Электрический подвижной состав. Понятие об управлении электровозами и рекуперации энергии.

Устройства СЦБ на перегонах. Назначение и классификация.

Виды тяги и их технико-экономическая характеристика. Классификация локомотивов.

Классификация сигналов, назначение, расстановка.

Сигналом называется условный видимый или звуковой знак, с помощью которого подается определенный приказ, подлежащий безусловному выполнению. Работники железнодорожного транспорта должны использовать все возможные средства для выполнения требования сигнала. На транспорте под словом обычно понимают и сигнальный прибор и его сигнальное показание.
Значения сигнальных показаний, единые для всех железных дорог России,стран СНГ и Балтии, установлены Инструкцией по сигнализации на железных дорогах.

Применяемые на транспорте сигналы по способу их восприятия подразделяют на видимые и звуковые (рис. 20.1). Видимые сигналы обозначаются цветом огней, щитов, флагов, дисков; числом и взаимным положением сигнальных показаний; режимом горения сигнальных огней и формой переносных сигнальных щитов. Достоинство видимых сигналов заключается в том, что они могут быть переданы на большее расстояние, чем звуковые сигналы. По времени применения видимые сигналы подразделяют на: дневные, подаваемые в светлое время суток и сигнализирующие цветом окраски щита, флага, диска; ночные, сигнализирующие огнями установленных цветов и подаваемые в темное время суток; круглосуточные, подаваемые одинаково как в светлое, так и в темное время суток и сигнализирующие цветом, режимом горения и сочетанием огней. В тоннелях применяются только ночные или круглосуточные сигналы.

Видимы сигналы подаются светофорами, флагами, фонарями, щитами и дисками. Назначение этих приборов, их сигнальные показания, места установки и порядок пользования определены Инструкцией по сигнализации на железных дорогах Российской Федерации.

Видимые сигналы в зависимости от сигнальных приборов, которыми их подают, делят на: постоянные (светофоры, устанавливаемые в определенных местах железнодорожного пути, и локомотивные светофоры); переносные (щиты, флаги, фонари на шестах, предназначенные для временного ограждения тех или иных участков пути и подвижного состава); ручные (флаги, диски, фонари, посредством которых подают различные команды и указания); поездные (диски, флаги и фонари для обозначения головы и хвоста поезда). В качестве постоянных сигналов на железных дорогах применяются светофоры, которые используют во всех системах железнодорожной автоматики и телемеханики. По назначению постоянные сигналы делят на основные и предупредительные. Основные сигналы ограждают станции и блок-участки на перегонах и разрешают или запрещают движение поездов по этим пунктам или участкам. Предупредительные сигналы извещают о приближении к основным сигналам и об их показаниях.

Основные сигналы, в свою очередь, в зависимости от назначения подразделяются: входные, ограждающие станции со стороны прилегающих перегонов и служащие для разрешения или запрещения поезду следовать на станцию; выходные, разрешающие или запрещающие поезду отправиться со hстанции на перегон; проходные, расположенные на перегоне и разрешающие или запрещающие поезду проследовать на ограждаемые ими участки; маршрутные для разрешения или запрещения поезду проследовать из одного района станции в другой; прикрытия ограждения мест пересечений в одном уровне железных дорог с другими железными дорогами, трамвайными путями и троллейбусными линиями, а также разводных мостов. Светофоры, кроме того, бывают маневровые, горочные, повторительные, предупредительные, заградительные и локомотивные.
Основными сигнальными цветами на транспорте являются красный, желтый и зеленый. Их выбор не случаен: при одинаковой силе света красный огонь лучшевиден и искажается меньше, чем другие огни. Поэтому он принят в качестве остановки. Желтый огонь близок к красному и виднее зеленого. Он разрешает движение, но требует снижения скорости. В тумане желтый огонь приобретает красноватый оттенок и благодаря этому его нельзя ошибочно принять за зеленый, который разрешает движение с установленной скоростью. Основной принцип сигнализации - это остановка подвижного состава перед светофором с красным сигнальным показанием и разрешение проследовать светофор с желтым и зеленым показаниями.

Согласно Инструкции по сигнализации на железных дорогах Российской Федерации основные значения сигналов следующие: один зеленый огонь разрешает движение с установленной скоростью; один красный огонь запрещает проезжать сигнал; один желтый мигающий- разрешает движение с установленной скоростью: следующий светофор открыт и требует движения с уменьшенной скоростью. Один желтый огонь разрешает движение с готовностью остановит так как следующий светофор закрыт. два желтых огня, из них верхний мигающий, требуют проследования светофора с уменьшенной скоростью: поезд проследует с отклонением по стрелочному переводу, следующий светофор открыт. два желтых огня дают разрешение проследовать светофор с уменьшенной скоростью с готовностью остановиться у следующего светофора: поезд следует с отклонением по стрелочному переводу.

Кроме названных, применяют синий, лунно-белый, прозрачно-белый и молочно-белый сигнальные огни. Синий огонь используют как запрещающий на маневровых светофорах. Лунно-белый огонь применяют как разрешающий маневровый и как пригласительный на входных, выходных и маршрутных светофорах, а прозрачно-белый - в ручных поездных сигналах, указателях гидроколонок. Молочно-белый огонь используют в стрелочных указателях и указателях путевого заграждения.

Звуковые сигналы обозначаются числом и сочетанием звуков различной продолжительности. Значение их днем и ночью одно и то же. для подачи звуковых сигналов служат свистки локомотивов, моторвагонных поездов и дрезин, звонки, ручные свистки, духовые рожки, сирены, гудки и петарды. Все локомотивыоборудуются звуковыми устройствами двух типов - большой громкости (тифоны)для перегонов и малой (свистки)для подачи сигналов в черте города. Звуковые сигналы подают по возможности так, чтобы не создавать шума, особенно в населенных пунктах. Поэтому они слышны обычно на сравнительно небольших расстояниях.

К подвижному составу относят локомотивы, вагоны и мотор-вагонный подвижной состав. Движение поездов на железнодорожном транспорте осуществляется с помощью тягового подвижного состава, к которому относятся локомотивы и мотор-вагонный подвижной состав. Последний состоит из моторных и прицепных вагонов. На локомотивах и моторных вагонах энергия, полученная от первичного источника, превращается в механическую энергию движения поезда.

Локомотив - двигатель на колесах, предназначенный для передвижения вагонов по рельсам (от латинского ''локус'' - "место" и ''мовео'' - "двигаю"). Введению слова ''локомотив" мы обязаны Дж. Стефенсону. Свой первый паровоз заводского изготовления он назвал "Локомонш". Имя первого паровоза со временем стало обобщающим для всех последующих машин. В России первый паровоз был построен в 1834 г. отцом и сыном Б. А. и М. Е. Черепановыми.

В настоящее время к основным видам локомотивов относятся электровозы, тепловозы и паровозы. К локомотивам также относятся газотурбовозы и мотовозы.

Первоначально преобразование тепловой энергии, получаемой при сжигании топлива, в механическую, производилось установкой с паровым котлом и паровой машиной. Локомотивы с такими установками получили название паровозов. В дальнейшем на смену паросиловым установкам пришли более совершенные тепловые двигатели: дизели и газовые турбины. Локомотивы с поршневыми двигателями внутреннего сгорания (дизелями) называются тепловозами, а с газотурбинными установками - газотурбовозами. Паровозы, тепловозы, газотурбовозы и дизельпоезда являются автономными видами тяги, то есть механическая энергия для движения поезда вырабатывается в результате сгорания топлива на самом локомотиве.

Развитие транспортной техники привело к созданию локомотивов (электровозов) и моторных вагонов (электровагонов) неавтономной тяги. В отличие от автономного тягового подвижного состава здесь первичная (электрическая) энергия поступает на электровоз или электровагон от внешних источников.

У автономных локомотивов, в зависимости от типа теплового двигателя и степени его использования, коэффициент полезного действия составляет: тепловозов 29...31%, у паровозов 5...9%, а при электротяге 34...35%.

Эксплуатационные затраты на содержание и обслуживание электровозов ниже, чем соответствующие затраты на локомотивы автономной тяги.

По роду работы локомотивы подразделяют на грузовые, пассажирские, маневровые. Грузовые локомотивы должны развивать силу тяги, позволяющую водить поезда большой массы. Пассажирские локомотивы предназначены для вождения более легких поездов, но с большими скоростями.

Различают локомотивы односекционные (локомотив с одним кузовом) и многосекционные (двух-, трех-, четырех секционные), то есть локомотивы с двумя и более самостоятельными кузовами (секциями), соединенными между собой автосцепками или специальными шарнирными соединениями. В некоторых случаях оборудование секционных локомотивов позволяет каждой его секции самостоятельно водить поезда. Многие электровозы и тепловозы имеют оборудование, позволяющее им работать по системе нескольких (многих) единиц, что дает возможность обеспечить управление несколькими локомотивами (секциями) из одной кабины машиниста.

Ходовые части электровозов и тепловозов обозначают так называемой осевой формулой, в которой цифры означают число осей в каждой тележке; индекс "о" - индивидуальный привод от тягового электродвигателя к оси; знак "+'' - тележки связаны шарнирно и тяговое усилие к поезду передается через их раму; знак "-" -тележки между собой не соединены и тяговые усилия к поезду передаются через раму кузова. Например, З_о + З_о - локомотив шестиосный, две сочлененные трехосные тележки с индивидуальными приводами всех движущихся колесных пар; 2(3_о - З_о) - двухсекционный локомотив, каждая секция которого имеет две трехосные несочленные тележки с индивидуальными приводами всех движущихся колесных пар и может работать самостоятельно. Если же секции не могут работать самостоятельно, то осевая характеристика в данном случае имела бы вид: З_о - З_о - З_о - З_о. Все электровозы отечественного производства имеют основное буквенное обозначение ВЛ (Владимир Ленин); цифры указывают количество осей и род тока. Для серий электровозов переменного тока установлена нумерация: четырехосные - от ВЛ40 до ВЛ59; шестиосные - от ВЛ60 до ВЛ79; восьмиосные - от ВЛ80 - ВЛ99. Электровозы постоянного тока нумеруются: шестиосные от ВЛ19 до ВЛ39; восьмиосные - от ВЛ8 до ВЛ18. Пассажирские электровозы, выпускаемые в Чехии имеют на железных дорогах СНГ и Балтии серию ЧС. Серия тепловозов с электрической передачей имеет буквенное обозначение ТЭ, а с гидравлической - ТГ. Кроме того, в буквенное обозначение серии включается знак рода службы локомотива: П - пассажирский. М - маневровый.

Каждому типу локомотива присущи определенные тяговые свойства, к важнейшим из которых относятся: величина реализуемой силы тяги F_K и скорость движения на руководящем подъеме V_p. Регулирование F_K и V_р осуществляется: на электровозе - ступенями за счет выключения последовательно с тяговыми электродвигателями резисторов; на тепловозе с электрической передачей - за счет изменения напряжения на клеммах генератора и подачи топлива в дизель.

Главным назначением устройств СЦБ является регулирование движения поездов на перегонах, обеспечение безопасности движения и необходимой пропускной способности. В настоящее время основным средством сигнализации и связи при движении поездов является путевая автоматическая и полуавтоматическая блокировки. На отдельных участках может применяться автоматическая локомотивная сигнализация как самостоятельное средство сигнализации и связи.

При полуавтоматической блокировке разрешением на занятие поездом перегона служит разрешающее показание выходного или проходного светофора. Полуавтоматической она называется потому, что часть действий по изменению показаний сигналов производится автоматически (от воздействия поездов), а часть - работниками, занятыми приемом, отправлением и пропуском поездов. При этом каждый межстанционный перегон со стороны станций огражден выходными светофорами. В нормальном состоянии выходные светофоры закрыты. Их открытие для разрешения поезду занять перегон производит дежурный по станции. На однопутных перегонах это возможно только при согласии дежурного по соседней станции, на двухпутных - после получения с соседней станции блокировочного сигнала о прибытии ранее отправленного поезда. Закрывается выходной сигнал автоматически от воздействия отправленного поезда на рельсовую педаль, установленную на выходе со станции или же не автоматически - дежурным по станции. Об отправлении поезда дежурный по станции извещает соседнюю станцию посылкой тока индуктора, или это извещение происходит автоматически одновременно с открытием выходного сигнала. В результате на аппаратах обеих станций появляются указатели занятости перегона. Благодаря блокировочным зависимостям исключается возможность отправления на занятый перегон второго поезда как вслед, так и навстречу первому.

Существуют следующие системы полуавтоматической блокировки: релейная, в которой зависимость между аппаратами соседних станций осуществляется при помощи реле: с полярной линейной цепью, аппаратура которой состоит из механических и релейных зависимостей.

При автоматической блокировке перегоны делятся на блок участки автоматически действующими проходными светофорами. Автоматическая смена сигнальных показаний проходных светофоров достигается тем, что в пределах каждого блок участка устраивают электрические рельсовые цепи, через которые поезд воздействует на аппаратуру управления огнями светофора. Принцип автоматического действия светофоров с применением - рельсовых цепей виден на рис. 1. Рельсовые цепи отделены друг от друга изолирующими стыками ИС. Источником тока в рельсовой цепи является путевая батарея ПБ. потребителем - путевое реле ПР. Если блок - участок свободен, ток от источника питания протекает по рельсам и поступает в путевое реле, которое замыкает цепь сигнальной батареи СБ на зеленый огонь светофора. Если блок-участок занят хотя бы одной колесной парой (или лопнул рельс), то ток не будет поступать в путевое реле, якорь его отпадает, и цепь сигнальной батареи замыкается на лампу красного огня светофора. Устройства автоблокировки не допускают открытия выходного или проходного светофора до освобождения ограждаемого ими участка.

Автоблокировка бывает однопутной (всегда двусторонняя, когда светофоры установлены с обеих сторон пути) и двухпуткой (как правило, односторонняя). Как правило, применяют автоблокировку с нормально горящими сигнальными огнями.

Различают автоблокировку с двузначной (К,3), трехзначной (К, Ж, 3) и четырехзначной сигнализацией (К, Ж, ЖЗ, 3).

Чтобы исключить возможность проездов запрещающих сигналов в условиях плохой погоды, все участки, оборудованные автоблокировкой, согласно ПТЭ дополняются устройствами автоматической локомотивной сигнализации (АЛС), которая предназначается для передачи показаний путевого светофора, к которому следует поезд, на локомотивный светофор, установленный в кабине машиниста.

Рис. 1. Схема устройства автоматической блокировки

Дополнительно к устройствам АЛС на локомотивах устанавливают автостопы, которые служат для автоматической остановки поезда, если машинист не примет мер к торможению и своевременной остановке поезда перед светофором. Более совершенным средством автоматики, обеспечивающим безопасность движения поездов, является скоростная авторегулировка. Она представляет собой многозначную автоматическую сигнализацию с автоматическим регулированием скорости движения поездов.

На линиях, оборудованных автоблокировкой, применяют устройства диспетчерского контроля, дающие поездным диспетчерам непрерывную информацию о продвижении поездов и избавляющие их от многих переговоров с дежурными по станциям. Для этого в кабинете у диспетчера размещают световое табло, на котором изображено путевое развитие направления, имеется ряд лампочек. Нормально все лампочки табло погашены. Занятие поездами блок участка, главных и приемоотправочных путей промежуточных станций контролируется горением белых лампочек. Открытые положения входных и выходных светофоров контролируются зелеными лампочками.

На пересечении железнодорожного пути в одном уровне с автогужевыми дорогами, трамвайными и троллейбусными линиями устанавливают переездную светофорную и оповестительную сигнализацию и автоматические шлагбаумы. Светофоры автоматической переездной сигнализации состоят из двух однозначных головок (размещенных на мачте и сигнализирующих поочередно мигающим красным цветом в сторону автогужевого транспорта при приближении поезда) и крестообразного сигнального знака с отражателями. На мачте шлагбаума установлены также электропривод для подъема и опускания шлагбаума и звонок. Брус шлагбаума деревянный полый, окрашен косыми красно-белыми полосами. На нем расположены три красные лампочки, две из которых при закрытом положении шлагбаума горят мигающим, а третья - ровным красным огнем. Автоматическая светофорная сигнализация включается при вступлении поезда на участок приближения. Сначала звонит звонок, и зажигаются светофоры, и лишь через 5... с. опускаются брусья шлагбаума.

К электрическому подвижному составу относятся электровозы и электропоезда, используемые для пригородного движения. В зависимости от рода применяемого тока различают электровозы постоянного, переменного, двойного питания и многосистемные. Так же различаются и электропоезда. Энергию для передвижения поездов электровоз и электровагон получают через контактный провод, с которым соприкасается установленный на крыше электровоза (электровагона) токоприемник. Электрическая энергия, подведенная к тяговым двигателям, заставляет вращаться их якоря, которые через зубчатую передачу приводят во вращение колесные пары электровоза (электровагона).

На магистральной железной дороге электрическая тяга была впервые введена в 1895 г. в США, когда был электрифицирован тоннель и подходы к нему на направлении Балтимор - Огайо. Первый отечественный грузовой электровоз переменного тока ВЛ19 вышел из ворот завода "Динамо" в 1932 г. Его испытания успешно прошли на электрифицированном Сурамском перевале.

Электровозы и электровагоны состоят из механической части (кузов для размещения в нем электрической аппаратуры и другого оборудования; тележки, состоящие из рамы, колесных пар с буксами, рессорного подвешивания и тормозного оборудования) и электрического оборудования (тяговых электродвигателей, вспомогательных электрических машин, аппаратуры для управления двигателями и вспомогательными машинами, а на электроподвижном составе переменного тока и двойного питания, кроме того, из трансформаторов и преобразователей тока).

В передней части электровоза размещается кабина машиниста с пультом управления. Основные данные электровозов приведены в табл. 2.2.

По типу передачи тягового усилия к колесным парам различают электровозы с групповым и индивидуальным приводом; по типу торможения - с реостатным, рекуперативным и реверсивным торможением.

Для пригородного пассажирского сообщения на электрифицированных линиях используются электропоезда, состоящие из специально оборудованных вагонов. Вагоны, имеющие тяговые двигатели, называются моторными, остальные - прицепными. В 1957 г. Рижский вагоностроительный завод освоил серийный выпуск электропоездов ЭР1. В настоящее время в основном обращаются поезда типов ЭР1, ЭР2, ЭР22, ЭР9^П. ЭР9^м.

Железнодорожный транспорт потребляет около 8% электроэнергии, вырабатываемой в стране. В основном ее расходуют на тягу поездов и частично - на питание не тяговых потребителей (депо, станций, мастерских и др.).

В этой связи важным резервом снижения расхода электроэнергии является ее рекуперация. Рекуперация электроэнергии (от лат. recuperation - получение вновь, возвращение) - это возвращение части электроэнергии, расходуемой при движении поезда на спусках для повторного использования при тяге. В основе рекуперации лежит обратимость электрических машин - способность работать как в режиме электродвигателя, так и в режиме генератора

Стыкование линий, электрифицированных на постоянном и переменном токе, осуществляют по контактной сети, на специально оборудованных железнодорожных станциях стыкования или используют электровозы двойного питания, которые работают и на постоянном, и на переменном токе.

Таблица 2.2 Основные данные электровозов (Г - грузовых, П - пассажирских)