Электровозы нового поколения (виртуальная тематическая подборка) «Северо-Кавказская железная дорога»



Скачать 490.83 Kb.
страница1/3
Дата25.04.2016
Размер490.83 Kb.
  1   2   3

Электровозы нового поколения

(виртуальная тематическая подборка)


«Северо-Кавказская железная дорога» - филиал ОАО «РЖД»

Северо-Кавказский центр научно-технической

информации и библиотек

Дорожная научно-техническая библиотека




Оглавление.


  1. Баранов В.А., Сергеев Н.А. Особенности конструкции и электрооборудования электропоезда «Аллегро» …………………………………………………………………………………………… 4

  2. Захаров С.Н., В.В. Ярец ЭП20 – электровоз нового поколения ……………………………….. 8

  3. Марченко А.В., Солтус К.П. Знакомьтесь: электровоз 2ЭС5 …………………………………. 13

  4. Уральский локомотив «Гранит»: новое слово в железнодорожном машиностроении ………. 18

  5. Никитина С.Г. Грузовой электровоз БГК1: успешная реализация инвестиционной программы БЖД ………………………………………………………………………………………………... 21

В наше время технический прогресс в различных отраслях техники позволяет создавать новые электровозы с улучшенными эксплуатационными характеристиками. В мировой практике создание новых электровозов различного назначения осуществляется на единой базовой платформе с использование большого числа унифицированных узлов, систем и элементов.

Этот же принцип планируется положить в основу создания нового поколения электровозов для железных дорог России. Такой подход позволит сократить сроки создания электровозов, предназначенных для различных видов службы, снизить затраты на подготовку производства новых типов электровозов, уменьшить эксплуатационные расходы. При этом должна быть обеспечена высокая эксплуатационная надежность электровозов, уменьшены затраты электроэнергии на единицу полезной работы, обеспечены высокий коэффициент готовности, низкие затраты на ремонт не только электровозов, но всей железнодорожной инфраструктуры, обеспечивающей их эксплуатацию (пути, системы энергообеспечения и др.). В целом, следует минимизировать стоимость жизненного цикла нового поколения электровозов.











Электропоезд «Аллегро» типа «Pendolino Sm6» представляет со­бой четвертое поколение скоростных поездов серии ETR600 различных модификаций, производство которых было начато фирмой «Alstom» в 1965 г. Поезд является развитием существу­ющей модели «Pendolino Sm3» для Финских железных дорог (VR). Новый поезд (рис. 2) сформирован из семи вагонов, организо­ванных в виде двух тяговых единиц. Одна из них состоит из че­тырех вагонов: двух моторных (МС1, МН2), прицепного (ТРВ) и прицепного вагона с трансформатором (TTPS2). Вторая тяго­вая единица образована из двух моторных вагонов (МС2, МР2) и прицепного вагона, также являющегося трансформаторным (ТТР2). Поезд может использоваться как отдельный состав или в соединении со вторым поездом. Общие технические харак­теристики поезда приведены в таблице.

По сравнению с составами, эксплуатирующимися в Финлян­дии, поезд «Аллегро» имеет следующие отличия:

- систему двойного питания (25 кВ переменного тока час­тотой 50 Гц и 3 кВ постоянного тока);


  • тяговую и вспомогательную аппаратуру с водяным ох­лаждением, увеличенную мощность тяговой единицы с улуч­шенным дублированием (два тяговых преобразователя на тяговую единицу);

  • внешнее аварийное подсоединение напряжения 3 кВ по­стоянного тока и 1,5 кВ переменного тока (аналог высоковольт­ной магистрали электроотопления пассажирских поездов, кото­рая используется для питания вспомогательных потребителей при движении электропоезда посредством вспомогательного локомотива).








С 29 мая 2011 г. на линии Санкт-Петербург Хельсинки стали курсировать четыре пары поездов «Аллегро». Средняя скорость на этом маршруте составляет 113 км/ч, что позволяет добраться из Санкт-Петербурга в столицу Финляндии за 3,5 ч. По территории России скоростные составы следуют в течение полутора часов от Санкт-Петербурга до государственной границы с учетом стоянки на станции Выборг (рис. 1).

Общая населенность секции поезда — 352 посадочных ме­ста + два места для пассажиров с ограниченными возмож­ностями (подъемники для колясок находятся в вагоне-баре): МС1 — вагон I класса со схемой размещения мест 2 + 1; в вагоне МН2 предусмотрены условия для размещения пасса­жира с ограниченными возможностями (одно место и туалет). Все остальные вагоны — II класса с размещением мест 2 + 2. Вагон ТРВ включает в себя бар и кафетерий.



ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ

Кузов. Изготовлен из алюминиевого сплава. Центральная часть составлена закрытыми профилями и продольными стер­жнями, образующими трубчатую конструкцию. Концевые части конструкции изготовлены из профилей и листового металла. В целях сокращения приваривания вспомогательных конструкций к профилям конструкции добавлены Т-образные пазы для креп­ления поперечных балок под кузовом, оборудования под кузо­вом, внутреннего оборудования и т.д.

Проемы для окон, решеток, установок кондиционирования воз­духа и др. фрезеруются непосредственно на боковых сторонах и крыше. Поперечные стены внутри конструкции кузова способ­ствуют ее жесткости. Точки подъема кузова расположены рядом с тележками для удержания и выравнивания кузова.

Конструкция кузова вагонов собирается следующим образом. Ровная рама изготовлена из экструдированных алюминиевых про­филей, продольно расположенных и сплоченных между собой по­средством пазов сбоку от двух балок. Две стороны также изготов­лены из экструдированных алюминиевых профилей, продольно рас­положенных и сплоченных между собой посредством пазов.

Закругленная крыша изготовлена из алюминиевых профилей, расположенных продольно. Два продольных бруса, расположен­ных под каркасом на концах, по большей части образованных экс-трудированными алюминиевыми профилями, сконструированы для поддержания сцепки.

Две насадки, расположенные на концах трубы, изготовлены из алюминиевых профилей. Наружная форма определяется сооб­ражениями аэродинамики, в то время как интерьер спроектиро­ван с учетом возможных сопряжений для оборудования каби­ны машиниста. Передняя поверхность аэродинамической носо­вой части предотвращает попадание камней, птиц и летящих объектов в секцию поезда. Для аэродинамической носовой ча­сти проводится испытание на удар.

Рама. Каркас кузова образован профилями. Профили соеди­нены между собой посредством электрической сварки. Конст­рукции рам вагонов МС1 и МС2 похожи, однако, отличаются раз­ным расположением Т-образных пазов. Каждая сторона обра­зована разными типами прессованных профилей. Конструкции всех семи вагонов по большей части одинаковы, при этом кон­струкции сторон идентичны друг другу. Они различаются толь­ко наличием или отсутствием камеры для кондиционирования, а также количеством и типом окон и дверей в соответствии с различными типами вагонов. Профили сторон сварены между собой посредством V-образных сварных швов.

Крыша. Она изготовлена из пяти прессованных профилей. Два боковых соединены с центральными профилями посред­ством сварки «a sovrapposizione», в то время как центральные профили соединены между собой V-образными сварными шва­ми, сходными с используемыми для пола и стороны. Крыши разных вагонов отличаются отверстиями для проводов. Соеди­нения между рамой и стороной, а также между стороной и кры­шей выполняются посредством полу-\/-образных сварных швов.










СВЯЗЬ КУЗОВА ВАГОНА С ТЕЛЕЖКОЙ И СИСТЕМА НАКЛОНА

Конструктивной особенностью поезда является то, что в его тележках предусмотрена гидравлическая система наклона кузо­ва, которая позволяет компенсировать непогашенное ускорение и тем самым повысить устойчивость вагона при прохождении кривых, что дает возможность увеличить скорость движения в кривых участках на 20 км/ч. Система наклона интегрирована в конструкцию каждой тележки и обеспечивает возможность на­клона кузова вагона до 8°. Это подчеркнуто в названии поезда («Pendolino» в переводе с итальянского означает «маятник»).

Наклон кузова происходит за счет увеличения давления в ци­линдрах (давление масла 255 кгс/см2) с одной стороны тележ­ки (активные цилиндры). В цилиндрах с противоположной сто­роны давление остается неизменным. Далее, когда достигает­ся необходимый угол наклона, давление в цилиндрах уравнове­шивается, и система переходит в состояние покоя. При сниже­нии давления в активных цилиндрах и его увеличении в проти­воположных система возвращается в исходное положение.

Система работает в режиме замкнутого контура и содержит датчики, определяющие параметры движения поезда (скорость, ускорение в двух плоскостях, наклон кузова), контроллер систе­мы наклона (обрабатывает данные и подает сигналы управле­ния, требуемые для перемещения кузова), гидравлический мо­дуль наклона и гидравлические цилиндры. Следует обратить вни­мание на то, что при наклоне кузова в кривых токоприемник ос­тается в исходном положении благодаря системе стабилизации.

Рама токоприемника жестко связана с рамой тележки по­средством двух тяг и обеспечивает его устойчивое центриро­ванное положение при наклоне кузова. Тяги включают в себя демпферы, которые компенсируют воздействия от пути. Одна­ко при наклоне кузова на максимальный угол может произойти выход кузова вагона за очертание установленного на сети же­лезных дорог России габарита подвижного состава Т.

Для устранения возникшей негабаритности на поездах «Аллег­ро» в каждой тележке предусмотрена система активной боковой подвески, смещающая кузов в поперечном направлении в сторону от центра кривой. Смещение осуществляется двумя пневмати­ческими цилиндрами, расположенными на поворотном ударнике.

Итак, система наклона кузова, предусмотренная на электро­поезде Sm6, под управлением компьютера обеспечивает выпол­нение следующих процедур:

О наклон кузова каждого вагона электропоезда на криволи­нейных участках пути и возврат в исходное положение;

S аксиальное смещение кузова относительно оси пути.

Масса кузова вагона приложена к наклоняющейся надрессор-ной балке и вторичной ступени рессорного подвешивания. Та­ким образом, на пневматические цилиндры системы активной боковой подвески масса вагона не воздействует. Они функци­онируют только на криволинейных участках пути и являются ме­ханически независимыми, но связаны логически. Сигнал управ­ления подается одновременно на обе системы каждого вагона.

Цилиндры наклона кузова закреплены на нижней поверхно­сти надрессорной балки корпуса тележки и на верхней поверх­ности поворотного ударника тележки.

Движение кузова относительно тележки обеспечивается за счет прицепных шатунов. Таким образом, тележка электропоезда «Аллег­ро» имеет достаточно сложную конструкцию. Поэтому размещение в ней тягового привода не представляется возможным. Выходом из такой ситуации является подвешивание двигателя на раме кузова и передача вращающего момента через карданный вал. Рассмот­рим более подробно конструкцию тягового привода (рис. 3).

В связи с невозможностью размещения тягового двигателя внутри тележки, крепление тяговых двигателей осуществляется к раме кузова. Говоря о тяговом приводе, необходимо указать основные характеристики тягового двигателя. Итак, тяговый дви­гатель представляет собой асинхронную шестиполюсную трех­фазную машину с принудительной вентиляцией, которая полу­чает питание от автономных инверторов, расположенных на мо­торных вагонах. Фазное напряжение двигателя — 1205 В, ток — 211,2 А. При таких входных параметрах двигатель имеет номи­нальную мощность 564,8 кВт, максимальную скорость вращения 3121 об/мин, КПД — 93,5 %. Двигатель оснащен датчиками уг­ловой частоты вращения и температуры.



Рис. 3. Тяговый привод:

1 — конический редуктор; 2 — карданный вал; 3 — асинхронный тяго­вый двигатель; 4 —устройство, предотвращающее падение карданного вала на путь



Базовая конструкция пассажирского салона и кабина маши­ниста оснащены отверстиями на крыше для системы кондици­онирования воздуха (отопления).



Аэродинамическая носовая часть. Она монтируется на го­ловные вагоны 1 и 7 (МС1, МС2) электропоезда на конструкцию кабины и фиксируется на конструкции каркаса кузова. Изготов­лена из композитного материала, защищает машиниста от ле­тящих объектов. Она состоит из лобового стекла, боковых окон кабины, габаритных огней и створки передней сцепки.

Наружная форма определяется аэродинамическими сообра­жениями, в то время как интерьер спроектирован с учетом воз­можных сопряжений для оборудования кабины машиниста. Пе­редние обтекатели аэродинамической носовой части спроекти­рованы таким образом, чтобы минимизировать риск отхождения деталей от компонентов во время движения секции поезда в случае удара о препятствие. Конструкция обтекателей предпо­лагает их простую и быструю замену. Компоненты носовой ча­сти взаимозаменяемы и легко ремонтируются в случае незна­чительных повреждений.

Аэродинамическая носовая часть окрашивается в соответ­ствии со спецификацией покраски. Носовая часть и ее крепле­ние к конструкции обладают полной герметичностью к жидко­стям и перепадам внешнего давления.

Передняя поверхность головы должна выдерживать удары от птиц, камней, объектов, отлетающих от проходящих мимо поез­дов и др. Кроме того, в случае удара объекта о переднее лобо­вое стекло конструкция не должна поддаваться деформации, расслаиванию или другим видам повреждений.

Конструкция аэродинамической носовой части предусмат­ривает возможность частых столкновений с животными. Со­единение с конструкцией кузова выполняется сплошным скле­иванием монтажным клеем, оно характеризуется поведением принятых материалов (включая крепление клеем к конструк­ции кузова) под воздействием усталости и износа, в частно­сти таких, как механическое напряжение, воздействие ультра­фиолетовых лучей и разница температур между внутренней и внешней средами.

Герметичность к жидкостям обеспечивается как в нормаль­ных условиях эксплуатации при любых атмосферных условиях, так и в процессе мероприятий по уборке, выполняемых вручную или с помощью очистных машин в зимних условиях с исполь­зованием воздушной струи при температуре 50 °С.





ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ПОЕЗДА

В состав каждой из двух тяговых секций входят два мотор­ных вагона. Тяговые асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (АТД) закреплены на раме кузова вагона и меха­нически связаны при помощи карданного вала с осями второй и третьей колесных пар. Таким образом, для приведения элект­ропоезда в движение используются восемь тяговых двигателей.

В основе работы АТД лежит взаимодействие магнитного поля, наводимого в обмотке ротора, с вращающимся магнитным по­лем, получаемым в результате питания трехфазной обмотки ста­тора трехфазным напряжением. Известно, что по сравнению с машиной постоянного тока асинхронный двигатель обладает не­которыми преимуществами, такими как большая мощность бла­годаря большей длине активной части ротора, автоматический переход в режим торможения при превышении ротором часто­ты вращения магнитного поля. Он также более надежен и ме­нее требователен в эксплуатации.

Однако значительной проблемой, ограничивающей примене­ние АТД на отечественном подвижном составе, до настоящего времени остается сложность питания: для работы требуется трехфазное переменное напряжение. Другой существенной про­блемой является трудность регулирования его частоты враще­ния. Единственным оптимальным способом является регулиро­вание частоты питающего напряжения. Однако для сохранения перегрузочной способности двигателя необходимо вместе с частотой изменять и действующее значение напряжения так, чтобы выполнялось условие: U1/f1=U"l/f"l, при выполнении ко­торого получается семейство характеристик.

Таким образом, необходимо иметь возможность питания дви­гателя трехфазным напряжением регулируемой величины и ча­стоты. Для этого используется статический преобразователь. Питание каждого АТД электропоезда «Аллегро» осуществляет­ся от своего тягового преобразователя (рис. 4).

Он состоит из двух узлов: входного преобразователя 4Q-S и автономного инвертора напряжения, выполненных на базе IGBT-модулей. Входной преобразователь 4Q-S представляет собой однофазный управляемый мост, каждое плечо которого зашун-тировано в обратном направлении диодом и работает при сле­довании на участках переменного тока, выпрямляя напряжение вторичной обмотки тягового трансформатора.

Поскольку напряжение в контактной сети изменяется в ши­роком диапазоне, для нормальной работы АТД необходима его стабилизация. Поэтому преобразователь 4Q-S за счет приме­нения широтно-импульсной модуляции дополнительно поддер­живает выпрямленное напряжение на заданном уровне. В ре­зультате напряжение на входе инвертора (на конденсаторе про­межуточного звена постоянного напряжения) поддерживается постоянным, что определяется величинами линейного напря­жения АТД и номинального напряжения контактной сети посто­янного тока. На электропоезде Sm6 уровень напряжения это­го звена принят равным 3600 В. Далее напряжение преобразу­ется автономным трехфазным двухуровневым (двухточечным) инвертором напряжения и подается к обмотке статора АТД (рис. 5). При работе на участках постоянного тока преобразо­ватель 4Q-S не функционирует, а инвертор напряжения подклю­чается к контактной сети.

Тяговый преобразователь позволяет выполнять и электроди­намическое торможение. Для перевода АТД в режим рекупера­тивного торможения необходимо уменьшить частоту вращения магнитного поля статора путем уменьшения частоты питающе­го напряжения. В результате машина перейдет в режим гене­ратора, создавая тормозящий момент. Вырабатываемое пере­менное напряжение при этом выпрямляется в узле инвертора, работающего в режиме выпрямителя.

При работе на участках постоянного тока ток рекуперации по­ступает непосредственно в контактную сеть. На участках пере­менного тока он предварительно преобразуется в переменный преобразователем 4Q-S, работающим в режиме инвертора.

Если в фидерной зоне нет потребителя, способного полнос­тью поглощать всю вырабатываемую энергию, увеличивается на­пряжение в контактной сети. В этом случае происходит пере­ход на замещающее реостатное торможение, для чего в работу вступает импульсный тормозной регулятор, подключающий па­раллельно звену постоянного напряжения тормозной резистор.

Отличительной особенностью этого способа является воз­можность оперативного изменения величины тока реостатного контура при изменении тока рекуперации. В результате ток дви­гателя (а значит, и тормозная сила) поддерживается на задан­ном уровне. Так функционирует «следящая» схема рекуперативно-реостатного торможения. Алгоритм работы в каждом конк­ретном случае задается системой управления тяговым преоб-

разователем. На каждом моторном вагоне электропоезда «Ал­легро» установлены по два тормозных резистора и регулятора.

Для питания вспомогательного оборудования применен пре­образователь собственных нужд, вход которого подключен к зве­ну постоянного напряжения. Он представляет собой трехфаз­ный автономный инвертор напряжения. Постоянное напряжение, получаемое от контактной сети или входного преобразователя, преобразуется в трехфазное переменное 400 В, 50 Гц.

Для питания вспомогательных потребителей в случае движе­ния электропоезда при помощи вспомогательного локомотива на головном вагоне расположены розетки внешнего подключения. При следовании на территории России питание вспомогательной магистрали осуществляется от магистрали электроотопления пас­сажирского поезда постоянным током напряжением 3000 В, а при следовании на территории Финляндии — 1500 В переменного.

При активации системы управления для следования по тер­ритории России функционирует интегрированная в нее систе­ма безопасности КЛУБ-У (блок индикации БИЛ-У изображает­ся на экране бортового компьютера с сохранением всех функ­ций и алгоритмов работы устройства в целом). Вид пульта при­веден на рис. 6.



СОСТАВ ПОЕЗДНОЙ БРИГАДЫ

Поезд «Аллегро» обслуживается поездным персоналом фин­ских и российских дорог. В состав бригады входят три-четыре кондуктора (два от VR и два от РЖД или один от VR, два от РЖД и наоборот) — в зависимости от населенности поезда. В бри­гаде выделяются ведущие кондукторы (выполняющие роль на­чальников поездов). Один из них от VR действует в поезде на территории Финляндии и один от РЖД — на территории Рос­сийской Федерации. В купе вагона № 4 во время пограничных формальностей работают представители органов власти Фин-





Рис. 6. Пульт управления электропоездом «Аллегро»

ляндии и Российской Федерации. На территории Финляндии в поезде работают сотрудники пункта обмена валюты.

Основная локомотивная бригада состоит из двух машинис­тов. На территории Финляндии поездом управляет машинист от VR, на территории Российской Федерации — машинист от РЖД. Смена машинистов происходит на станции Вайниккала. Во вре­мя поездки весь персонал соблюдает законодательство и ин­струкции органов власти той страны, на территории которой он находится. Возникающие проблемные вопросы разрешаются во взаимном сотрудничестве. Об отклонениях от графика движе­ния машинист информирует ведущего кондуктора. Оформляет билеты в поезде только кондуктор от VR.

Обзор подготовили инженеры В.А. БАРАНОВ,

г. Санкт-Петербург, Н.А. СЕРГЕЕВ,

г. Москва




Локомотив. - 2012. - № 3. - С. 40-43







ускорил переход к локомотивам но­вых поколений.

С конца 1960-х годов отечест­венные специалисты также активно включились в работу по созданию локомотивов с тяговым приводом новых типов с применением асин­хронных и синхронных (вентиль­ных) тяговых двигателей. Преиму­щества таких локомотивов были


С. Н. Захаров, В. В. Ярец (ЗАО «Трансмашхолдинг»)

ЭП20—электровоз

нового поколения
  1   2   3


База данных защищена авторским правом ©bezogr.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница