2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра «Электрический железнодорожный транспорт»

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ

Методические указания к выполнению лабораторных работ

для студентов специальности 190303 «Электрический транспорт железных дорог» очной и заочной форм обучения

Составители: И.К. Андрончев

А.А. Комаров, Н.Н. Капранов

Т.А. Попугаева, А.С. Тычков

Самара 2007

УДК 625.282:629.424.1

Электрические железные дороги: методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 190303 «Электрический транспорт железных дорог» очной и заочной форм обучения [Текст] / составители: И.К. Андрончев, А.А. Комаров, Н.Н. Капранов, Т.А. Попугаева, А.С. Тычков. - Самара : СамГУПС, 2007. - 24 с.

Утверждено на заседании кафедры «Электрический железнодорожный транспорт» «24» сентября 2007 г., протокол № 1.

Печатается по решению редакционно-издательского совета университета.

Цикл лабораторных работ связан с изучением устройства и работы узлов механической части электроподвижного состава (ЭПС), а также с особенностями их нагружения в различных режимах работы, принципа действия ЭПС, отдельных узлов его оборудования на макетах и натурных образцах.

Лабораторные работы выполняют на полигоне транспортной техники СамГУПС, а также в лаборатории «Электрооборудование ЭПС» кафедры «Электрический железнодорожный транспорт».

Составители: Иван Константинович Андрончев, Александр Анатольевич Комаров, Николай Николаевич Капранов, Татьяна Анатольевна Попугаева, Александр Сергеевич Тычков

Рецензенты: К.т.н., доцент кафедры «Локомотивы» СамГУПС В.В. Иванов; главный технолог локомотивного депо Кинель

Кбш. ж.д. филиала ОАО РЖД А.М. Кончев

Редактор И.М. Егорова. Компьютерная верстка Е.Ю. Шарова

Подписано в печать 27.12.2007. Формат 60x90 .

Бумага писчая. Печать оперативная. Усл. п. л. 1,5.

Тираж 100 экз. Заказ № 237.

© Самарский государственный университет путей сообщения, 2007

Лабораторная работа №1

РАМА ТЕЛЕЖКИ

Цель работы: изучить особенности конструкций, функциональное назначение и условия работы.

Краткие теоретические сведения

электроподвижной транспорт железная дорога

Рама тележки предназначена для передачи и распределения вертикальной нагрузки между отдельными колесными парами (при помощи рессорного подвешивания), восприятия тягового усилия, тормозной силы, боковых усилий от колесных пар и передачи их на раму кузова. В раме тележки размещены колесные пары с тяговыми двигателями и зубчатыми передачами, буксы с рессорным подвешиванием, тормозное оборудование и противоотносное шкворневое устройство.

Рама тележки представляет собой цельносварную замкнутую конструкцию прямоугольной формы (рис. 1), состоящую из двух боковин 3 коробчатого сечения, связанных между собой шкворневым (центральным) 10 и двумя концевыми поперечными брусьями 2. Боковины и концевые брусья коробчатого сечения сварены из четырех листов прокатной стали М16С. К нижнему листу боковины приварены малые 11 и большие 9 буксовые кронштейны, выполненные отливкой из стали 12ГТЛ-II. На верхнем листе боковины в месте расположения шкворневой балки имеются усиливающие боковину накладки. К накладкам крепятся сваркой наличник под скользун опоры кузова и обечайка под масляную ванну.

На внутренней стороне боковин установлены кронштейны 8 для подвесок тормозной системы, а на наружной - кронштейны 6 под гидравлический гаситель. На концевых брусьях приварены кронштейны 12 для подвесок тормозной системы и накладка 1 под ролик противоразгрузочного устройства.

Шкворневой брус 10 коробчатого сечения с усиливающими ребрами состоит из собственно шкворневого бруса, отлитого из стали 12ГТЛ-II, и бруса шаровой связи, отлитого из той же стали и приваренного к шкворневому брусу в нижней части. В средней части шкворневого бруса имеется овальное с коническим переходом по высоте углубление, через которое проходит шкворень, передающий тяговые и тормозные усилия от рамы тележки на раму кузова. С двух сторон к шкворневому брусу приварены кронштейны 4 и 7 для подвески рычагов ручного тормоза. С нижней стороны шкворневого бруса имеются площадки для приварки кронштейнов 5 под крепление тормозных цилиндров.

В брусе шаровой связи с двух сторон имеются проушины для подвески тяговых двигателей. Внутренняя полость бруса служит для размещения в ней деталей шаровой связи. В связи с повышением скорости движения рамы должны выполняться, возможно, более легкими. Сечение всех элементов следует выбирать с разумно минимальным запасом.



Рис. 1. Рама тележки

Различают следующие боковины сварных рам тележек коробчатого сечения: сварные из прокатных профилей (рис. 2, а); из отдельных листов (рис. 2, б); из двух штампованных профилей (рис. 2, в); из верхней штампованной коробки и трех отдельных листов (рис. 2, г).

а) б) в) г)

Рис. 2. Виды профилей боковин сварных рам тележек коробчатого сечения

Рамные крепления - поперечные балки - изготовляют или сварными из тех же профилей, или литыми. Применение прокатных профилей удешевляет производство рам, однако, они при той же прочности имеют больший вес по сравнению с рамами из штампованных профилей вследствие худшего использования материала, поскольку высота сечения остается постоянной, и увеличение момента инерции его может быть достигнуто только за счет толщины навариваемых горизонтальных ластов.

Широкое применение нашли рамы, сваренные из штампованных половин или из четырех листов. Меняя их высоту можно получать балки равного сопротивления с минимальным весом. В этом заключается их большое преимущество.

При проектировании и расчете рамы тележки, как и всякой иной конструкции, должна быть получена полная гарантия того, что в эксплуатационных условиях она с достаточной вероятностью (близкой к единице) без повреждений проработает положенный срок.

Методы расчета основываются на действительных нагрузках на рамы тележек. При этом приходится считаться с разнообразными сочетаниями условий, в которых работает подвижной состав, и которые дают различные величины и частоты повторений сил и напряжений, могущих дать накопление повреждений.

Силы, действующие на рамы тележек, по влиянию их на долговечность рам могут быть разбиты на две группы. В первую группу входят статически действующие силы, в том числе и силы, медленно меняющиеся. Ко второй группе относятся переменные нагрузки, вызванные воздействием пути.

Основным расчетами нагрузки первой группы являются: вертикальная весовая нагрузка; центробежная сила и сила давления ветра, а также вызываемая ими реакция рельсов в опорных точках колес; усилия, возникающие в раме при работе тяговых двигателей; силы, действующие при торможении.

Переменные нагрузки, вызванные воздействием железнодорожного пути, зависят от скорости движения, нагрузки колес и верхнего строения пути.

Порядок выполнения работы

1. На полигоне транспортной техники СамГУПС ознакомиться с конструкцией рамы тележки электровоза ВЛ-10, ВЛ-60.

2. Выполнить анализ действующих на раму нагрузок.

3. Сделать выводы об условиях работы рамы тележки.

Содержание отчета

1. Дать эскиз и краткое описание конструкции рамы.

2. Перечислить и показать на эскизе действующие нагрузки.

3. Сделать выводы об условиях работы рамы тележки.

Лабораторная работа №2

КОЛЕСНЫЕ ПАРЫ

Цель работы: изучить конструкции и особенности работы колесных пар; установить влияние конструкции на безопасность движения поездов.

Краткие теоретические сведения

Колесная пара является наиболее ответственным узлом в тележке и от надежности ее работы зависит безопасность движения. Во время работы она жестко воспринимает все удары от неровностей пути как в вертикальном, так и горизонтальном направлении и в свою очередь сама жестко воздействует на путь. Кроме того, детали колесной пары воспринимают вращающий момент от вала тягового двигателя при реализации тягового усилия. Поэтому от конструкции колесной пары требуется обеспечение необходимой прочности всех ее элементов.

Колесная пара современного грузового электровоза (рис. 1) состоит из оси 5, колесных центров 1, бандажей 2, зубчатых колес 4 и бандажных колец 3. Оси колесных пар кованы из осевой стали. Толщина нового бандажа по кругу катания 90⁺⁵ мм.

Ось состоит из средней части (рис. 2) 1, шеек моторно-осевых подшипников 2, подступичных частей 3, предподступичных частей 4, буксовых шеек 5. На концах буксовых шеек имеется резьба 2M170x3 для гайки, закрепляющей приставное кольцо роликовых подшипников на оси. В торцах оси нарезано по два отверстия М16 для крепления планки, предохраняющей гайку от отвинчивания.

Все поверхности оси, за исключением торцов, шлифуют, кроме того, буксовые, моторно-осевые и подступичные части подвергают упрочняющей накатке профильными роликами с усилием 4 тс при начальной и 2,5 тс при окончательной накатке. После окончательной обработки ось проверяют магнитным дефектоскопом на отсутствие трещин.

Колесные центры коробчатые, отлитые из стали 25Л-Ш. На удлиненные ступицы центров напрессованы зубчатые колеса с усилием 50 - 80 тс. Натяг составляет 0,25 - 0,33 мм.

Бандаж (рис. 3) изготовлен из специальной стали ТУ 65--67 с размерами по ГОСТ 3225-46 и имеет после окончательной обработки на собранной колесной паре толщину 90 мм и диаметр по кругу катания 1250 мм. Профиль бандажа выполнен в соответствии с требованиями ГОСТ 11018 - 76. Правильность профиля проверяют специальным шаблоном. Бандаж надевают на обод колесного центра в горячем состоянии при температуре 250 - 320°С с натягом 1,3 - 1,7 мм.

Перед насадкой бандаж проверяют магнитным дефектоскопом на отсутствие трещин. Для предупреждения сползания с колесного центра бандаж стопорят кольцом 3, изготовленным из стали по ГОСТ 5267--63. Собранное колесо с колесным центром, бандажом, зубчатым колесом и бандажным кольцом напрессовывают на ось усилием 110 - 150 тс.

Рис. 1. Колесная пара



Рис. 2. Ось колесной пары

Наиболее ответственными элементами колесной пары являются бандажи и оси.

На бандажи действуют растягивающие и сжимающие усилия от вертикальной нагрузки, а также ударные нагрузки при прохождении неровностей пути. Поэтому материал бандажа должен обладать высокой прочностью, чтобы сопротивляться, кроме растяжения, износу и смятию и в то же время он должен быть достаточно вязким, чтобы выдержать ударные нагрузки, особенно опасные в зимнее время.

Рис. 3. Бандаж колесной пары: 1 - обод, 2 - бандаж, 3 - установочное кольцо, 4 - упорный бурт

Ось колесной пары при вращении работает по симметричному знакопеременному циклу, т.е. при каждом обороте колеса напряжения изгиба меняют свой знак. В результате в материале возникают усталостные явления. Высокие скорости движения поездов вызывают повышение динамических нагрузок на оси и увеличивают возможность их разрушения от усталости.

Порядок выполнения работы

1. На полигоне железнодорожной техники СамГУПС ознакомиться, с конструкцией колесной пары грузового электровоза ВЛ-10, ВЛ-60.

2. Выполнить анализ действующих на колесную пару (ось) нагрузок, исследовать влияние геометрии бандажа на безопасность движения.

Содержание отчета

1. Дать эскиз и краткое описание конструкции колесной пары.

2. Перечислить и показать на эскизе действующие нагрузки.

3. Выделить на эскизе и обосновать участки концентраций напряжений на оси колесной пары и бандажах.

4. Сделать выводы об условиях работы и влиянии конструкции на безопасность движения.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

АВТОСЦЕПНОЕ УСТРОЙСТВО

Цель работы: изучить конструкцию и особенности работы автосцепного устройства.

Краткие теоретические сведения

Важным достоинством автосцепного устройства является то, что сцепление подвижного состава происходит автоматически без участия сцепщика.

Комплект такого устройства включает в себя автосцепку СА-3 (советская автосцепка, третий вариант), которая непосредственно сцепляет единицы подвижного состава, поглощающий аппарат, тяговый хомут с клином и поддерживающими болтами, упругую плиту, ударную розетку с центрирующей балочкой и маятниковыми подвесками, передние и задние упорные угольники и поддерживающую планку сцепной рычаг с рукояткой и цепью расцепного привода, кронштейн расцепного привода с державкой (рис. 1).

Рис. 1. Автосцепное устройство:

1 - автосцепка CA-3 ; 2 - упорная плита ; 3 - ограничительная планка; 4 - центрирующая балочка; 5 - задний упор; 6 -поглощающий аппарат; 7 - ударная розетка; 8 - маятниковая подвеска; 9 - контур зацепления; 10 - тяговый хомут; 11 -клин

Передача сжигающего усилия и удара от автосцепки раме подвижного состава происходит следующим образом. При нажатии на ударные поверхности корпуса автосцепки ее хвостовик 1 нажимает на упорную плиту 2, а через нее на нажимной конус 3 поглощающего аппарата (рис. 2). Нажимной конус, сжимая пружины 5 и преодолевая сопротивления трения фрикционных клиньев 4, входит внутрь корпуса 6 поглощающего аппарата частично или полностью в зависимости от величины воспринятого усилия. При полном уходе нажимного конуса упорная плита передает усилие непосредственно на торец корпуса. От корпуса аппарата усилие передается задним упорным угольникам 8 и через них раме тележки 7 или хребтовой балке вагона.

Рис. 2. Поглощающий аппарат

Тяговый хомут приводится в движение хвостовиком автосцепки через клин. Растягивающие усилия от хвостовика автосцепки передаются через клин тяговому хомуту. Тяговый хомут своей опорной частью нажимает на основание корпуса поглощающего аппарата, передвигает его по направлению к передним упорным угольникам, преодолевая сопротивление пружин и трение клиньев. Это усилие передается через нажимной конус и после полного сжатия поглощающего аппарата через его корпус упорной плите, далее передним упорным угольникам, а через них - раме.

После прекращения действия продольного усилия на автосцепку сжатые пружины поглощающего аппарата расправляются, выдвигают фрикционные клинья и нажимной конус из корпуса и тем самым восстанавливают поглощающий аппарат до его первоначальной длины.

Основным узлом автосцепного устройства является автосцепка и, следовательно, требует более детального рассмотрения.

Корпус автосцепки представляет собой стальную литую деталь, состоящую из полой головной части, в которой помещается механизм сцепления, и пустотелого хвостовика с вертикальным отверстием для соединения с тяговым хомутом упряжного аппарата с помощью клина-чеки. Голова автосцепки имеет большой и малый зубья. Пространство, заключенное между этими неподвижными зубьями, представляет собой зев автосцепки. В зеве собранной автосцепки выступает рабочая часть замка и лапа замкодержателя.

Голова корпуса автосцепки заканчивается сзади упором, предназначенным для передачи жесткого удара на тележку через концевую балку рамы и ударную розетку. Пустотелый хвостовик корпуса автосцепки имеет прямоугольное сечение постоянной высоты по всей длине. Отверстие в хвостовике предназначено для соединения автосцепки клином с тяговым хомутом.

В голове корпуса автосцепки, кроме кармана для размещения механизма сцепления, имеются также приливы, служащие для опоры и размещения этого механизма.

Механизм автосцепки CA-3 состоит из замка, замкодержателя, предохранителя замка от саморасцепа, подъемника, валика подъемника и болта, с гайкой и двумя запорными шайбами для закрепления валика подъемника.

Назначение замка - замыкать автосцепки. Перекатываясь под действием собственного веса по опорной дуге, замок занимает в голове автосцепки нижнее положение. В сцепленном состоянии оно соответствует замкнутому положению автосцепок, а в расцепленном - состоянию готовности к сцеплению.

Замкодержатель имеет лапу с хвостовиком и противовес. Овальным отверстием замкодержатель навешивается на шип в кармане головы корпуса автосцепки. Снизу под овальным отверстием расположен прямоугольный выступ, называемый расцепным углом. Замкодержатель с предохранителем замка предназначен для удержания замка в нижнем положении при сцепленных автосцепках. Кроме того, вместе с подъемником замкодержатель удерживает замок в верхнем положении при расцепленных автосцепках до разведения вагонов.

Предохранитель замка от саморасцепа вместе с замкодержателем удерживает замок в нижнем положении при сцепленных автосцепках. Предохранитель представляет собой двуплечий рычаг с цилиндрическим отверстием для навешивания на шип замка.

Подъемник замка предназначен для того, чтобы при расцеплении отвести замок внутрь головы, с помощью замкодержателя не дать ему опуститься вниз и восстановить сцепление прежде, чем полностью будут разведены вагоны. Подъемником можно закрепить замок в расцепленном состоянии. Это дает возможность работать автосцепкой без сцепления при соударении вагонов. Валик предназначен для поворота подъемника замка при расцеплении автосцепок и для ограничения выхода замка из кармана корпуса в зев вобранной автосцепки. Он состоит из балансира и стержня, крайние части которого имеют цилиндрическую форму, а средняя - квадратную. Болт закрепляет валик подъемника от выпадания из корпуса автосцепки, а следовательно, удерживает весь механизм внутри головы в правильно собранном состоянии.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с конструкцией автосцепного устройства на модели лабораторного стенда.

2. Изучить работу устройства, воспроизведя режимы сцепления и расцепления.

3. Выполнить анализ действующих усилий при сцеплении и расцеплении подвижного состава.

4. Сделать выводы об условиях работы автосцепного устройства.

Содержание отчета

1. Дать эскиз и краткое описание конструкции автосцепного устройства.

2. Перечислить и показать на эскизе действующие нагрузки.

3. Сделать выводы об условиях работы.

Лабораторная работа №4

ТЯГОВАЯ ПЕРЕДАЧА

Цель работы: изучить конструкции и особенности работы тяговых передач для грузового и пассажирского ЭПС.

Краткие теоретические сведения

Тяговая передача обеспечивает передачу потока мощности от тягового двигателя к движителю. Тяговая передача - основной элемент механической части тягового привода. Она, как правило, является сложным механизмом, требующим значительных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте, а развивающиеся в ней динамические явления отличаются высокой интенсивностью, и их последствия могут приводить к снижению надежности локомотива в целом.

Выбор тяговой передачи производится в зависимости от способа подвешивания тягового двигателя и величины тягового момента.

На грузовых электровозах при большой мощности тягового двигателя устанавливают двухстороннюю зубчатую передачу (рис. 1), при которой шестерни 2 напрессовывают на вал двигателя 1, a зубчатые колеса 3 - на ось колесной пары.

Для нормальной работы зубчатого зацепления необходимо, чтобы расстояние между центрами (централь) зубчатого колеса и шестерни не менялось. Работа зубчатой передачи не нарушается тогда, когда связь двигателя с колесной парой неизменна, т.е. нет износа моторно-осевых подшипников.

При двусторонней зубчатой передаче необходимо обеспечить одинаковую нагрузку обеих шестерен. Это достигается при помощи косозубого зацепления. Обе стороны передачи выполняют с наклоном зубьев в противоположных направлениях. Если в результате неточностей монтажа в зацепление вступает шестерня одной стороны передачи, появляющаяся аксиальная составляющая от нажатия косого зуба колеса на шестерню заставляет якорь перемещаться до тех пор, пока не войдет в зацепление шестерня другой стороны. Угол наклона зуба на отечественных электровозах принят 24^о.

Рис. 1. Колесно-моторный блок электровоза ВЛ-10 с двухсторонней зубчатой передачей

Для зубчатых передач применяют эвольвентное зацепление, допускающее некоторое отклонение централи, неизбежное при износе подшипников. Стремление повысить передаточное число приводит к уменьшению диаметра шестерни, числа ее зубьев и подрезу основания зуба.

Применяемое коррегирование зубьев заключается в увеличении высоты головки зуба шестерни и соответствующем углублении основания зуба зубчатого колеса, другими словами, - в облегчении работы шестерни, находящейся в особо тяжелых условиях, за счет зубчатого колеса.

При опорно-рамном подвешивании двигатель полностью расположен на раме, и его нельзя связать непосредственно зубчатой передачей с движущей колесной парой, так как последняя при движении по неровностям пути надрессорного строения имеет вертикальные перемещения относительно двигателя, поэтому двигатель связывают с колесной парой при помощи полого вала, карданной передачи или гибких муфт.

На электропоездах широко применяется передача с упругой муфтой и зубчатым редуктором (рис. 2).

Упругая муфта играет роль не только соединительного, но и упругого звена, снижающего динамические нагрузки в приводе вследствие гибкости упругой оболочки. В ней отсутствуют трущиеся, изнашиваемые и связываемые поверхности, для ее изготовления не требуется дефицитных и дорогостоящих материалов.

Рис. 2. Колесно-редукторный блок электропоезда ЭР-2, содержащий тяговую передачу с упругой муфтой

Муфта состоит из двух стальных фланцев 2, которые насаживают в горячем состоянии на конические хвостовики валов тягового двигателя и шестерни редуктора, резинокордной упругой оболочки 3 и деталей крепления оболочки к фланцам.

Упругую оболочку, установленную на фланец шестерни, прижимают к нему полукольцами и закрепляют болтами.

Муфта допускает параллельное радиальное и продольное смещение осей валов якоря двигателя и малой шестерни до 15 мм. При этом на муфту действуют растягивающие усилия от центробежной силы и усилия от скручивающего момента при ее вращении.

Порядок выполнения работы

1. На полигоне железнодорожной техники СамГУПС ознакомиться с конструкцией тяговой передачи грузового электровоза ВЛ-10, выполнить анализ действующих на тяговую передачу нагрузок. Выполнить те же работы для колесной пары электропоезда ЭР-2 по соответствующим наглядным материалам.

2. Ознакомиться с конструкцией тяговой передачи грузового электровоза и электропоезда.

3. На моделях изучить работу передач.

4. Выполнить анализ действующих на тяговые передачи усилий.

Содержание отчета

1. Дать эскизы и краткое описание конструкции тяговых передач электровоза ВЛ10 и электропоезда ЭР-2.

2. Перечислить и показать на эскизе действующие нагрузки.

3. Сделать выводы об условиях работы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

ИЗУЧЕНИЕ КОНТАКТОРОВ

Цель работы: изучить конструкцию и принцип действия приводов электропневматических и электромагнитных контакторов. Ознакомиться с технической характеристикой контакторов ПК-(21-26), МК-310Б.

Краткие теоретические сведения

В качестве коммутирующих аппаратов в силовых цепях ЭПС используются индивидуальные электропневматические (ЭПК) и электромагнитные (ЭМК) контакторы. В зависимости от условий работы ЭПК и ЭМК имеют различное конструктивное исполнение /8/. Общий схематический вид контакторов представлен на рисунке 1.

Рис. 1. Электропневматический (а) и электромагнитный (б) контакторы

Управление ЭПК осуществляется электромагнитным вентилем. При замыкании низковольтной цепи катушки электромагнитного вентиля включающего типа (рис. 1, а) открывается доступ сжатому воздуху в цилиндр 2 контактора. Поршень перемещается вверх и сжимает выключающую пружину 3. Изоляционный стержень 4 поворачивает рычаг 5 с находящимся на нем подвижным контактором 6. Когда подвижной рычаг коснется неподвижного 7, электрическая цепь замкнется, но при этом процесс включения не закончится. Подвижный контакт и рычаг соединены шарнирно. Между их выступами находится притирающая пружина 8. После соприкосновения контактов поршень вместе со стержнем продолжает двигаться вверх, и подвижный контакт перекатывается по неподвижному. Благодаря этому поверхность контактов очищается от образовавшихся окислов.

Чтобы выключить контактор, разрывают цепь катушки электромагнитного вентиля. При этом пружина возвращает клапаны вентиля в исходное положение, нижняя полость цилиндра сообщается с атмосферой, поршень под действием выключающей пружины движется вниз и контакты размыкаются.

ЭПК устанавливаются в силовых цепях тяговых двигателей и в зависимости от выполненных функций имеют различные номинальные данные. Контакторы с большим длительным током имеют большие ширину контактов и сечение токоведущих частей, большее контактное нажатие и соответственно больший диаметр цилиндра привода /1, 8,12/.

Управление ЭМК осуществляется подачей питания на включающую катушку. При возбуждении включающей катушки 1 (рис. 1, б) под воздействием магнитного поля, создаваемого катушкой, якорь 2 притягивается к сердечнику 3 катушки и, поворачиваясь вокруг оси, замыкает неподвижный 5 и подвижный 6 контакты. Одновременно сжимается выключающая пружина 7. После замыкания контактов ток пройдет через дугогасительную катушку 8, контакты и гибкий шунт к нагрузке.

ЭМК устанавливаются в силовых вспомогательных цепях электрических машин и аппаратов отопления /8, 12/.

Электрическое соединение подвижного и неподвижного контактов у ЭПК и ЭМК имеют повышенное сопротивление. Объясняется это тем, что контактные поверхности даже при хорошей их обработке соприкасаются в отдельных микроконтактных точках, а также покрыты окислами металлов. С повышением нажатия на контакты (контактного давления) увеличивается число точек соприкосновения, т.е. растет фактическая площадь контакта, тем самым уменьшается переходное контактное сопротивление.

Исходя из этого, наиболее целесообразно иметь такую форму контактных поверхностей, которая обеспечивает концентрацию давления на относительно малой площади и дает возможность разрушать поверхностную пленку окисления. Для уменьшения переходного сопротивления используется притирание контактов при замыкании, в результате которого имеет место перекатывание подвижного контакта по неподвижному с перескальзыванием по поверхности. Благодаря этому увеличивается действительная площадь касания при одном и том же давлении. Этим условиям отвечают линейные контакты.

В процессе размыкания происходит уменьшение поверхности соприкосновения контактов, вызывающее увеличение переходного сопротивления. Создается местный нагрев контактов, достаточный для образования горячего катода. При некотором напряжении между разомкнутыми контактами под действием электростатического поля катодное пятно излучает поток электронов, ионизирующих окружающую среду, создавая тем самым условия для возникновения электрической дуги. Гашение дуги осуществляется различными способами, увеличивающими падение напряжения в ней до величины, при которой ток падает до нуля. Основным средством гашения дуги является увеличение ее длины.

В ЭПК и ЭМК применяется магнитное дугогашение, принцип действия которого основан на перемещении дуги под действием магнитного поля и удлинения ее до критического состояния. Направление движения дуги определяется по правилу левой руки.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с конструкцией ЭПК и ЭМК.

2. Разобрать принципы действия включения ЭПК и ЭМК.

3. Включить и выключить контакторы с помощью дистанционного управления.

4. Изучить технические характеристики контакторов ПК-(21-26), МК-З10Б-42 /1/.

5. Составить выводы об условиях работы ЭПК и ЭМК /8/.

Содержание отчета

1. Дать краткое описание конструкции и принципов действия ЭПК и ЭМК.

2. Привести кинематические схемы ЭПК и ЭМК.

3. Привести технические характеристики ПК-(21-26) и МК-310Б-42 /1/.

4. Сделать выводы по работе.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

ИЗУЧЕНИЕ ТОКОПРИЕМНИКА

Цель работы: изучить конструкцию и особенности работы токоприемника; ознакомиться с технической характеристикой токоприемника П-5.

Краткие теоретические сведения

Токоприемники являются тяговыми электрическими аппаратами, осуществляющими подвижное соединение цепей с контактной сетью.

Токоприемники имеют различную конструкцию в зависимости от системы токосъема и условий работы. При верхнем контактном проводе применяют рычажные токоприемники - пантографы, дуговые и штанговые токоприемники; при боковом контактном проводе - специальные боковые; при контактном рельсе - рельсовые токоприемники.

Условиям работы магистрального подвижного состава удовлетворяют рычажные токоприемники - пантографы. Они обеспечивают надежный токосъем при больших скоростях движения и при больших токовых нагрузках, не требуя перестановки при изменении направления движения, допускают дистанционное управление подъемом и опусканием. На подвижном составе метрополитена, где с целью уменьшения сечения тоннеля используют контактный рельс, применяются рельсовые токоприемники.

Рычажный токоприемник состоит из основания, нижних и верхних рам, полозов, кареток, подъемных пружин, пневматического привода с опускающими пружинами, редукционного устройства (рис. 1).

Основание токоприемника сварено из швеллерной стали и угольников. На нем установлены цилиндр пневматического привода и редукционное устройство. Нижние рамы, выполненные из съемных конусных труб и вала, укреплены в основании. Верхние рамы, представляющие собой конструкцию из тонкостенных труб, шарнирно соединены с нижними рамами и несут на себе клещеобразного вида каретки, на которых укреплены два полоза.

Рис. 1. Внешний вид токоприемника электровоза постоянного тока

Токоприемник поднимается при подаче в цилиндр привода сжатого воздуха. Поршень сжимает опускающие пружины, расположенные в цилиндре, и подъемные пружины срабатывают. Шарнирно связанные с подъемными пружинами нижние рамы поворачиваются и обеспечивают подъем верхних рам совместно с каретками и полозами. Синхронизация поворота валов нижних рам обеспечивается тягами, которые шарнирно укреплены в ушках валов нижних рам. Подъемные пружины защищены от попадания снега стеклопластиковыми кожухами.

В рабочем диапазоне высоты подъема полозов токоприемника опускающие пружины, находящиеся в цилиндре привода, полностью сжаты и нажатие полоза на контактный провод определяется только усилием подъемных пружин. При выпуске сжатого воздуха из цилиндра опускающие пружины, разжимаясь, компенсируют действие подъемных пружин и опускают токоприемник.

Контактное нажатие регулируют изменением нажатия подъемных пружин, вращая их на держателях; высоту наибольшего подъема - специальной гайкой на пневматическом приводе, ограничивающей ход штока поршня.

Время подъема и опускания токоприемника регулируют редукционным устройством (рис. 2), которое состоит из крана 9 и воздухораспределителя 1. Ручка 8 крана тягой 7 связана с рычагом 5 штока пневматического цилиндра 3. Изменяя болтами 4 длину тяги и угол поворота валиков 6 тяги 7, регулируют опускание токоприемника. Удлиняя тягу ускоряют, а укорачивая тягу замедляют опускание токоприемника.

Рис. 2. Редукционное устройство токоприёмника

При опущенном токоприемнике кран 9 редукционного устройства перекрыт, и воздух в цилиндр 3 попадает через регулируемое отверстие 2 воздухораспределителя; токоприемник поднимается медленно. Рычаг при движении перемещает ручку крана, который открывается после прикосновения полозов к контактному проводу. При опускании токоприемника воздух из цилиндра выходит через кран. Происходит быстрое опускание токоприемника, однако, пройдя наименьшую рабочую высоту, кран перекрывается, воздух выходит через регулируемое отверстие, и токоприемник плавно опускается на амортизаторы.

Каретки с полозами удерживаются в горизонтальном положении четырьмя оттяжными пружинами, которые дают возможность некоторого поворота всего верхнего узла вокруг поперечной оси токоприемника. Каждый полоз может самостоятельно поворачиваться на 5 - 7^о относительно его продольной оси.

Для хорошего токосъема, т.е. скольжения полоза по контактному проводу без дугообразования и искрения, существенное значение имеет сила нажатия полоза на контактный провод. Она не должна быть меньше определенного значения, обеспечивающего необходимое контактное нажатие, и в то же время не должна быть слишком большой во избежание опасного отжатия контактного провода и повышенного механического износа его и контактных вставок. Поэтому необходимо, чтобы токоприемник обеспечивал минимальное изменение нажатия в рабочем диапазоне высот контактного провода.

Это свойство токоприемника определяется, прежде всего, его статической характеристикой, представляющей зависимость нажатия от высоты подъема при медленном вертикальном перемещении полоза, в процессе которого влияние инерционных сил незначительно.

При движении ЭПС высота подъема токоприемника изменяется в соответствии с изменением высоты контактного провода. Если скорость движения невелика, то нажатие изменяется в соответствии со статической характеристикой. С повышением скорости начинают сказываться инерционные силы, вызываемые вертикальным ускорением полозов. Не учитывая небольшую дополнительную инерционную силу, которая возникает в связи с изменением приведенной массы подвижных частей токоприемника при изменении высоты подъема, динамическую силу нажатия полоза можно выразить так:

(1)

где Р_с - статическая сила нажатия;

М - масса подвижной системы, приведенная к полозу;

V_п - скорость изменения высоты полоза.

Здесь знак плюс соответствует ускорению при движении полоза вниз или замедлению при движении вверх, а знак минус - замедлению при движении полоза вниз и ускорению при движении вверх.

Приведенная масса зависит от высоты подъёма токоприемника. В верхнем положении небольшое изменение высоты сопровождается значительными перемещениями рам и приведенная масса наибольшая, в нижнем положении изменение высоты сопровождается меньшим перемещением рам и приведенная масса меньше.

Токоприемник будет работать без дугообразования, если

(2)

где Р_min - минимальное нажатие, обеспечивающее надежное контактное соединение полоза с приводом.

Следовательно, минимальная статическая сила нажатия

(3)

т.е. она должна быть тем больше, чем больше масса М. Для уменьшения массы все детали подвижной системы выполняют возможно более легкими; обычно применяют рамы из тонкостенных стальных труб. Наиболее существенное значение имеет облегчение контактного полоза и всех деталей, расположенных в верхнем узле токоприемника.

Для токоприемников высокоскоростного ЭПС особенно важны аэродинамические качества, которые оценивают по дополнительному нажатию полоза на провод под воздействием потока воздуха: оно мало при скорости ниже 80-100 км/ч, а при больших скоростях быстро возрастает и может превосходить статическое нажатие.

Токоприемник любого ЭПС должен обладать также малой парусностью, т.е. под воздействием сильного ветра не подниматься самопроизвольно и не вызывать опасного отжатия контактного провода.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с конструкцией токоприемника Т-5М1 электровоза ВЛ-10 на полигоне СамГУПС, в лаборатории.

2. Выполнить подъем и опускание токоприемника в лабораторных условиях под контролем преподавателя.

3. Разобрать принцип действия привода для подъема и опускания токоприемника.

4. Изучить техническую характеристику токоприемника Т-5М1.

Содержание отчета

1. Дать краткое описание конструкции и принципа действия токоприемника.

2. Привести кинематическую схему токоприемника T-5M1.

3. Привести техническую характеристику токоприемника T-5M1.

4. Сделать выводы об условиях работы токоприемников.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7

АППАРАТЫ ЗАЩИТЫ СИЛОВЫХ ЦЕПЕЙ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА ОТ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМОВ

Цель работы: изучить конструкцию и принцип действия основных аппаратов защиты ЭПС постоянного и переменного тока: быстродействующего выключателя БВП5 и главного выключателя ВОВ25У.

Краткие теоретические сведения

Среди прочих аварийных режимов на ЭПС наиболее опасными являются режимы короткого замыкания в силовых цепях. При возникновении короткого замыкания за счет значительного уменьшения сопротивления цепи ток в ней может достичь больших величин и, как правило, существует в виде электрической дуги в каком-либо аппарате или кабеле.

Электрическая дуга сопровождается большим выделением тепла и вызывает пожар, если ее вовремя не погасить. Гасить электрическую дугу можно только разорвав цепь тока, который эту дугу питает.

Для разрыва силовых цепей в аварийных ритмах предназначены быстродействующие выключатели (БВ) на ЭПС постоянного тока и главные выключатели (ГВ) на ЭПС переменного тока.

Электрический ток, в том числе и в виде электрической дуги, - это поток заряженных частиц (электронов, ионов и т.д.). При повышении температуры в районе возникновения дуги молекулы воздуха ионизируются, увеличивая поток заряженных частиц. Одновременно с ионизацией молекул воздуха происходит деионизация (т.е. соединение положительно и отрицательно заряженных частиц в молекулы). Для гашения дуги необходимо, чтобы количество молекул воздуха, возникших в результате деионизации, превышало количество молекул, распадающихся на ионы. Это условие соблюдается, если дугу интенсивно охлаждать, например, за счет увеличения ее длины, перемещения ее в пространстве и т.д. Поэтому все устройства, предназначенные для разрыва цепей под током, который при определенных условиях всегда сопровождается возникновением дуги между расходящимися контактами, должны быть сконструированы с учетом условий надёжного достаточно быстрого ее разрыва.

Одним из способов увеличения длины дуги и перемещения, ее в пространстве является так называемое «магнитное дутьё», смысл которого поясняется на рис. 1.

Рис. 1. Схема удлинения дуги с помощью магнитного дутья

На проводник с током, находящийся в магнитном поле, действует сила, направление которой определяется правилом левой руки.

Электрическая дуга, являющаяся особой разновидностью проводника с током, будет двигаться в направлении, указанном стрелкой.

Быстродействующий включатель устроен так, что режим его включения определяется взаимодействием постоянной намагничивающей силы сердечника из стали и направленной ей навстречу размагничивающей силы, пропорциональной току короткого замыкания.

При переменном токе гашение дуги облегчается вследствие того, что ток периодически меняет направление, т.е. проходит через нуль. Кроме того, ГВ ЭПС переменного тока устанавливается в цепи первичной обмотки трансформатора, где протекает ток значительно меньшей величины, чем в цепях тяговых двигателей. Поэтому ГВ работает в более легких условиях, чем БВ. В ГВ использован другой способ гашения дуги, чем в БВ. Здесь дуга удлиняется с помощью воздушного дутья.

Порядок выполнения работы

1. По плакатам, натурному образу и источникам изучить назначение, конструкцию и принцип действия БВ.

2. По плакатам, натурному образу и источникам изучить назначение, конструкцию и принцип действия ГВ.

Содержание отчета

1. Пояснить назначение БВ и ГВ.

2. Привести кинематические схемы БВ или ГВ.

3. Дать название и пояснить назначение отдельных их элементов.

4. Описать последовательность физических процессов, протекающих при включении и выключении под действием тока короткого замыкания в элементах конструкции БВ и ГВ.

5. Сделать выводы по работе.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8

КОНТРОЛЛЕРЫ МАШИНИСТА

Цель работы: изучить конструкцию, принцип действия и назначение контроллеров машиниста.

Краткие теоретические сведения

Тяговые двигатели и электрические аппараты электроподвижного состава во время его работы находятся под высоким, смертельно опасным для обслуживающего персонала напряжением (более 1000 В). Поэтому управление тяговыми двигателями и аппаратами на ЭПС может быть только дистанционным. Контроллеры машиниста служат для дистанционного управления силовыми высоковольтными аппаратами с целью регулирования следующих режимов: пуск и регулирование скорости, электрическое торможение (если оно имеется), реверсирование (перемена направления движения).

Дистанционное управление предусматривает включение, переключение различных силовых аппаратов (замыкающих и размыкающих электрические цепи больших токов при высоких напряжениях) с помощью электрических и электропневматических приводов, работающих при относительно небольших токах и напряжении цепей управления (как правило, 50 В постоянного тока). Цепи управления получают электрическую энергию от аккумуляторной батареи, от генератора управления или специального трансформатора на современных электровозах переменного тока.

Поэтому контроллер машиниста содержит контактные элементы (электрические выключатели особой конструкции), которые замыкаются или размыкаются с помощью рукояток контроллера.

Так как силовых аппаратов на ЭПС достаточно много, столь же много должно быть и контакторных элементов контроллера. Однако контроллер не может иметь большое количество отдельных рукояток для замыкания или размыкания каждого контакторного элемента, чтобы не усложнять работу машиниста. Для сокращения количества рукояток при заранее известной последовательности включения силовых аппаратов, каждый из контакторных элементов контроллера замыкается или размыкается при определенном угле поворота рукоятки контроллера. Это достигается тем, что на валу контроллера, связанного с рукояткой, расположены кулачковые шайбы (шайбы, имеющие выступы - кулачки на поверхности), поэтому вал контроллера называют кулачковым валом. Каждая кулачковая шайба находится в соприкосновении с роликом контакторного элемента, т.е. контакты контакторного элемента могут быть замкнуты или разомкнуты в зависимости от того, с выступом (кулачком) или впадиной шайбы соприкасается ролик контакторного элемента. Угол поворота рукоятки контроллера характеризует позицию управления, которая фиксируется на секторе, расположенном на крышке контроллера.

Контроллер имеет несколько рукояток и кулачковых валов для управления разными режимами ведения поезда (тяга, электрическое торможение, реверсирование). Для того чтобы исключить срабатывание силовых аппаратов, которые не должны включаться или выключаться в выбранном ранее режиме (в тяге не должны работать аппараты, обеспечивающие электрическое торможение, и наоборот), в контроллере предусмотрены механические устройства (блокировки, не позволяющие поворачивать некоторые другие рукоятки, если уже сдвинута из нулевого положения одна из них).

В контроллере предусмотрено также устройство, которое не позволяет постороннему человеку привести в движение электровоз. Для этого используется съемная рукоятка, как правило, реверсивная, служащая своеобразным ключом к контроллеру. Иногда в качестве рукояток используются кольцевые штурвалы.

При полуавтоматическом или автоматическом управлении, когда определенную последовательность включения и выключения силовых аппаратов обеспечивает специальное устройство (например, групповой переключатель или главный контроллер), конструкция контроллера машиниста упрощается.

Переход с позиции на позицию может осуществляться качанием главной рукоятки между двумя ее положениями, а автоматическому набору или сбросу позиций соответствуют фиксированные положения главной рукоятки контроллера машиниста.

Порядок выполнения работы

1. На полигоне СамГУПС и в лаборатории по натурному образу изучить конструкцию и принцип действия контроллера машиниста электровоза постоянного тока.

2. По модели и литературе изучить конструкцию и принцип действия контроллера машиниста электровоза переменного тока.

3. Составить таблицу замыкания контакторных элементов вала тягового режима контроллера машиниста электровоза постоянного тока.

Содержание отчета

1. Пояснить назначение контроллера.

2. Описать название и назначение рукояток контроллера машиниста электровоза постоянного тока, количество фиксированных позиций каждой рукоятки.

3. Привести эскиз контакторного элемента контроллера и кулачковой шайбы.

4. Привести таблицу замыкания контакторных элементов контроллера электровоза постоянного тока.

5. Дать эскиз расположения рукояток контроллера машиниста электровоза переменного тока на его крышке и положения фиксированных позиций.

6. Сделать выводы по работе.

Библиографический список

Электровозы ВЛ 10 и ВЛ10^у / под ред. О.А. Кикнадзе. - М.: Транспорт, 1981. - 520 с.

Цукало П.В. Электропоезда ЭР2 и ЭР2Р / П.В. Цукало, Н.Г. Ерошкин. - М.: Транспорт, 1986. - 359 с.

Медель В.Е. Подвижной состав электрических железных дорог. Конструкция и динамика. - М.: Транспорт, 1974. - 232 с.

Тяговые передачи электроподвижного состава железных дорог / И.В. Бирюков [и др.]. - М.: Транспорт, 1986. - 256 с.

Механическая часть тягового подвижного состава : учебник для вузов ж.-д. трансп. / под ред. И.В. Бирюкова. - М.: Транспорт, 1992. - 440 с.

Подвижной состав и основы тяги поездов : учебник для вузов ж.-д. трансп. / П.И. Борцов [и др.]. - М.: Транспорт, 1983. - 334 с.

Исаев И.П. Беседы об электрической железной дороге / И.П. Исаев, А.В. Фрайфельд. - М.: Транспорт, 1989. - 360 с.

Тихменев Б.Н. Подвижной состав электрифицированных дорог. Теория работы электрооборудования. Электрические схемы и аппараты / Б.Н. Тихменев, Л.М. Трахман. - М.: Транспорт, 1980. - 472 с.

Электрические железные дороги : учебное пособие для студентов специальности 18.07.00 «Электрический транспорт (железных дорог) / под. ред. проф. Ю.Е. Просвирова. - Самара : СамИИТ, 1997. - 192 с.

Просвирин Б.К. Электропоезда постоянного тока : учебное пособие. - М.: УМК МПС РФ, 2001. - 669 с.

Электрические железные дороги : учебник для вузов ж.-д. трансп. / В.А. Кисляков [и др.]; под. ред. А.В. Плакса и В.Н. Пупынина. - М.: Транспорт, 1993. - 280 с.

Калинин В.К. Электровозы и электропоезда. - М.: Транспорт, 1991. - 480 с.

Сидоров Н.И. Как устроен и работает электровоз / Н.И. Сидоров, Н.Н. Сидоров. - М.: Транспорт, 1988. - 223 с.

Коломийченко В.В. Автосцепка подвижного состава / В.В. Коломийченко, В.Г. Голованов. - М.: Транспорт, 1973. - 192 с.

Размещено на Allbest.ru