| Электрово́з — неавтономный локомотив, приводимый в движение электродвигателями, установленными в нём и получающими электроэнергию из внешней электросети через тяговые подстанции и контактную сеть или от аккумуляторов, установленных на электровозе.
Классификация
при классификации электровозов можно выделить следующие признаки[4]
По роду службы — пассажирские (например, ЧС2, ЧС4), грузовые (например, ВЛ10, ВЛ80), маневровые (ВЛ41) и промышленные (например, ЕЛ21, ЭК14). Из последней группы часто выделяют шахтные электровозы, то есть предназначенные для перевозки различных грузов по подземным рельсовым путям.
По роду тока питания. В России на магистральных железных дорогах используются 2 типа: переменного тока — 25 кВ, 50 Гц (например, ВЛ80, ЧС4) и постоянного тока — 3 кВ (например, ВЛ10, ЧС2)[3].
Кроме того, для эксплуатации на участках как постоянного, так и
переменного тока выпускаются двухсистемные электровозы (например, ВЛ82, ЭП10),
для эксплуатации в карьерах и рудниках выпускаются электровозы
постоянного тока с напряжением питания 1500 В, 550 В, 250 В, переменного
тока 10 кВ, а также с питанием от аккумуляторов. В других странах мира,
в зависимости от принятых стандартов в системе питания электрифицированных железных дорог,
применяются электровозы с другими системами питания, например,
переменного тока напряжением 15 кВ, 16 2/3 Гц. Если электровоз питается
от собственной аккумуляторной батареи, то он называется аккумуляторным.
Существуют также бесконтактные электровозы (наименее распространены).
Вдоль путей прокладывается шина, в которую подаётся ток высокой частоты,
а на электровозе устанавливается катушка, в которой он индуцируется.
По типу тягового привода. В России применяется следующая классификация электровозов[5][6]:
- Тяговый привод 1-го класса: опорно-осевое подвешивание тягового
электродвигателя. Двигатель через моторно-осевые подшипники опирается на
ось колёсной пары, за счёт жёсткой связи очень прост редуктор — на оси
двигателя и колёсной пары насажены зубчатые колёса, централь между
которыми поддерживается моторно-осевыми подшипниками.
Данная конструкция считается устаревшей в связи с большими
разрушающими нагрузками на двигатель, но в России до сих пор применяется
на грузовых электровозах.
- Тяговый привод 2-го класса: опорно-рамный двигатель и опорно-осевой редуктор.
Типичен для пассажирских электровозов. Двигатель в данной схеме
обрессорен и соединён с редуктором посредством муфты. Это обеспечивает
плавность хода и долговечность двигателя.
- Тяговый привод 3-го класса: опорно-рамные двигатель и редуктор.
Редуктор связан с колёсной парой муфтой. Из серийных электровозов,
построенных в СССР и России, такое подвешивание имеют только пассажирские локомотивы Коломенского завода — электровозы ЭП2К и ЭП200.
По типу передачи вращающего момента с тяговых двигателей на колёсные пары различают электровозы с групповым (например, ВЛ40, ВЛ83) и индивидуальным приводом.
Также важнейшим признаком является тип тяговых электродвигателей:
- Коллекторные электродвигатели.
Сложны в изготовлении и обслуживании, так как имеют коллектор,
фактически — постоянно работающий переключатель со скользящими
контактами, но просты в управлении.
- Асинхронные двигатели.
Двигатель очень прост, легко переносит механические перегрузки, но
требует для своего питания трёхфазного переменного тока. Это, в свою
очередь, требует либо подвода к электровозу трёхфазного тока, как
сделано на некоторых железных дорогах Италии,
либо выработки его на локомотиве с помощью машинных преобразователей
(устаревшее и нетехнологичное решение, практически нивелирующее
преимущества асинхронных двигателей перед коллекторными) или статических
преобразователей. Последнее решение как наиболее технологичное
применяется на многих современных локомотивах.
По типу, и собственно наличию электрического торможения — с рекуперативным, реостатным торможением, их сочетанием или вовсе отсутствием электрического тормоза.
По числу секций — одно-, двух- трёх- и четырёхсекционные.
Некоторые серии электровозов предусматривают возможность объединения
двух, трёх или четырёх секций электровозов для работы по системе СМЕТ.
Конструкция
Электровоз состоит из механической части, электрического и
пневматического оборудования. Особенности конструкции определяются его мощностью, максимальной скоростью и другими условиями эксплуатации, для которых проектируется электровоз[3].
Механическую часть электровоза составляют кузов, тележки, рессорное подвешивание, тормозная рычажная передача[3].
Тележка включает в себя раму, колёсные пары, тяговые двигатели, буксы и элементы тяговой передачи — редукторы.
Кузов электровоза опирается через опоры на двух- или трёхосные
тележки, под каждой секцией электровоза тележек может быть две или три.
Число осей под одной секцией может составлять 4 или 6. Тележки через
систему рессорного подвешивания и буксы опираются на колёсные пары. Тележки оборудуются тормозной рычажной передачей и тормозными цилиндрами[3].
Электродвигатели, приводящие электровоз в движение, называют тяговыми электродвигателями (ТЭД). Тяговые двигатели могут работать также и в режиме генератора. Это свойство используется для электрического торможения.
Если электроэнергия, вырабатываемая при вращении ТЭД, гасится на
тормозных реостатах, то это называется реостатным торможением; если
электроэнергия возвращается в контактную сеть, то такое торможение
называется рекуперативным.
Пульт управления электровоза ЧС7
Колёсные пары приводятся во вращение тяговыми двигателями через тяговую передачу[3]. В её состав входят одна или две шестерни, напрессованные на вал тягового двигателя, одно или два зубчатых колеса,
напрессованных на колёсную пару (на ось или же на специальный прилив в
подступичной части колёсного центра), на некоторых сериях электровозов
(например, ЧС2, ЧС4, ЭП1) в тяговую передачу также входит карданный
привод. Имеются варианты исполнения тяговой передачи: с односторонним
расположением прямозубой тяговой передачи и карданным валом (электровоз ЧС4), с односторонним расположением шевронной тяговой передачи и карданным валом (электровоз ЭП1), с двухсторонним расположением косозубой тяговой передачи (электровоз ВЛ80).
На всех эксплуатирующихся в России электровозах применяется
индивидуальный тяговый привод, при котором каждая колёсная пара
вращается своим ТЭД. Характеристики опытного электровоза с групповым
(моно-) приводом, построенного в СССР (ВЛ83), оказались хуже характеристик электровозов с индивидуальным приводом, что и обусловило отказ от схемы с моноприводом[7].
В кузове электровоза размещаются кабины машиниста, коммутационное оборудование, вспомогательные электрические машины, компрессор
и пневматическое оборудование. Всё оборудование электровоза,
находящееся под напряжением, опасным для жизни человека, размещается в
высоковольтной камере (ВВК) или в закрытых шкафах. Для предотвращения
доступа человека в ВВК или шкафы предусмотрена система электромагнитных
или пневматических блокировок.
В коммутационное оборудование электровоза входят индивидуальные и групповые контакторы, служащие для переключений в силовой цепи электровоза, а также в цепях вспомогательных машин.
Для обеспечения токосъёма с контактной сети используются токоприёмники, устанавливаемые на крыше электровоза[3].
Регулирование мощности и скорости электровоза производится путём
изменения напряжения на якоре и коэффициента возбуждения коллекторного
ТЭД или изменением частоты и напряжения питающего тока при асинхронных
ТЭД. Регулирование напряжения выполняется несколькими способами. На
электровозах постоянного тока — путём переключения групп тяговых
двигателей с последовательного соединения (все ТЭД электровоза
соединяются последовательно, напряжение на один ТЭД восьмиосного
электровоза — 375 В при напряжении в контактной сети 3 кВ) на
последовательно-параллельное (2 группы по 4 ТЭД, соединённых
последовательно, напряжение на один ТЭД — 750 В), на параллельное (4
группы по 2 ТЭД, соединённых последовательно, напряжение на один ТЭД —
1500 В), при этом для получения промежуточных значений напряжения на ТЭД
в цепь включаются группы реостатов,
что позволяет получить ступени регулирования в 40—60 В. На электровозах
переменного тока — путём переключения выводов вторичной обмотки
трансформатора (электровозы ВЛ60, ВЛ80, кроме ВЛ80р), путём
переключения выводов первичной обмотки трансформатора (электровозы ЧС4,
ЧС4Т, ЧС8), путём плавного регулирования напряжения с помощью ВИП (выпрямительно-инверторного преобразователя) (электровозы ВЛ80р, ВЛ85, ВЛ65, ЭП1, 2ЭС5К).
Электровоз с вагонами соединяется при помощи автосцепного устройства или винтовой упряжью, в зависимости от региона где он эксплуатируется[8][9].
На электровозах с сочленёнными тележками (ВЛ8) автосцепка размещается
на крайних поперечных балках тележек; на электровозах, имеющих
несочленённые тележки, автосцепка устанавливается в раме кузова.
Электровозы железных дорог СССР и России
В СССР массово выпускались грузовые электровозы:
- постоянного тока (3 кВ): ВЛ19, ВЛ22, ВЛ22м, ВЛ23, ВЛ8, ВЛ10, ВЛ11, ВЛ15
- переменного тока (25 кВ): ВЛ60, ВЛ80к, ВЛ80т, ВЛ80р, ВЛ80с, ВЛ85
- двойного питания (3/25 кВ): ВЛ82, ВЛ82м
Кроме того, в СССР импортировались пассажирские электровозы из Чехословакии:
- постоянного тока: ЧС1 (102 штуки, годы выпуска 1957—1960), ЧС2 (944 шт., 1963—1973), ЧС2м (2 шт., 1965), ЧС2т (119 шт., 1972—1976), ЧС3 (87 шт., 1961), ЧС200 (12 шт., 1974—1979), ЧС6 (30 шт., 1979—1981), ЧС7 (291 шт., 1981—2000)
- переменного тока: ЧС4 (230 штук, годы выпуска 1965—1972), ЧС4т (510 шт., 1971—1986), ЧС8 (82 шт., 1983—1989)
В настоящее время в России серийно выпускаются грузовые и пассажирские электровозы как постоянного (пассажирские ЭП2К; грузовые 2ЭС4К, 2ЭС6), так и переменного тока (пассажирские ЭП1М, ЭП1П; грузовые 2ЭС5К, 3ЭС5К, Э5К). Выпущена партия двухсистемных пассажирских электровозов ЭП10 (12 единиц). Официальные результаты опытной эксплуатации ЭП10 не опубликованы, однако существует ряд негативных мнений в СМИ[15][16][17].
Кроме большого ряда недоработок, свойственного для опытных
электровозов, причиной отставки от эксплуатации послужили выходы из
строя тяговых электродвигателей.
Ведутся работы над двумя проектами локомотивов в рамках программы
создания электровозов нового поколения (двухсистемный пассажирский ЭП20 и магистральный грузовой переменного тока 2ЭС5).
Список всех серийных электровозов:
ВЛ8, ВЛ10, ВЛ11, ВЛ15, ВЛ19, ВЛ22, ВЛ23, ВЛ60, ВЛ80, ВЛ82, ВЛ85, ВЛ65, ЭП1, ЭП2К, ЭП10, Э5К, 2ЭС4К, 2ЭС5К, 2ЭС6, ЧС1, ЧС2, ЧС3, ЧС4, ЧС6, ЧС7, ЧС8, ЧС200.
Список опытных и малосерийных электровозов:
ВЛ12, ВЛ40, ВЛ61, ВЛ62, ВЛ84, ЧС5, KZ4A, ЭП200. Производители электровозов
Заводы, ремонтирующие электровозы
| |
Электровозы
