Сооружение и устройства локомотивного хозяйства

Локомотив - это самоходная подвижная единица с силовой установкой для преобразования электрической или тепловой энергии в механическую и получение силы тяги, направленной на передвижение поездов и отдельных вагонов с пассажирами или грузами. Эксплуатируемый парк локомотивов железных дорог составляется в основном из электровозов, тепловозов и небольшого количества паровозов. К локомотивам также относятся газотурбовозы и мотовозы. Самые грузонапряженные железнодорожные линии с особенно интенсивными размерами движения, а также железнодорожные магистрали, которые пролегают в гористых местностях и в районах с суровыми климатическими условиями, в странах СНГ переведенные на электрическую тягу. На этих линиях выполняется дольше 54% грузовому оборота железнодорожного транспорта.

Электровозы владеют рядом преимуществ перед другими локомотивами. Высокая их экономичность, надежность и долговечность, практически неограниченная мощность разрешают увеличить размеры движения, вес и скорость поездов с минимальными эксплуатационными расходами. Частота движения на электрифицированных линиях достигает 8-10 поездов в 1 ч, вес их 8-10 тыс. т, а максимальные скорости 100 км/ч в грузовому и до 200 км/ч в пассажирском движении. Одно из положительных качеств электровозов - возможность рекуперации, т.е. возвращение электроэнергии в контактную сеть при торможении, чтобы ее могли использовать другие электровозы или других потребителей. Электрическое реостатное и рекуперативное торможение улучшает управляемость поезда. При этом уменьшается изнашивание тормозных колодок и колес вагонов. Для вождения поездов без изменения локомотивов на участках постоянный и сменный токи используют электровозы двойного питания. Они устроены так, что при вступлении на участок постоянного (сменного) тока автоматически собирается соответствующая силовая схема.

Электрификация линий остается одним из главных направлений технического прогресса на железнодорожном транспорте. Она дает огромный народнохозяйственный эффект, так как рядом с повышением провозной и пропускной способности магистралей разрешает еще и экономить миллионы тонн дизельного топлива. Имея в основе своей электрический привод (тепловозы с гидропередачей на магистральных дорогах не оправдали себя ни в поездной, ни в маневровой работе), тепловоз имеет многими положительными качествами, а размещение на нем автономного источника энергии - дизель-генератора предоставляет ему определенные специфические свойства. Автономность особенно ценная для тех случаев, когда необходимо срочно передислоцировать тяговые средства, в том числе и на электрифицированные линии. Многочисленные подъездные колеи и маневровую работу обслуживают также автономные локомотивы. Аккумуляторный-аккумуляторные-аккумуляторные-контактно-аккумуляторные или подобные им локомотивы с дешевым автономным источником энергии в дальнейшем будут иметь большее широкое применение.

Достижение науки и техники в области газовых турбин разрешили разработать конструкции газотурбинных локомотивов с электрической передачей, а положительный опыт эксплуатации отечественных газотурбовозов первого поколения в 1958-1970 г. говорит о возможностях развития локомотивостроения в этом направлении.

Для пассажирских перевозок на железных дорогах употребятся пассажирские электровозы постоянный и сменный тока, которые поставляют Чехословацкой Социалистической Республикой; для пригородного соединения - моторвагонный подвижной состав (МВПС): электропоезда постоянного и переменного тока и дизель-поезда на неэлектрифицированных линиях. Дизель-поезда поставляет как отечественная промышленность, так и промышленность Венгрии и Германии.

Локомотив состоит из следующих составных частей:

экипажной части, включая кузов,

силовой установки с электрическим приводом,

силовой электрической схемы с электрическими приборами и аппаратами,

схемы управления с приборами, аппаратами и реле,

автотормозной системы,

схемы вспомогательных цепей,

вспомогательного оборудования,

радиосвязи и автоматической локомотивной сигнализации с прибором бдительности.

Конструктивное выполнение экипажной части локомотива характеризуется осевой формулой. В ней отображенное количество ведущих осей в тележке или количество тележек под одним кузовом, число кузовов и способ передачи тягового усилия. Так, для электровозов ВЛ11, ВЛ10 и ВЛ8 осевые формулы имеют вид соответственно 3(2об-2о), 2об-2об-2об-2об и 2об+2об+2об+2о. Это значит, что электровоз ВЛ11 состоит из трех четырехосных секций, каждая из которых может работать самостоятельно. Под каждым кузовом секций размещенные два двухосные тележка, каждая ось имеет индивидуальный привод. Тяговое усилие передается на оси несущей конструкцией кузова, на котором установленные автосцепки и фрикционные аппараты. Два следующие электровоза восьмиосные двухсекционные из двухосными тележка, каждая ось с индивидуальным приводом. У электровоза ВЛ10 так же, как во ВЛ11, тележки не имеют механической связи один из одним, а во ВЛ8 тяговое усилие передается непосредственно через тележки, механически соединенные между собой и оборудованные автосцепными устройствами.

Экипажная часть предназначена для создания силы тяги при взаимодействии с рельсами, передачи вертикальных и тормозных усилий, для восприятия направляющих усилий от рельсовой колеи. В экипажную часть входят: кузов, рама локомотива, кабина машиниста, автосцепные устройства, тележки. На оси колесных пар опираются тяговые двигатели, а на буксы через рессорное подвешивание — рамы тележек, на которые установленный кузов локомотива. На пассажирских локомотивах и электропоездах тяговый двигатель не опирается на ось колесной пары, а установленный на тележке. В зависимости от способа установки на тележке различают опорно-осевую и опорно-рамную подвески тяговых двигателей. При опорно-осевой подвеске значительная часть массы двигателя и привода не подрессорена. Это неблагоприятно действует при движении локомотива на железнодорожный путь и на самую экипажную часть, привод и тяговые двигатели. Однако такая подвеска простая и дешевая в выполнении, ремонте и техническом обслуживании. Но для высоких скоростей движения так же, как и для высоких (больше 25 тс) нагрузок на ось колесной пары, ее применять нельзя, поэтому на пассажирском и мощном грузовом локомотивах употребится опорно-рамная подвеска. Для уменьшения динамических влияний на железнодорожный путь и свойственно экипажную часть в их конструкцию добавленная второй ступень рессорного подвешивания.

Источником энергии на тепловозах служит дизель-генератор, который вырабатывает электрический ток для обращения тяговых двигателей, а через механическую зубчатую передачу и колесные пары локомотива. Для электрической тяги источником энергии являются электростанции, которые передают ее на тяговые подстанции, которые расположены на расстояния 15-20 км друг от вторая на линиях с постоянным током и на 30-50 км со сменным. На электровозе же установленные тяговые двигатели, к которым электрическое напряжение подводит из контактной сети. В контактной сети постоянного тока оно вдвое допускает больше для тяговых двигателей и потому их соединяют не менее чем по двум последовательно. Напряжение сменного тока уменьшается с помощью силового трансформатора.

Скорость и силу тяги локомотивов регулируют с помощью аппаратов и приборов, соединенных с источником энергии и тяговых двигателей силовой электрической схемой. Поскольку величины токов и напряжений в ней очень большие, необходимые переключения нельзя выполнять непосредственно. Коммутация (переключение) на контролере машиниста цепей управления обеспечивает необходимую последовательность включения и отключения силовых аппаратов, регулирующих силу тяги и электрическое торможение локомотива.

На современных локомотивах и МВПС находят применение силовые и слаботочные элементы полупроводниковой техники. Они позволяют иметь на локомотивах надежные, экономические и компактные выпрямительные и преобразовательные установки, которые обеспечивают плавное бесконтактное регулирование напряжения на зажимах тяговых двигателей, которые превращают сменный ток в постоянный, автоматизировать управление энергетической установкой локомотива. У новейших электровозов многие аппараты бесконтактные. Созданы опытные локомотивы с бесколлекторными тяговыми двигателями, тепловозы с генераторами переменного тока и выпрямительной силовой установкой для питания тяговых двигателей постоянным током. На скоростных пассажирских локомотивах ЧС200 автоматизированные системы управления тяговым и тормозным режимом.

Ритмическая работа железнодорожного транспорта во многом зависит от технического состояния локомотивов, поэтому Правила технической эксплуатации выдвигают перед работниками локомотивного хозяйства задачи - предупреждать появление каких-нибудь неисправностей у локомотивов и МВПС на протяжении всего срока их службы, полностью обеспечить безопасность движения поездов. Министерство путей соединения определило технические и организационные меры, которые обеспечивают безотказную работу подвижного состава на линии. Это, в частности, единая для сети дорог система технического обслуживания и ремонта локомотивов, расследование и устранение причин их порчи, технического обучения работникам локомотивных бригад и ремонтников, их материального стимулирования, а также разработка правил, инструкций, технологических процессов и др.