Назначение, принцип работы, основные неисправности и порядок проведения технического обслуживания токоприемника электровоза

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Электровоз - локомотив, приводимый в движение находящимися на нем тяговыми электродвигателями, которые получают электроэнергию от стационарного источника - энергосистемы через тяговые подстанции и тяговую сеть от контактного провода либо от собственных тяговых аккумуляторных батарей. Выпускаются также комбинированные контактно- аккумуляторные электровозы, которые могут работать как от контактной сети, так и от аккумуляторной батареи. Подавляющее большинство находящихся в эксплуатации электровозов магистральных ж. д. являются неавтономными, т. е. не могут работать без контактной сети. На путях промышленных предприятий часто используются автономные электровозы, не зависящие от контактной сети. Для обеспечения маневровых работ наиболее подходящими являются контактно-аккумуляторные электровозы, которые используются также широко для обслуживания горных выработок, где прокладка контактного провода затруднена или невозможна. Таким образом, эксплуатируемые электровозы могут быть классифицированы по назначению, степени автономности, роду тока в тяговой сети; в зависимости от области использования и конструкции имеют ряд различных направлений. Первые электровозы появились на ж.-д. транспорте в конце 19 в. как локомотивы, альтернативные паровозам. Развитие электротехники позволило создать мощные электродвигатели постоянного тока и двигатели переменного трехфазного тока. Были решены также проблемы генерирования электроэнергии и ее передачи по контактной сети. Идея реализации электрического локомотива с автономным или неавтономным питанием была высказана в первой половине 19 в., но первые практические результаты были получены в 1880 г. В России инженер Ф. А. Пироцкий установил электрический двигатель на пассажирском вагоне и провел первые опыты; в 1880 г. в Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 3 ВСТАВЬ СВОЙ ШИФР Санкт-Петербурге был проложен для электровагона рельсовый путь. В том же году Э.В. Сименс в Германии и Т.А. Эдисон в США предложили свои конструкции. Новые локомотивы смогли заменить паровую тягу в специфических условиях эксплуатации ж. д.- в длинных тоннелях и на горных (перевальных) участках с большими уклонами. При этом проявились главные преимущества электровоза -- отсутствие выбросов отработанных газов, возможность увеличения силы тяги путем форсировки тяговых электродвигателей на руководящем уклоне, реализация идеи рекуперативного торможения с возвратом энергии в тяговую сеть. Впоследствии область рационального применения электровозов существенно расширилась: их стали использовать и на равнинных участках с интенсивным движением поездов, где решающее значение имел высокий кпд самого электровоза (до 88-91%) и всей системы электрической тяги (до 30% при питании преимущественно от тепловых электростанций и до 50-60% при питании от гидроэлектростанций). Первые электровозы на российских ж. д. появились в 1929-1930 гг. в связи с электрификацией Сурамского перевала на Закавказской железной дороге (линия Баку-Батуми). На линии эксплуатировались закупленные в Италии, США, и Германии 6-осные электровозы постоянного тока 3 кВ, получившие обозначение С (с индексом, соответствующим стране изготовителю). В России было налажено производство электровозов на Коломенском заводе совместно с московским заводом «Динамо», который начал выпускать тяговые электродвигатели и электрооборудование. В 1932 г. был выпущен первый отечественный грузовой электровоз сети Сс, впоследствии - ВЛ19 (цифра 19 указывает осевую нагрузку в т на рельсы). Этот принцип сохранялся в обозначениях электровозов ВЛ22 и ВЛ23, позже перешли к указанию числа осей (постоянного тока ВЛ8), а затем добавили букву «О», которая обозначала род тока (электровозы, работающие на однофазном токе), соответственно 6-осные и 8-осные локомотивы ВЛ60, Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист 4 ВСТАВЬ СВОЙ ШИФР ВЛ80 (позднее буква трансформировалась в ноль). Электровозы, имеющие обозначение ВЛ, были предназначены для грузового движения, хотя довольно часто используются и для тяги пассажирских поездов. Конструктивная скорость электровозов ВЛ обычно не превышает 110 км/ч. В 70-е гг. был реализован переход на более мощные 12- осные электровозы на базе двух 6-осных секций, в каждой из которых кузов опирался на три 2-осные тележки (постоянного тока ВЛ15 и переменного тока ВЛ85, ВЛ86). Однако одновременно получила распространение и концепция более гибкого типажного решения, когда выпускались 4-осные секции, из которых можно было формировать тяговые единицы из 2-4 секций (постоянного тока ВЛ11М, переменного тока ВЛ80С). По мере расширения электрификации ж. д. наряду с грузовыми электровозами начался выпуск скоростных электровозов, параметры которых были приспособлены для тяги пассажирских поездов. Первый пассажирский электровоз, получивший наименование ПБ (Политбюро), был выпущен Коломенским заводом в 1934 г. Электровоз имел 6 осей, групповой привод колесных пар. Небольшие партии грузовых электровозов ВЛ19, ВЛ22, ВЛ60 выпускались с измененным передаточным отношением от тяговых двигателей на колесные пары, что позволяло использовать их в пассажирских сообщениях (с дополнительной буквой П, например ВЛ60П). В начале 90-х гг. произошло значительное снижение перевозочной работы, вследствие чего потребность в сверхмощных электровозах сократилась, имевшийся парк электровозов стал вполне достаточным для выполнения перевозок; выпуск новых электровозов сократился. Электровоз ВЛ85, имевший наиболее отработанную конструкцию, начали выпускать в односекционном исполнении (ВЛ65). Для возможности использования электровоза в пассажирском сообщении было применено опорно-рамное подвешивание тяговых двигателей, в результате чего конструктивная скорость повысилась до 140 км/ч. Было предусмотрено электрическое отопление пассажирского поезда от электровоза. Такой электровоз фактически относится к классу универсальных - грузопассажирских. Основу эксплуатируемого парка пассажирских локомотивов составляют 6-осные электровозы ЧС2 и ЧС2Т постоянного тока, электровозы ЧС4 и ЧС4Т переменного тока, а также 8-осные электровозы ЧС6, ЧС7 и ЧС200 постоянного тока и с такой же ходовой частью электровозы ЧС8 переменного тока. С середины 90-х гг. на магистральных ж. д. эксплуатируются скоростные пассажирские электровозы (1994 г.), 8-осные односекционные электровозы ЭП200, конструктивную скорость которых предполагалось довести до 250 км/ч, и упрощенная модификация такого электровоза на конструктивную скорость 160 км/ч. В 2001 г. в связи с развитием скоростного движения выпуск электровозов на максимальные скорости 200-250 км/ч увеличился. Основные пассажиропотоки в высокоскоростном пассажирском сообщении реализованы моторвагонными электропоездами. В сер. 90-х гг. были изменены обозначения новых электровозов: в обозначение грузовых электровозов ввели букву Э (например, Э1, Э2, ЭЗ и т.д.), а для пассажирских и универсальных - буквы ЭП, в частности электровоз ВЛ65 получил обозначение ЭП1, электровоз, выполненный на базе его механической части, с возможностью питания от сети как постоянного, так и переменного тока, ЭП10.

1. Общие сведения о токоприемнике

Электровоз получает электрическую энергию через токоприемник, который установлен на крыше на изоляторах и при движении электровоза скользит по контактному проводу, обеспечивая надежный съем тока при различных условиях движения. Контактный провод подвешен в отдельных точках и из-за провисания имеет разную высоту. Токоприемник должен успевать следовать за изменением контактного провода без больших измене- ний нажатия на контактный провод и тем более не отходить от него. В случае отрыва токоприемника от контактного провода между ними возникает электрическая дуга, которая портит контактные поверхности и ухудшает съем тока при последующей работе. Требования постоянства нажатия токоприемника на контактный провод при различной его высоте и при разных скоростях движения выполняются при достаточно сложном конструктивном исполнении. В зависимости от значения снимаемого тока токоприемники выполняют легкого и тяжелого типа. Токоприемники легкого типа (на ток до 500 А) устанавливают на электровозах переменного тока и электропоездах, тяжелого типа (на длительные токи до 2200 А) -- на электровозах постоянного тока. На каждом электровозе устанавливают по два токоприемника: один -- рабочий, другой -- запасной. Обычно работает второй по ходу движения токоприемник, так как в случае его поломки передний токоприемник остается неповрежденным. При изломе же первого по ходу токоприемника его обломки могут повредить второй.

Принцип работы токоприемника поясняется рис. 1. Основание токоприемника несет на себе нижние рамы 2, валы 1 которых поворачиваются в подшипниках. С нижними рамами шарнирно соединены верхние рамы 3. В верхней части эти рамы соединены между собой и с кареткой 5, с которой связаны полозы 4, скользящие по контактному проводу.

Рисунок 1 - Принцип работы токоприемника

Валы 1 поворачиваются под действием пружины 8, которая, стремясь сжаться, передает усилие на ушки 6, поднимает рамы и создает нажатие на контактный провод. Синхронность поворота обоих валов и работу рам без перекосов обеспечивает тяга 7, соединенная с ушками 6.

Конструкция токоприемника.

На электровозе ВЛ10 установлено два токоприемника П-5. Основание токоприемника 8 (рис. 2) сварено из двух боковых продольных швеллеров и двух поперечных швеллеров, между которыми в средней части проложены и приварены два продольных уголка. К этим уголкам крепят воздушный цилиндр 11 приводного механизма с редуктором 10 и шарнир подъемного рычага. На каждом боковом швеллере укреплено по кронштейну с буфером 12, смягчающим удары подвижных рам при опускании токоприемника, а также по две полуоси 9. На полуось 1 (рис. 3), укрепленную с помощью хомутов 2 на швеллера основания 3, посажен шариковый подшипник 4, находящийся внутри вала 5 нижней рамы. Вал выполняют из трубы с наружным диаметром 89 м.

Рисунок 2 - Общий вид токоприемника П5

К валу приваривают два конических кронштейна, на которые надевают конические трубы 7 (см. рис. 2) нижней рамы и закрепляют каждую из них двумя болтами. Кроме того к валам приваривают ушки для крепления пружин 5, тяг 6 и рычагов. Конические трубы изготовляют сваркой; из тонколистовой стали толщиной 1,5 мм. Концы труб меньшего, диаметра нижней рамы соединяют с трубами верхней рамы 4 через шарниры с шариковыми подшипниками. Каждая верхняя рама выполнена из трех тонкостенных стальных труб наружным диаметром 30 мм и толщиной стенки 1 мм. Две трубы -- боковые и одна -- диагональная соединены между собой стальными хомутами. Верхние шарниры боковых труб через игольчатые подшипники соединены с осями, укрепленными по концам распорки 2, фиксирующей расстояние между боковыми трубами рамы в верхней части.

Рисунок 3 - Узел подшипника нижней рамы

токоприемник электровоз подшипник тяговый

По концам этих осей находятся каретки 1 с полозами 3. Каретка обеспечивает небольшое перемещение полозов по вертикали относительно верхней рамы, необходимое для следования полозов за небольшими по величине, но резкими изменениями контактного провода по высоте, при прохождении которых рамы токоприёмников не успевают изменить своего положения вследствие сравнительно большой массы. Каретка состоит из основания (рис. 4), состоящего из двух стальных боковин 1, соединенных втулкой 2 и заклепками 10. В верхних концевых частях основания на шариковых подшипниках установлены рычаги, состоящие из шарниров 5, к которым приварены изогнутые трубы 6 и 9 и держатели 7 кронштейнов 8 полозов. Оба рычага составляют клещевидную конструкцию. Рычаги в верх- нем положении находятся под действием пружины 3, укрепленной через ушки 4 к хвостовикам шарниров 5. Своими крайними витками пружина входит в отверстия ушек.

Рисунок 4 - Каретка токоприемника.

При подъеме токоприемника полозы упираются в контактный провод, но под действием подъемных пружин рама продолжает движение и вызывает просадку полозов с рычагами и растяжение пружины 3. При просадке рычагов относительно основания каретки на 50 мм пружина создает силу 8,5-- 9,5 юге на полоз. Эту силу можно регулировать изменением длины пружины за счет ввинчивания в отверстия ушек.

Кронштейн полоза укреплен на держателе шарнира и может поворачиваться от горизонтального положения на 5--8°. Каретка удерживается в горизонтальном положении пружинами 13 (см. рис. 2) и имеет возможность поворачиваться на небольшой угол за счет их деформации. Пружину с одной стороны крепят к хомуту, укрепленному на трубе верхней рамы, а с другой -- к заклепке основания каретки. Полоз 3 (см. рис. 2) штампуют из листовой оцинкованной стали толщиной 1,5 мм. На его рабочей поверхности укрепляют сменные контактные пластины, которые скользят по контактному проводу. Материал накладок должен иметь малое электрическое сопротивление, быть устойчивым против действия электрической дуги, износоустойчивым и по возможности меньше изнашивать контактный провод. В настоящее время находят применение медные пластины, металлокерамические пластины на медной или железной основе, а также угольные вставки. Полозы под медные накладки и под угольные вставки имеют различную конструкцию.

Рисунок 5 - Крепление угольных накладок

Пластины крепят к полозу винтами М6Х16 с конической головкой, которая утапливается в коническую рассверловку пластины. Угольные вставки 3 (рис. 5), имеющие в сечении к нижней нерабочей части форму «ласточкина хвоста», укрепляют к полозу 1, зажимая вставку между пластинами 2 и 4 болтами 5 размерами М6Х16. Кронштейны полозов с обеих сторон имеют отверстия и приваренные изнутри гайки М10. В полозе против этих отверстий имеются овальные отверстия для упрощения подгонки деталей. Полозы крепят к кронштейнам четырьмя болтами М10. Все шарнирные соединения и подшипниковые узлы имеют гибкие медные шунты для прохождения тока и предохранения подшипников разъедания током и нагрева. Рамы токоприемника поднимаются двумя подъемными пружинами 5 (см. рис. 2). Концы пружин укрепляют на пружинодержателях, имеющих по наружному диаметру винтообразные канавки, на которые навертывается пружина крайними витками. Во внутреннюю резьбу пружинодержателя ввертывается шпилька шарнира, связывающего пружину с ушками валов нижних рам. Для устранения возможного самоотвертывания пружинодержателя на шпильку ставят контргайки. Токоприемник поднимают с помощью пневматического привода, включающего в себя цилиндр и систему рычагов и тяг. Внутри цилиндра 7 (рис. 6) находятся поршень 9 с кожаной манжетой и опускающие пружины, показанные на рисунке условно в виде одной пружины 6. Через шток 4 сила сжатого воздуха передается на рычаг 12. Полость цилиндра с левой стороны закрыта от попадания пыли и грязи чулком 5 из пожарного рукава.

Рисунок 6 - Система подъема токоприемника П5

При подаче сжатого воздуха в цилиндр по трубе 8 поршень, преодолевая действие пружин 6, начнет перемещаться влево, поворачивая рычаг 12 против часовой стрелки относительно шарнира 13. Тяга 10 сместится вправо и освободит вал нижней рамы 11, который под действием подъемных пружин будет поворачиваться против часовой стрелки,

Табл. 1. Технические данные токоприемника

2. Условия работы токоприемника на ТПС.

Токоприемники -- устройства для электрического соединения неподвижной контактной сети с электрическими цепями э. и. с. как при его движении, так и в неподвижном состоянии (в последнем случае со значительным ограничением токовой нагрузки). Конструкция токоприемников и их параметры зависят от расположения контактного провода или рельса относительно локомотива. Большое влияние на конструкцию оказывают также скорость движения и токовые нагрузки.

Наиболее часто, особенно на железных дорогах, контактный провод располагают над рельсовыми путями. Расположение контактного провода сбоку от пути применяют только на промышленном транспорте при массовой погрузке и разгрузке вагонов сверху (например, открытые разработки полезных ископаемых). Контактный рельс используют при сравнительно низких напряжениях (до Uc < 1500 В) в условиях, когда он может быть огражден, например на метрополитенах.

При верхнем расположении контактного провода применяют токоприемники различных видов. Так, для троллейбусов используют штанговые токоприемники, допускающие отклонения экипажа до 4 м от оси контактной сети. Для трамваев и некоторых видов э. п. с. промышленного транспорта ранее широко применяли дуговые токоприемники, допускающие скорости не более 50--60 км/ч и токи не более 200--250 А.

Необходимо, чтобы токоприемники обеспечивали устойчивый контакт с проводом. Поэтому сила FK нажатия полоза на провод должна быть достаточно большой, однако ее нельзя увеличивать выше определенного предела, так как большая сила FK приводит к отжатию контактного провода, его повышенному износу, износу контактных деталей токоприемника. При прочих равных условиях износ зависит от силы трения в месте контакта: , где -- коэффициент трения. При медном проводе и контактных деталях токоприемника может превышать 0,16--0,20, а при угольно-графитных вставках полоза составляет 0,10 -- 0,15.

Сила трения вызывает момент, опрокидывающий токоприемник. Увеличение силы , а следовательно, и приводит к необходимости повышать прочность и особенно жесткость всей шарнирной конструкции токоприемника. Активное (при подъеме) статическое нажатие на контактный провод установлено для токоприемников серии Т не менее 100 Н и серии Л не менее 60 Н. Эти силы вызывают подъем токоприемника. Пассивное нажатие (при опускании токоприемника) должно быть соответственно не более 130 и 90 Н. Поперечная жесткость токоприемников обоих типов не менее 17 Н/мм.

3. Основные неисправности, причины возникновения и способы предупреждения.

Табл. 2

4. Периодичность и сроки плавного ТО и ТР.

Техническое обслуживание ТО-2

Осмотрите полоз. Допускается не более двух трещин на одну угольную вставку и сколы не более 50% ее ширины и 20% высоты, если при этом не ослабляется крепление вставки. Устраните следы выработок угольных вставок припиловкой до плавного сопряжения с остальной контактной поверхностью. Замените полосы с изношенными угольными вставками или медными накладками. В зимнее время удалите с полозов снег и лед. Смажьте шарнирные соединения.

Текущий ремонт ТР-1.

Измерение статического нажатия на контактный провод производите следующим образом. Закрепите динамометр к верхнему шарниру токоприемника и подайте сжатый воздух в цилиндр пневматического привода. Снимите показания динамометра 1 в диапазоне рабочей высоты от 400 до 1900 мм через каждые 100 мм при плавном движении полоза в одном направлении (вверх и вниз). При этом плавность движения обеспечивайте с помощью блока и ворота.

Произведите ревизию кареток, шарнирных соединений и подшипниковых узлов. Заложите смазку в шарниры и привод (согласно карте смазки). Смазку в привод подавайте в поднятом положении токоприемника, но не под контактным проводом. Произведите отсчет времени подъема с момента начала движения полоза от сложенного положения до подъема его на наибольшую рабочую высоту (1900 мм) при номинальном давлении сжатого воздуха 0,5 МПа (5 кгс/см2). Отсчитайте время опускания токоприемника с момента начала движения полоза с наибольшей рабочей высоты до сложенного положения. Регулировку времени подъема и опускания производите с помощью клапана токоприемника КП-41 (электромагнитного вентиля токоприемника ЭВТ-54).

Текущий ремонт ТР-2.

Выполните работы в объеме ремонта ТР-1. Дополнительно произведите следующие работы.

Измерить статистическое нажатие на контактный провод, произвести следующим образом. Закрепите динамометр к верхнему шарниру токоприемника и подайте сжатый воздух в цилиндр пневматического привода. Снимите показания динамометра в диапазоне рабочей высоты от 400 до 1900 мм через каждые 100 мм при плавном движении полоза в одном направлении (вверх и вниз). По результатам замеров постройте график активного (при подъеме) и пассивного (при опускании) статического нажатия и определите разницу между наибольшим и наименьшим нажатиями при одностороннем движении токоприемника, значение двойного трения в шарнирах как разницу между пассивным и активным статическим нажатием в одной точке рабочей высоты.

При отклонении характеристики статического нажатия от нажатия нормы регулировку производите следующим образом: поднимите токоприемник до наибольшей рабочей высоты, для чего подайте сжатый воздух в цилиндр привода; измените предварительное натяжение подъемных пружин вращая их совместно с держателем на регулировочных штырях; снимите характеристику статического нажатия. Постоянство статического нажатия при одностороннем движении токоприемника достигается изменением плеча рычага подъемных пружин на наибольшей высоте. При завале характеристики болты равномерно ввинчивайте, при задире болты равномерно вывинчивайте.

Текущий ремонт ТР-3.

Выполните работы в объеме ремонта ТР-2. Дополнительно произведите следующие работы.

Соблюдайте особые меры предосторожности при разборке пневматических приводов и опускающих пружин. Измерение характеристики опускающей силы, представляющей зависимость силы опускания на полозе от высоты последнего при сообщении цилиндра пневматического привода с атмосферой, производите в следующем порядке. Закрепите динамометр. Полоз приводите в движение с помощью троса, блока и ворота. Показания динамометра снимайте в диапазоне рабочей высоты через каждые 100 мм при плавном движении полоза сверху вниз. В случае необходимости опускающую силу и наибольшую высоту подъема регулируйте поворотом тяги пневматического привода, имеющей для этой цели шарниры с правой и левой резьбой. Перед регулировкой контргайки на тяге отпустите, после регулировки тщательно затяните. Для проверки наибольшей высоты подъема токоприемника замерьте расстояние по высоте от контактной поверхности полоза в сложенном положении до этих же поверхностей, когда токоприемник поднят без ограничения по контактному проводу.

Размещено на Allbest.ru