Тепловози

Локомотив, на якому встановлений дизель для отримання тягових сил, називається тепловозом.Дизель перетворює теплову енергію від згоряння палива в механічну енергію обертання колінчатого валу. Однак дизель погано пристосований до змінних режимів роботи. Для того, щоб забезпечити можливість його роботи при постійній частоті обертання колінчатого валу з рухомими колесними парами тепловоза застосовують спеціальний пристрій, що називається передачею.

На тепловозі застосовують електричну або гідравлічну передачу.

При електричній передачі (Рис. 5, а) механічна енергія обертання колінчатого валу дизеля передається тяговому генератору, який перетворює її в електричну. Електрична енергія тягового генератора надходить до тягових електричних двигунів, які перетворюють її в енергію обертання колесних пар.

На тепловозах з гідравлічною передачею (мал. 5, б) енергія дизеля витрачається на привід гідравлічного центробіжного насосу, який з’єднує енергію рідини, що циркулює по замкненому контуру. Надходячи на лопатки гідравлічної турбіни, рідина обертає її, а разом з нею через карданні вали і осьові редуктори – колесні пари тепловоза.

а) б)

Електромеханічна передача Гідравлічна передача

Рисунок 5 Схема передачі енергії від дизеля до колісних пар:

а) електричної: 1 – дизель, 2 – генератор, 3 – тяговий електродвигун, 4 – колесо-моторний блок; б) гідравлічної: 1 – дизель, 2 – насосне колесо, 3 – турбінне колесо, 4 – колесо-редукторний блок.

Потужність двигуна внутрішнього згорання пропорційна частоті обертання його колінчатого вала.

Тепловозна тяга характеризується наступними технічно-економічними показниками: ККД тепловозів 24 – 26 %, автономність, високе пристосування до змінного режиму праці, що характерний для гірничих умов.

В якості локомотивів на гірничих підприємствах використовуюся односекційні тепловози ТЕМ1, ТЕМ2, одно- чи двосекційні магістральні тепловози ТЕ3, тепловози ТЕМ7. В найменуванні серійних тепловозів літери означають: Т — тепловоз, Е — електрична передача, Г — гідравлічна передача, П — пасажирський, М — маневровий.

4.1 Механічна частина локомотивів

Механічне обладнання акумуляторних і контактних електровозів та тепловозів принципово однакове. До нього відносять: рама з кабіною, кузов з опорами, візки з колісними парами, ресорне підвішування, букси, зубчаті передачі й підвіска тягових двигунів.

Рама локомотива є основною несучою частиною. Вона являє собою жорстку зварну конструкцію. Кузов служить для розміщення у ньому кабіни і усього електричного, пневматичного та гальмівного обладнання. Він опирається на окремі візки які складаються з колесних пар, , що дозволяє більш рівномірно розподілити навантаження між колісними парами, і дозволяє створити ресорне підвішування більш гнучким.

Візок локомотива складається із рами, колісних пар з буксами, ресорного підвішування і гальмівної системи. Крім того, між боковими рамами візка на кожній осі розміщений тяговий електродвигун з редуктором, який приводить вісь колісної пари в обертання. Рами візків призначені для передачі і розподілення вертикального навантаження від кузова на візок, тягового або гальмівного зусилля

Ресорне підвішування служить для пом'якшення ударів від колісних пар при русі та рівномірного розподілу навантаження між осями.

До ходової частини локомотивного транспорту відносяться колесні пари (Рис.6) та букси (Рис.7). Колесна пара складається з ходової вісі (1), двох колесних центрів (2), бандажів (3) та зубчатого колеса (4).

Букса призначена для передачі вертикальних зусиль від корпусу локомотива на вісь колісної пари та динамічних зусиль від вісі колісної пари на раму візка при проходженні рухомого складу по нерівностям шляху, а також передачі подовжніх зусиль під час набору швидкості або гальмування. Тобто, букса є проміжною частиною між рамою візка і віссю колісної пари, у якій розміщений

Рисунок 6 Колісна пара локомотивного транспорту

1 - ходова вісь; 2 – колесні центри; 3 – бандаж; 4 – зубчате колесо; 5 – місце встановлення букcи.

Рисунок 7. Букса локомотива 1 – вісь колісної пари; 2 – корпус букси ; 3 – роликові підшипники; 4 – установочна шайба.

Пісочна система

Пісочна система локомотивного транспорту служить для підсипання під колісні пари мілкозернистого, фільтрованого піску для кращого зчеплення та гальмування коліс з рейками в момент початку руху, під час зволоження, обледеніння рейок, та на підйомній частині рейкового шляху. Вона складається з ємності з піском, патрубка для підсипки піску під колеса, та пристроїв керування системою.

Пневмочастина

Пневмочастина служить для створення стислого повітря компресорною установкою, яка нагнітає це повітря в резервуар і живлячу магістраль.

Пневмочастина електровоза складається із систем:

- гальмівної, що служить для пневматичного гальмування електровоза і потягу;

- управління, яке постачає стиснутим повітрям прилади управління із пневматичним приводом.

Гальмівна система

Гальмівна система локомотива складається із системи гальмівних пристроїв прямодіючих і автоматичних гальм. Управління гальма прямої дії здійснюється краном: стисле повітря із живлячої мережі поступає безпосередньо в робочий циліндр виконавчого силового механізму. Дія гальма поширюється лише на локомотив, оскільки при великій кількості гальм не забезпечується одночасне їх спрацювання. Дія автоматичного гальма поширюється на весь потяг. Гальмування здійснюється краном машиніста зниженням тиску повітря в гальмівній магістралі.

4.3.1 Електрична частина контактних електровозів

Електричне обладнання контактного електровоза включає в себе тягові двигуни, електродвигуни компресора і вентилятора, систему електромагнітного гальмування, апаратуру управління, струмоприймач, освітлювальну апаратуру.

Застосовують тягові двигуни постійного струму послідовного збудження, які у порівнянні з двигунами паралельного збудження викликають менші коливання струму при зміні сили тяги, мають більший пусковий момент, менш чутливі до коливання напруги в мережах живлення.

За номінальний режим роботи тягового двигуна приймають годинний режим, при якому допустима температура нагріву обмоток двигуна досягається через одну годину його роботи.

4.3.2 Електрична частина акумуляторних електровозів

Електрична частина акумуляторних електровозів складається з електричних машин постійного струму, електричної апаратури та апаратури управління, допоміжних апаратів, акумуляторної батареї, які об’єднані в силову схему і схему управління.

Тягові батареї складаються з ряду послідовно з’єднаних акумуляторів, розміщених у батарейному ящику. Акумулятор — це оборотний гальванічний елемент для накопичення електричної енергії, яку використовують в міру потреби для зовнішніх споживачів.

В акумуляторних електровозах застосовують лугові залізо-нікелеві акумулятори, які у порівнянні з кислотними свинцевими мають більшу міцність, не виходять з ладу при коротких замиканнях, можуть зберігатись у розрядженому стані, мають велику ємність та час служби. Використовується безреостатна схема управління.

5.4 Комплекс відкатки

Комплекс відкатки акумуляторними електровозами складається з рухомого потягу, рельсового шляху, зарядної підстанції, електровозного гаражу, допоміжного обладнання. Живлення здійснюється за допомогою тягової батареї, розміщеної на електровозі.

Комплекс відкатки контактними електровозами (мал.8) складається з електровоза, вагонеток, рейкового шляху, тягової підстанції, контактної мережі. Напруга знімається з контактного проводу за допомогою струмозйомника. Електровозною відкаткою можливо транспортувати будь-які вантажі ( в тому числі і людей), на будь-які відстані ( до 5-10 км). Звичайний прокольний нахил шляхів 0.003-0.005, найбільший до 0.04-0.05. Радіуси кривизни до 10-20 м.

Застосовуються дві схеми електропостачання тягової сітки: централізована – тягова сітка одного або декількох відкаточних горизонтів живиться від підстанції, розміщеної в білястволовому дворі; децентралізована – тягова сітка розбита на ділянки, кожна з яких живиться від окремої підстанції. Централізовану систему живлення використовують при невеликій довжині відкатки, децентралізовану – при великій, що знижує падіння напруги в тяговій сітки та підвищує надійність роботи електровозної відкатки.

Мал. 8 Принципова схема електровозної відкатки контактного електровоза:

1 - електровоз; 2 - вагонетка; 3 - тягова підстанція; 4 - рейковий шлях; 5 - контактна мережа.

6. Вагони і вагонетки

Вагон- самохідна одиниця рухомого складу, якою перевозять вантажі та пасажирів по рейкових коліях. Розрізняють вагони пасажирські і вантажні (думпкари, напіввагони, платформи, цистерни тощо); для широкої й вузької колії; несамохідні й самохідні. Основні параметри, що характеризують вагон: вантажопідйомність, власна маса вагону (тара), осьове навантаження, навантаження на 1 м дороги.

Вагонетка - відкритий вагон малої місткості (0,5—6 м³) для перевезення вантажів, який переміщується по вузькоколійних залізничних коліях. Вантажна вагонетка складається з кузова, рами, скатів, буферів та зчіпних пристроїв.

Розрізняють вагонетки:

- з глухим неперекидним кузовом;

- з глухим перекидним кузовом;

- з відкидним дном;

- з відкидним бортом.

7. Рейкова колія

Рейкова колія – сукупність пристроїв, які забезпечують переміщення по них вагонеток і рухомого складу по горизонтальних і похилих виробках, а також на поверхні шахт і кар’єрів.

Основний параметр – ширина колії (Sp). Для залізниць відстань між внутрішніми кантами рейок на прямолінійних ділянках прийнята рівною 1520 мм. У підземних умовах ширина колії 600, 750, 900 мм. Розміщення рейкових колій визначається трасою, планом і профілем. Траса – вісь рейкової колії, план колії – проекція траси на ґрунт виробок, профіль – проекція траси на вертикальну площину.

Рейкова колія складається з нижньої і верхньої споруди (мал.9). Нижня споруда (баласт) рейкової колії сприймає навантаження від верхньої споруди і забезпечує її стійкість у поздовжній, поперечній та вертикальній площинах. Призначення верхньої споруди – сприймати та передавати навантаження від коліс ходової частини рухомого складу на баласт. Баластовий шар служить для збільшення площі тиску від шпали на підошву виробки, пом’якшення ударів колес рухомого складу, вирівнювання шляху і збереження шпал від зсуву.

Шпали являють собою дерев’яні чи залізобетонні бруси. Вони передають тиск від локомотивів на баластний шар. Залізобетонні шпали мають значно більший термін служби, ніж дерев’яні, але їх недоліками є висока вартість, вага, збільшена жорсткість шляху, яка може бути знижена за рахунок застосування еластичних гумових підкладок.

Рейки виготовляють із вуглецевої сталі (прокат стандартного профілю, який добре працює на вигин). Стандартна довжина сучасних рейок — 12,5 і 25 м, для підземних колій—6...8 м.

Мал. 9 Елементи рейкової колії

1 – підкладки; 2 – костиль; 3 – болт; 4 – рейки;

5 – фіксатор; 6 – шпали; 7 – баласт; 8 – накладка.

8. Вплив локомотивного транспорту на навколишнє середовище

До негативних наслідків дії локомотивного транспорту на природне середовище відносяться порушення стійкості природних ландшафтів транспортною інфраструктурою шляхом розвитку ерозій і зсувів; забруднення атмосфери відпрацьованими газами; постійний ріст рівня забруднення землі нафтою, свинцем, продуктами видування й опадання сипучих вантажів (вугілля, руда, цемент). Постійну небезпеку становить система електропостачання, можливість аварій, зіткнення, отримання людьми травм.

Основними забруднюючими факторами впливу локомотивного транспорту являються шум та вібрації. У тих випадках, коли будинки розташовуються в безпосередній близькості від рейкової дороги, вібрації в них можуть перевищувати гранично-припустимі значення, встановлені Санітарними нормами, у 10 разів (на 20 дб).

При роботі з акумуляторами можливий вплив на персонал таких небезпечних і шкідливих виробничих факторів:

- ураження електричним струмом;

- термічні фактори (вибухи при зарядці батарей, опіки кислотою, електролітом, розплавленим свинцем);

- наявність у повітрі робочої зони шкідливих речовин (пари кислот, аерозолю, свинцю).

Для розв'язання екологічних проблем на залізничному транспорті необхідно розробити:

- нормативні вимоги до рухомого складу щодо додержання екологічних нормативів;

- методики визначення шкоди, що її можуть завдати підприємства залізничного транспорту;

- технології утилізації та ліквідації залишків нафтопродуктів та інших відходів;

- методи зменшення викидів у повітря сипких вантажів під час перевезення;

- технології очищення забруднених вод після миття вагонів, локомотивів.

Контрольні запитання

1. Призначення акумуляторних і контактних електровозів, тепловозів.

2. Класифікація локомотивів.

3. Призначення основних елементів акумуляторних і контактних електровозів.

4. Область застосування локомотивного транспорту.

5. Конструкція акумуляторних і контактних електровозів.

6. Область застосування вагонів і вагонеток.

7. Елементи рейкової колії.

8. Вплив локомотивного транспорту на навколишнє середовище.

Література

1. Мала гірнича енциклопедія: В 3-х т. / За ред. В. С. Білецького. — Донецьк: «Донбас», 2004.

2. Пухов Ю.С. Рудничный транспорт: Учеб. для техникумов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1991.- 364 с.: ил.

3. Спиваковский А.О., Потапов М.Г. Транспортные машины и комплексы открытых горных разработок. Учебник для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. М., Недра, 1983, 383 с.

4. Григорьев В.Н., Пухова Ю.С., Дьяков В.А. Транспортные машины для подземных разработок. Учебник для вузов. – М.: Недра, 1984. – 383 с.

5. Волотковский С. А. Рудничная электровозная тяга. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1981.389 с.

Показник	Одиниця виміру	ЕЛЕКТРОВОЗИ
АКУМУЛЯТОРНІ	КОНТАКТНІ
АВ-8Т	АРП-8Т	АМ-8Д	АРП-10Г	АРВ-10Г	ЭРА 900 В9	АРП-14	2АМ-8Д	К4	7КРМ1	10КД (К10)	ЭК-10Т	ЭК-10Р	14КД (К-14)
Зчепна маса	Т	8,5	8,7	8,7	10,8	11,5	9,0/18,0	14,0	17,6	4,0	7,9	10,0	10,0	10,1	14,0
Тягове зусилля	кН	12,3	10,0	12,2	12,2	12,4	12,2	18,0	24,4	12,0	18,0	25,0	19,8	19,8	25,0
Швидкість (макс)	км/го	10,4	14,0	10,0	11,0	10,4	12,8	14,4	10,0	7,5	7,9	12,2	13,4	13,4	12,8
Потужність електродвигуна	кВт	28,2	28,1	26,0	29,2	28,2					2 33	2 33			2 45
Ширина колії	мм
Робоча напруга (акумулят., конт. мережа)	В
Розміри: -довжина -ширина -висота	м
Макс. ухил транспорт.	‰	4-5	4-5	4-5	4-5	4-5	4-5	5-7	5-7			4-5	4-5	4-5	4-7

Таблиця 1 Технічні характеристики контактних і акумуляторних електровозів