Тепловоз қуатының берілісі

Локомотивті тартудың жанама күшінің өлшемі локомотивтің қозғалатын дөңгелектерінің рельспен тіркелуімен және күш қондырғысының қуатымен шектеледі. Локомотивтің боксталуын болдырмау үшін қозғалатын дөңгелектер имесіндегі тарту күші тұрақты тіркеуді қамтамасыз ететін өлшемдерден аспауы тиіс.

Локомотивтер салу кезінде берілген жылдамдықта негізгі көтерілуде сағаттық жанама күш дөңгелектердің рельстармен тұрақты тіркелуін қамтамасыз ететін шектік мәнге теңелуі ескеріледі. (1.11 суреттегі А нүктесі). Бұл жағдайда ескерту жылдамдығы бастама жылдамдығы деп аталады. Магистарльді локомотивтер үшін бастама жылдамдығына сәйкес келетін қуатты пойыздың барлық жылдамдығы кезінде тұрақты етіп сақтаған дұрыс, сонда локомотивтің минималды жеке салмағы мен максималды техникалық жылдамдықтары қамтамасыз етіледі.

Мұндағы тарту күші (А-Б линиясы) жылдамдықтарды өзгерту диапазонында гипербола формасындағы қисық бойынша өзгереді.

Егер тарту күші гиперболалық заң бойынша өзгерсе, бастама жылдамдығы кезінднгі оның мәні бірнеше есе үлкен болады (алдыңғы максималды жылдамдық кезіне қарағанда).

Локомотивтің тарту күшінің гипербола бойынша өзгеруін қамтамасыз еті үшін қозғалыстағы дөңгелектерге тікелей не тұрақты берілісі бар кинематикалық беріліс көмегімен энергия беретін қозғалтқыш иінді біліктің айналу диапазонындағы тепловоз қозғалысының жылдамдықтар диапазонына сәйкес келетін қуаттың тұрақтылығымен сипатталуы тиіс. Ол кезде айналдыру кезеңі біліктің гипербола заңы бойынша айналу жылдамдығына қарай өзгеріп отырады.

2.20 сурет. Дизельдің сыртқы сипаттамасы.

тиімді қуат; иінді біліктің айналу жиілігі; дизельдің номиналды жұмыс режиміне сәйкес келетін нүкте;

Қарапайым орындалатын дизельдер реверсерленуге бағынбайды, яғни біліктің айналу бағытын өзгертуге мүмкіндік бермейді. Дизельді қосу үшін энергияның қосымша көзі қажет болады. Иінді біліктің айналу жиілігінің жұмыс диапазонында дизель біркелкі үнемді жұмыс істейді. Отынның ең аз жұмсалуы номиналдыға жақын салмақ түсіру мен айналу жиілігіне сәйкес келеді.

Дизельдерді тарту қызметіне ыңғайлау үшін тепловоздардағы білік пен енгізгі осьтер арасына арнайы аралық құрылғы қояды, ол тепловоздың тартқыш берілісі деп аталады.

Берілістегі иінді біліктін айналуының механикалық жұмысы тепловоздың негізгі дөңгелектері айналуының механикалық жұмысына өзгереді, ол ауыспалы айналу кезеңімен және дөңгелектер жұбы осьтерінің айналу жиілігімен сипатталады (тұрақты қуат кезінде).

Гиперболалық мейлінше жақын, тепловоздың тарту сипаттамасын локомотивтерге қойылатын басқа да талаптарды ескере отырып, тарту белгісі қамтамасыз етуі тиіс.

- локомотив жылдамдығын сатысыз және үздіксіз өзгертетін иінді біліктің айналу жиілігін өзгертудің жіңішке диапазонында дизельдің жұмыс істеуі кезіндегі тарту күштерін өзгертудің гиперболалық сипатын;

- тіркеуі бойынша шектеуге жақын тарту күштерінің максималды мәндерін ұзақ іске асыру мүмкіндігін;

- ревесивті емес қозғалтқыштағы локомотив реверсивтігін және алдыңғы не артқы жүрістегі тарту сипаттамаларының ұқсастығын;

- негізгі дөңгелектердің бокстелуін болдырмауды;

- қажет көмекші құралдардың көмегімен бос жүретін дизельді жіберуді, тұрақты және қозғалу кезінде қозғалтқыштарды және қозғалатын осьтерді ажыратуды;

- бір постыдан көп бірліктер жүйесі бойынша басқаруды;

- беріліс пен дизель жұмысын толық автоматтандыру мүмкіндігін;

- дизель біліктеріне динамикалық салмақ түсу әсерінің болмауын;

- минималды салмақ пен өлшемдерді; төмен құрылыс құнын, дефицит материалдардың аз жұмсалуын, локомотивке қызмет көрсетудің ыңғайлылығын және минималы пайдалану шығындарын.

Өзгеру тәсіліне қарай дизельден қозғалу осьтеріне энергия беру

тәсілдерін және тепловоздағы конструктивтік орындалуларды теориялық тұрғыда тепловоздарда тарту берілісінің келесі типтеріне қолдануға болады: механикалық, гидравликалық, гидродинамикалық, электрлік, электрогидравликалық және газдық (ауалық). Бірақ тепловоздардағы тәжірибеде қолданудың негізгі үш типі бар: электрлік, гидравликалық және механикалық.

Механикалық беріліс құрылысы жағынан ең қарапайым болып табылады. Ол иінді білік тепловоздың негізгі осьтерінің арасындағы кинематикалық орналасқан редуктор. Тарту күшін реттеуге қажет беріліс қатынасын өзгерту үшін, жылдамдықтар қорабының бірнеше ауыстыру сатылары, сонымен қатар реверсивтеу мүмкіншілігі болуы тиіс.

Дизельді салмақ түсірмей қосу үшін және тепловоз қозғалысының бағытын өзгерту үшін механикалық берілістің дизель білігін қозғалыстағы дөңгелектерден ажыратуға мүмкіндігі бар қозғалысы болуы тиіс.

Механикалық берілістің артықшылығы конструкциясының оңайлығында, дайындау құнының төмендігінде, п.ә.к. жоғарылығында. Бірақ механикалық берілістің көптеген кемшіліктері де бар. Беріліс сатыларының шектелуі болғанынан тепловоздың тарту сипаттамасыны түрі – сатылы сынық линия, гиперболаға ұқсамайды. (2.21 сурет).

2.21 Сурет. Үш сатылы механикалық берілісі бар тепловоздың тарту сипаттамасы.

Сипаттаманың сатылығы жылдамдықтың әр сатысының жылдамдық диапазонындағы қуатты толық пайдалануды қамтамасыз етпейді.

Тағы бір кемшілігі – беріліс сатыларын ауыстырып қосу кезінде күш толығымен жоғарылады. Сондықтан қозғалыс кезінде жылдамдықтарды ауыстыру беріліс бөлшектеріне динамик салмақ түсуін мәжбүр етеді.

Механикалық берілістер қазіргі кезде автомотристтер мен мотовоздарда, сонымен қатар қуаты аз маневрлік тепловоздарда қолданылады.

Гидравликалық берілісі бар тепловоздарда дизель қуаты қозғалыстағы дөңгелектер жұбына жабық көлемде айналатын сұйық арқылы беріледі. Дизель энергияны гидравликалық насосқа береді, ал оның сұйығына хабар береді де, оны қысыммен тепловоздардың дөңгелектер жұбымен байланысты гидравликалық қозғалтқыштарға береді. Дизель мен дөңгелектер арасында қатты механикалық байланыс болмайды. Гидравликалық беріліс ретінде гидравликалық машиналар пайдаланылады, олар жартылай не толық айналу кезеңін иінді біліктен тепловоздың қозғалыстағы осьтеріне береді және трансформациялайды.

Гидравликалық машиналар насостан (ротоциялық, піспектік не орталық) және гидравликалық қозғалтқыштан тұрады.

Гидроберіліспен берілетін қуат жұмыс сұйығының оны жұмсау көлеміне (жылдамдыққа) қысым жасаумен анықталады. Жұмыс сұйығының жұмсалуы мен қысымының ара қатынасына қарай гидроберілістер гидростатикалық (көлемдік) және гидродинамикалық болып бөлінеді. Гидростатикалықтың қысымы жоғары болады, оларда оксиалды – піспектік агрегаттар көп пайдаланылады, ал гидродинамикалық берілістердің қысымы төмен болады, оларда гидродинамикалық берілістердің қысымы төмен болады, оларда лопастық агрегаттар пайдаланылады.

Гидростатикалық берілістерде жұмыс жоғары қысымды сұйықтардың аз жұмсалу есебінен беріледі. Гидростатиклық берілістер түрлі қиыншылықтарға бола (үйкеліс кезінде көп жоғалту, жоғары қысымдар кезнде ағып кету) күш берілістері ретінде қолданыла алмайды. Бірақ қуаты аз мұндай берілістер көмекші агрегаттар жетегі үшін пайдаланылады.

Тепловоздарда тек гидродинамикалық берілістер қолданылады десе де болады. Бұл берілістер орталық насостан және турбинадан тұрады, оларда көлемдер емес қозғалыс жылдамдықтары өзгеріп отырады.

Гидравликалық берілістердің электрлік беріліспен салыстырғанда артықшылықтары бар: кішкене габаритті өлшемдер, салмақ және қуат берілісінің құны, сонымен қатар түсті металдардың аз жұмсалуы. Гидроберілістердегі энергияның өзгеруі кезінде үлкен жоғалтулар болады., ол тепловозда отын жұмсалуының көтерілуіне әкеледі.

Гидродинамикалық берілістерде (2.22 сурет) орталық насос Н, энергияны қозғалтқыштан білік 1, арқылы ала отырып, құбырдан 4 сұйықты сорып алады да, оны құбырмен 5 радиалды турбинаға Т басады, одан сұйық құбырға 4 қайтып оралады. Сұйықтың тұйық контурда 4-Н-5-Т-4 ағуы кезінде үйкеліс пен құйынның пайда болуына байланысты энергия жоғалады. Сондықтан құбырлардағы жоғалтуларды азайту үшін олардың көлденең қалыңдығын ұлғайту қажет, сонда ағу жылдамдығы төмендейді.

Құйынды жоғалуларды азайту үшін НА1 бағыттау аппараты қызмет етеді. Бірақ турбинананың алдында НА2 бағыттау аппаратындағы кинетикалық энергиясын ұлғайту үшін қайта көтерілуі тиіс.

2.22 Сурет. Гидроаппараттар схемасы.

а- гидроаппараттардың жұмыс схемасы; б – гидротрансформатордың конструктивтік схемасы; в – гидромуфтаның конструктивтік схемасы;

Қазіргі гидродинамикалық берілістерде насос жәнетурбина дөңгелектері, сонымен қатар бағытау аппараты бар агрегатқа біріккен, ол – гидротрасформатор деп аталады. Гидротрансформатордың негізгі білігі дизель білігіне жалғасқан және оның үстінде насос дөңгелегі орналасқан. Егер гидротрансформатордың ішкі қуыстары жұмыс сұйығымен толтырылған болса, онда білік және оның үстінде қатты отырған турбина дөңгелегі негізгі білікпен ажыратылған. Жұмыс сұйығымен толтырылған гидротрансформатор корпусында айналып тұрған насос дөңгелегі қысыммен жұмыс сұйығын турбина дөңгелегінің күректеріне береді де, айналу кезеңін береді.

Турбина дөңгелегінен сұйық бағыттау аппараттарына түсіп, қозғалыс бағытын өзгертеді де, қайтадан насос дөңгелегіне келіп, тұйық қозғалысты аяқтайды. Айналу кезеңі біліктен тісті дөңгелектер мен кардан біліктері жүйесі арқылы тепловоздың қозғалыс осьтеріне беріледі. Гидротрансформаторлар біліктердің айналу жиілгінің ара қатынасына қарай айналу кезеңінің көлемін баяу өзгерте алады.

Егер насос және турбина дөңгелектері агрегатта біріксе, ал агрегаттың бағыттау аппараты болмаса, агрегат гидромуфта деп аталады. Гидромуфта айналу кезеңін тек береді, оны трансформацияламайды.

Жұмыс сұйығы ретінде гидроберілістерде минералдық майлар пайдаланылады, бірақ дизельдік отын да қолданыла алады.

Энергияны генератордан тарту электр қозғалтқыштарына беру үшін пайдаланылатын электр тоғының тегі бойынша берілістер бола алады: тұрақты тоқтың, ауыспалы – тұрақты тоқтың және ауыспалы тоқтың. Тепловоздарды тұрақты тоқ берілістері кеңінен қолданылады.

Қазіргі электр берілістері (тұрақты тоқтың) төмендегі электр машиналарынан құрылады: негізгі генератор Г; қоздырғыштар – негізгі генераторлардың қоздыру тоғын шығаратын қуаты аз арнайы генераторлар; тарту электр қозғалтқыштар ЭД; қоздырғыш орамы мен басқару тізбегін қоректендіретін көмекші генераторлар; негізгі генераторлардың сипаттамаларын жақсартуға арналған қуаты аз қосымша құрылғылар мен аккумулятор батареялары. Көмекші генератор және қоздырғыш бір корпуста бірігеді де, екі машиналы агрегат құрайды, ал негізгі генератор білігінен қозғалысқа келеді.

Берілген жұмыс режимі кезінде қуатты мейлінше толық пайдалану үшін, генератор қысқышындағы тоқ күші мен кернеуге тең негізгі генератор қуаты тұрақты болып қалуы тиіс, яғни негізгі генератор қысқыштарындағы керену тоқ күшіне қарай гипербола заңы бойынша өзгеруі тиіс. Генератордың сыртқы сипатының гиперболалық сипатқа жақындауына электр машиналары мен түрлі коррекциялау құрылғыларын арнайы таңдау арқылы қол жеткізіледі. Бұл тепловоздың тарту сипаттамасының гиперболалық тепловоздың жұмыс жылдамдығының бүкіл диапазонында жақындауын қамтамасыз етеді.

ТЭД біліктерінің айналу жиілігі және тепловоз қозғалысының жылдамдығы ТЭД қысқыштарындағы кернеу көлемімен және оның полюстерінің магнитт ағынымен анықталады. Тепловоз жылдамдығының өзгеруіне негізгі генератор жәкірінің айналу жиілігін өзгертумен жетуге болады; тарту электр қозғалтқыштарын күш тізбегіне қосу схемасын өзгертумен және магнит жолын оны әлсірету арқылы өзгертумен жетуге де болады.

Тұрақты тоқтың электрлік берілісі орындалады:

1) жүйелі – параллельді жалғаумен;

2) ТЭҚ тұрақты жүйелі – параллельді жалғаумен;

3) ТЭҚ тұрақты параллельді жалғаумен;

Негізгі генератордың қысқыштарындағы берілген өлшемдердегі ТЭҚ жүйелі жалғау кернеудің минималды шамасымен және қысқыштардағы максималды тоқ күшімен сипатталады; ТЭҚ параллельді жалғау кезінде кернеу максимумға жетеді (максималды жылдамдық), ал тоқ күші минимумға жетеді. Тоқтың тұрақты өлшемдерімен ТЭҚ жәкірдің айналу жиілігін тұрақты кернеуі бар резистор қоздырғышына параллельді жалғау есебнен ұлғайтуға болады.

Тепловоздарда магнит өрісін әлсіретудің бір не екі сатысын қолданады.

2.23 Сурет. Тұрақты тоқты беру схемасы

Тепловоздарда электрлік берілісті қолдану салдарынан иінді білік пен дөңгелектер жұбының арасындағы қатты байланыс болмайды. Дизельдің иінді білігінің айналуының тұрақты жиілігі және белгілі бір тепловоз жылдамдығы кезінде жәкірдің айналу жиілігі n тұрақты тоқ ТЭҚ оған келтірілген кернеумен V және магнит ағынымен анықталады және дизель білігінің айналу жиілігіне тәуелді болмайды:

мұндағы - тоқ және жәкір тізбегіндегі кедергі;

- тұрақты коэффициент;

Тұрақты тоқ берілістері оңай орындалады, олардың аралық буындары болмайды, жоғары п.ә.к. және реттеу қасиеттері бар.

Бірақ тепловоздардың секциялық қуаты өскен сайын, генератордың тарту сенімділігі төмендейді. Сондықтан қуаты көп тепловоздарда ауыспалы – тұрақты және тұрақты тоқ берілістері қолданылады.

Ауыспалы – тұрақты тоқ берілісінде (2.24 сурет) тарту генераторы Г ауыспалы тоқтың синхрондық генераторы түрінде орындалған, ал тарту электр қозғалтқышы ЭД –тұрақты тоқтың. Ауыспалы тоқты тұрақтыға өзгерту үшін генераторлар мен қозғалтқыштарды арасына түзеткіш қондырғы ВУ қосылған, осыған берілістің п.ә.к. төмендейді.

Ауыспалы тоқ берілістерінің қуаты көп болады (2.25 сурет), олар қуаты 4400 кВт тепловоздарда қолданылады. Ауыспалы тоқ ТЭҚ дұрыс жұмыс істеуі үшін кернеу мен ауыспалы тоқ жиілігін бір мезгілде реттеу талап етіледі. Сондықтан генератор мен қозғалтқыш арасында жиілік өзгерткіш ПЧ қосылады.

2.24 Сурет. Ауыспалы- тұрақты тоқ берілісінің схемасы.

2.25 Сурет. Ауыспалы тоқ берілісінің схемасы.