы открытых горных разработок. Учебник для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. М., Недра, 1983, 383 с.

3. Григорьев В.Н., Пухова Ю.С., Дьяков В.А. Транспортные машины для подземных разработок. Учебник для вузов. – М.: Недра, 1984. – 383 с.

4. Волотковский С. А. Рудничная электровозная тяга. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1981.389 с.

Показник	Одиниця виміру	ЕЛЕКТРОВОЗИ
АКУМУЛЯТОРНІ	КОНТАКТНІ
АВ-8Т	АРП-8Т	АМ-8Д	АРП-10Г	АРВ-10Г	ЭРА 900 В9	АРП-14	2АМ-8Д	К4	7КРМ1	10КД (К10)	ЭК-10Т	ЭК-10Р	14КД (К-14)
Зчепна маса	Т	8,5	8,7	8,7	10,8	11,5	9,0/18,0	14,0	17,6	4,0	7,9	10,0	10,0	10,1	14,0
Тягове зусилля	кН	12,3	10,0	12,2	12,2	12,4	12,2	18,0	24,4	12,0	18,0	25,0	19,8	19,8	25,0
Швидкість (макс)	км/го	10,4	14,0	10,0	11,0	10,4	12,8	14,4	10,0	7,5	7,9	12,2	13,4	13,4	12,8
Потужність електродвигуна	кВт	28,2	28,1	26,0	29,2	28,2					2 33	2 33			2 45
Ширина колії	мм
Робоча напруга (акумулят., конт. мережа)	В
Розміри: -довжина -ширина -висота	м
Макс. ухил транспорт.	‰	4-5	4-5	4-5	4-5	4-5	4-5	5-7	5-7			4-5	4-5	4-5	4-7

Таблиця 1 Технічні характеристики контактних і акумуляторних електровозів