Нетрадиційні види тяги

Федеральне Агентство Залізничного Транспорту

Іркутський державний університет шляхів сполучення

Реферат з основ теорії електричної тяги:

«Нетрадиційні види тяги»

Виконав: студент групи Енс-07-2-1

Горшков В.К.

Перевірив: Дмитрієва М.Л.

м. Іркутськ 2009

Введення

Історично на залізницях склалося два види тяги. При одному з них на локомотивах розташовується тепловий двигун із запасом палива і води, що витрачаються на вироблення енергії, необхідної для руху поїзда. Запаси палива, води і мастила в міру їх витрачання поповнюють обслуговуючі бригади в спеціальних заправних (екіпірувальних) пунктах.

Локомотиви іншого виду тяги - це електровози і моторні вагони, на яких для живлення тягових електродвигунів використовується електроенергія, що виробляється на електростанціях (джерело електричної енергії) і передана по лініях електропередачі через тягові підстанції і тягову мережу. Завдяки відсутності теплового двигуна і запасу палива потужність локомотивів даного досить висока.

Звідси і отримали свою назву ці види тяги: перша - автономна, друга - неавтономна.

Локомотиви автономної тяги поділяють за найбільш характерній ознаці - принципом дії їх теплових машин; неавтономної тяги - також на основі її найбільш характерної ознаки - за родом струму і значенням напруги в контактній мережі.

Розглянемо найменш поширені види тяги - автономну і комбіновану.

1. Автономна тяга

1.1 Парова тяга

Локомотиви, що використовують як енергетичної установки машину, носять назви паровозів. Паровози були першим і довгий час панівним типом локомотивів, зігравши, таким чином, величезну роль у становленні залізничного сполучення. Лише починаючи з середини XX століття їх витіснили тепловози та електровози. Однак паровози все ще активно використовуються в різних країнах, наприклад, в Китаї, на Кубі, в Таїланді і Африканському континенті (в основному там, де дешеве паровозне паливо).

Походження назви.

Винахід слова «паровоз» приписується Н.І. Гречку, який у середині XIX століття видавав газету «Північна бджола». До цього паровоз називали «Самокатна парова машина», «парова фура», «парова віз», «пароходка» - у Черепанових і В.А. Жуковського, і навіть «пароплав». У перших звітах будівельника Царськосельській залізниці Ф.А. Герстнера зустрічається: «парова машина», «паровий екіпаж», «парова карета». З 1837 року Герстнер вже використовує слово «паровоз».

Історія паровоза.

Самий перший паровоз був побудований Річард Тревітік в 1804 році, проте перший по-справжньому працездатний паровоз, «Ракета» (Rocket) був створений Джорджем Стефенсоном в 1830 році. Протягом XIX століття паровози вдосконалювалися, наприклад, був винайдений пароперегрівач, вводилися нові типи парових машин (наприклад, компаунд-машини). До початку XX століття склалася усталена конструкція паровоза. Тоді ж у паровоза з'явилися конкуренти - електровози і тепловози. Після Другої світової війни в Європі та Північній Америці паровози перестали будувати. Збережені машини ще пропрацювали до шістдесятих-вісімдесятих років, після чого були виведені з експлуатації.

Довше паровози протрималися в країнах Азії. Так, в Індії на залізницях широкої колії паровози використовувалися до 1996 року. У Китаї паровози будувалися аж до вісімдесятих років, вони широко використовуються і на початку XXI століття.

На Кубі збереглася велика кількість дуже старих (середнім віком у 70-80 років) паровозів виробництва США. Справа в тому, що після приходу до влади на Кубі Ф. Кастро США ввели проти Куби торгове ембарго, і, таким чином, Куба не могла закуповувати більш сучасні локомотиви.

У Європі, Росії і Північній Америці в наші дні паровози використовуються на музейних залізних дорогах, також підтримується Паровозна інфраструктура (депо, запаси вугілля, водонапірні башти та ін): паровоз є стратегічним транспортним засобом на випадок війни.

Відмінності пасажирського та вантажного паровозів.

Пасажирські та вантажні паровози зовні помітно відрізняються один від одного, що пояснюється наступними причинами:

Пасажирському паровоза не потрібен великий зчіпний вагу, тому може бути зменшено кількість рушійних або «зчіпних» коліс, здійснюють зчеплення з рейками за рахунок сил тертя;

Швидкість пасажирських паровозів повинна бути вище, для цього збільшують діаметр зчіпних коліс і влаштовують перед ними «бегунковие» колеса меншого діаметру. Бегунковие колеса утворюють в плані окрему візок і допомагають паровоза вписуватися в криві, а також готують шлях до проходження зчіпних коліс.

Принцип дії паровоза

Паровоз складається з трьох основних частин: котла, парової машини і екіпажної частини. Крім того, до складу паровоза включається тендер - спеціальний вагон, де зберігаються запаси води і палива. Якщо ж вода і паливо зберігаються на самому паровозі, то тоді його називають танк-паровозом.

Паливо спалюється в топці котла. Дно топки представляє собою колосникові грати, на якій і відбувається горіння. Зола і шлак зсипаються через грати в зольник. Топка закріплена всередині котла на зв'язках і повністю покрита водою, щоб максимально повно використовувати теплоту згоряння палива.

Котел пронизаний безліччю труб, званих димогарних і жаровими, оточених наповнює котел водою, за якими дим з топки проходить через весь котел, потрапляє в димову коробку і потім викидається в атмосферу через димову трубу. Димогарні і жар-труби є, таким чином, теплообмінником, який передає тепло згорілого палива воді в котлі.

Вода в казані нагрівається і закипає. Пара, що утворюється збирається в розташованому у верхній частині котла сухопарнику, який за своєю формою дещо нагадує дзвін або купол. У більшості паровозів пар потім проходить через пароперегрівник.

З пароперегрівача пар через труби надходить у парову машину. Золотник (золотниковий клапан) направляє пар поперемінно в передню та задню частини парового циліндра, приводячи розташований в циліндрі поршень у зворотно-поступальний рух. Цей рух за допомогою кривошипно-шатунного механізму трансформується в обертовий і передається колесам паровоза.

Відпрацьований пар через конусний пристрій (форсовий конус) направляється в димову трубу, де таким чином створюється тяга, необхідна для горіння палива в топці.

Слід зауважити, що проектування паровозів було дуже складним процесом, багато в чому вибір основних параметрів кожного елемента грунтувався на інтуїції інженерів, а не на строгих розрахунках.

Паливо.

В основному на паровозах в якості палива використовувався вугілля. У тих районах, де нафта була доступнєє вугілля, паровози також експлуатувалися на нафті (мазуті), також використовувалися дрова, але на початку 1920-х років від дров відмовилися у зв'язку з підвищенням потужності паровозів, так як теплотворної здатності дров вже не вистачало. Але в роки розрухи і в період Великої Вітчизняної війни використовувалися дрова і торф.

Автоматична подача палива.

Коли обсяги топок потужних паровозів досягли межі можливості їх опалення вручну, виникла нагальна потреба у створенні механічного углеподатчіка. Перші спроби створення механічного углеподатчіка - стокера - були зроблені в США в 1889 році, але вони виявилися незадовільними. Після багаторічних досліджень потужні паровози стали оснащуватися стокера двох видів: з верхньої та нижньої подачею палива. Паровози з великою площею колосникових грат оснащувалися також Стокера «Дуплекс» - з двостороннім верхньою подачею вугілля в топку. У СРСР стокери вперше були встановлені на паровозах ФД і ІС.

Тендери деяких потужних американських паровозів оснащувалися пушера - механічним пристроєм, розпушують смерзшийся вугілля і просуває його до транспортера стокера.

Швидкість паровозів

Недоліки паровоза

Недоліки паровоза, що визначили його заміну електровозами і тепловозами наступні:

1). Вкрай низький ККД - максимальний до 5-10%. В даний час існують розробки, що дозволяють підняти ККД паровоза до 50-60%, на те є практичні приклади в Швейцарії. Але в даний момент занадто дорого перепрофілювати виробництво.

2). Неможливість використання за системою багатьох одиниць (коли один машиніст керує кількома зчепленими локомотивами).

3). Важкі умови праці локомотивної бригади.

1 .2 Дизельна тяга

Дізелевози - підземний локомотив, оснащений дизельним двигуном, забезпечений спеціальними каталізаторами та фільтрами для очищення вихлопних газів від окису вуглецю і токсичних продуктів згоряння робочої суміші, призначений для рейкової транспортування людей і вантажів в шахтах, а також при будівництві метрополітенів.

Основні відомості.

Вперше дізелевози застосовані на гірських виробках на початку XX століття. Як правило на дізелевози застосовується чотиритактний дизельний двигун з водяним охолодженням. Застосовується механічна або (при великій потужності дізелевози) гідромеханічна коробка передач дозволяє регулювати швидкість переміщення від 3 до 14 км / год.

Дізелевози складається з рами, механічної частини, дизельного двигуна, механічної або гідравлічної коробки передач, системи охолодження дизеля, пристрої для очищення вихлопних газів. Запуск дизельного двигуна виробляється від пневматичних або гідравлічних пускових двигунів. Дизельний двигун працює на дизельному паливі з пониженим вмістом сірки. Проводиться така регулювання паливної апаратури при якій відбувається повне згоряння дизельного палива в циліндрах. Ширина колії дізелевози - 750 або 900 мм.

Дізелевози вигідно відрізняються від акумуляторних електровозів більшою потужністю, що дозволяє перемішати склади на значних ухилах.

Незважаючи на встановлені системи очищення вихлопних газів дізелевози все одно забруднюють атмосферу шахти і вимагають додаткової подачі свіжого повітря з розрахунку 2 кубометри на хвилину на 1 л. с. потужності.

Дізелевози застосовуються на шахтах у Великобританії, Бельгії, Росії («Воркутауголь», «Южкузбассуголь»).

Крім дизелевозів традиційної схеми з опорою колісних пар на рейковий шлях є дізелевози монорейкові.

Дізелевози не слід плутати з тепловозами. Основні відмінності: дізелевози застосовується в обмежених умовах гірничих виробок і тому жорстко обмежений в габаритах, щодо використання у замкнутому просторі на дізелевози встановлена ​​система з очищення вихлопних газів.

Виробники дизелевозів.

CzMT (Чехія)

Олександрівський машинобудівний завод (Перм).

Дружківський машинобудівний завод (Дружківка).

1 .3 Газотурбінна тяга

Газотурбово з - локомотив з газотурбінним двигуном (ВМД). На газотурбовози практично завжди використовується електрична передача: газотурбінний двигун з'єднаний з генератором, а виробляється таким чином струм подається на електродвигуни, які й призводять локомотив у рух.

Перший газотурбовози був побудований швейцарською фірмою Броун, Бовері унд компані (Brown, Boveri und Cie) в 1941 році.

У СРСР роботи над створенням газотурбовоза почалися в 1954 році.

Газотурбовози Г -1.

У 1959 році на Коломенському заводі був побудований єдиний екземпляр секції двохсекційного вантажного газотурбовоза Г1-01 (3500 л. С., З електричною передачею). На газотурбовози була застосована газотурбінна одновальний установка ГТ-3, 5 потужністю 3500 к.с. Від ГТУ наводилося в обертання дві групи генераторів: перша група з двох тягових генераторів МПТ-74/23, друга група з тягового генератора МПТ-74/23, збудника ВТ-275/120А і допоміжного генератора ВГГ-49/14. Кожен тяговий генератор був розрахований на номінальну потужність 733 кВт при частоті обертання 1800 об / хв. Кожен тяговий генератор плекав два паралельно підключених тягових електродвигуна ЕДТ-340 потужністю по 340 кВт. Газотурбінна установка використовувалася тільки при дотриманні під навантаженням. Для маневрових пересувань і проходження резервом служила допоміжна силова установка: дизель 1Д6 і маневровий генератор МПТ-49/16. Основним недоліком створеної моделі був велика витрата палива і складність конструкції.

Газотурбовози ДП-1.

Потім, там же, був побудовані два пасажирських газотурбовоза ДП-1. На газотурбовози застосована газотурбінна одновальний установка ГТ-3, 5 потужністю 3500 к.с. Від ГТУ наводилося в обертання три тягових генератора МПТ-74/23Б. Для маневрових пересувань служила допоміжна силова установка: дизель 1Д12 Барнаульського заводу і маневровий генератор МПТ-49/25-3К потужністю 195 кВт.

У початку 1965 року ГП1-0002 випробовувався на експериментальному кільці ВНИИЖТа. В кінці 1965 року обидва локомотива надійшли в депо Льгов. Якщо газотурбовози Г1-01 працював з вантажними поїздами епізодично, то пасажирські газотурбовози експлуатувалися регулярно, нарівні з приписаними до депо тепловозами ТЕП60, в результаті пробіг у ГП1-0001 і ГП1-0002 опинився в 3-4 рази вище, ніж у Г1-01. Газотурбовози мали недоліки: велика витрата палива, високий рівень шуму.

Газотурбовози ГТ101.

Луганський тепловозобудівний завод в 1960 році також був створений газотурбовози ГТ101-001.

Продовження робіт.

У 1970-х проекти зі створення газотурбовози були припинені, тому що вони не могли конкурувати з електровозами.

У 2007 році за ініціативою ВАТ «РЖД» виготовлено дослідний газотурбовози ГТ1-001 на базі електровоза ВЛ15-008. Турбіни виготовлені в Самарі, збірка локомотива здійснена на Воронезькому тепловозоремонтному заводі імені Ф. Е. Дзержинського.

4 липня 2008 ГТ1 вперше провів вантажний потяг. Вага складу дорівнював 3 тис. т, а випробування проходили на ділянці "Кінель-Жигулівське море" Куйбишевської залізниці.

РЖД наводить такі характеристики випробуваної моделі: швидкість до 100 км / год, потужність 8300 кВт, однієї заправки вистачає на 750 км, паливо - зріджений природний газ. Газотурбовози був продемонстрований на виставці "Іннотранс-2008" в Берліні. Передбачається, що він буде використовуватися в Сибіру, ​​багатою запасами природного газу.

Переваги та недоліки.

Головною перевагою газотурбінних двигунів є можливість розвивати велику потужність при відносно невеликих розмірах і масі. Перевагою є також можливість роботи на більш дешевому паливі й істотно менша витрата мастила.

Недоліком же є підвищений, в порівнянні з дизелем, витрата палива, а також різке зниження ККД при неповному навантаженні і висока витрата палива на холостому ходу, що викликає необхідність мати допоміжну енергетичну установку на локомотиві.

2. Комбінований вид тяги

2.1 Контактно-акумуляторна тяга

Суть даного виду тяги: локомотив (конта ктно-акумуля битий електровоз) забезпечується електродвигунами, які можуть харчуватися як від акумуляторів, так і від контактної мережі. Акумулятори подзаряжаются від контактної мережі через перетворювачі.

У СРСР в 1970 р. на Дніпропетровському заводі була побудована дослідна партія маневрових контактно-акумуляторних електровозів постійного струму ВЛ26 (10 екземплярів). 6 електровозів працювали в Ризі, 2 - на Свердловської залізниці, 2 - на Придніпровській. ВЛ26-002 був переобладнаний на Дніпропетровському заводі в ВЛ26 м.

Існував ще маневровий електровоз Т-01, не зберігся до наших днів і експлуатувався в депо Москва-3.

На даний момент в одному з депо Москви експлуатується акумуляторний локомотив ЛАМ-01, переобладнаний з тепловоза серії ЧМЕ3. Такому переобладнанню піддався всього один тепловоз.

Контактно-акумуляторні електровози використовуються і в метро для службових робіт у нічний час. Відмінність їх від звичайних метровагонів полягає в тому, що вони мають 2 кабіни машиніста, а в салоні стоять акумулятори з електрообладнанням. Старі електровози серій ЕД, Ека і деякі номерні (не отримали серії і зберегли початкові номери) переобладнувалися з пасажирських вагонів А, В4, Д, Е, Єї і Еж3. Більш нові (ВЕКА 81-580.1, 81-581, 81-582) виготовлялися відразу на заводі. Розсувні двері з боків кузовів є і в них (але вони розсуваються вручну).

Контактно-акумуляторні електровози (серія Л) використовуються також на лініях секретного метро Д-6, більш відомого як «Метро-2», в якому на більшості дільниць немає контактної рейки (див. Московське метро). На відміну від інших метроелектровозов, розсувних дверей з боків кузовів у них немає, а дах над машинним відділенням відсутній (є лише невелике аркове перекриття в середині салону). Максимальна швидкість на акумуляторах - всього 15 км / ч.

В даний час електровози № 5710, 5712, 0087, 0088 і 0089 експлуатуються в Метро-2 з пасажирськими вагонами Еж6 за схемою Еж6-Л-Еж6 або Еж6-Л-Л-Еж6, а електровоз 5686 варто розбитий в депо «Вихіно».

Крім контактно акумуляторних локомотивів ще бувають контактно-акумуляторні електропоїзди: Ср3А6, Ср3А6М, Ср3А6МТ (на базі Ср3), ЕР2А6 (на базі ЕР2Б - досвідченого електропоїзди на базі ЕР2) і вузькоколійний електропоїзд «Турист», що експлуатується в Новоафонський печері.

2.2 Дизель-контактна тяга

При електрифікації магістральних і промислових залізниць не завжди економічно доцільна і технічно здійсненна підвіска контактного проводу над усіма шляхами станції, що примикають до неї вітками і окремими парками. Підвіска контактного проводу над шляхами вантаження і вивантаження, а також шляхами, що заходять у виробничі приміщення, може призвести до ускладнень технологічних процесів вантажно-розвантажувальних робіт і не дозволяє використовувати деякі засоби механізації. Тому одночасно з введенням електричної тяги зазвичай на маневрової роботи збережуться автономні локомотиви у вигляді тепловозів і паровозів. Якщо ці локомотиви завантажені повністю, то основним недоліком поєднання електровозів і автономних локомотивів є необхідність організації ремонту та обслуговування різнорідного устаткування, що веде до підвищення експлуатаційних витрат. Якщо ж робота автономних локомотивів невелика, то до цього недоліку додається низька їх використання. Тому в ряді випадків виявляється доцільним застосовувати на маневрової роботи і особливо в умовах електрифікованих під'їзних шляхів локомотиви з двома джерелами енергії і, зокрема, дизель-контактні локомотиви. Ці локомотиви зазвичай представляють собою електровози, на яких встановлені дизель-генераторні агрегати, приводяться в обертання дизелем. Від них харчуються тягові електродвигуни при русі локомотива по неелектрифікованих шляхах. Швидкість обертання вала дизеля майже не змінюється, а швидкість локомотива регулюється зміною струму збудження генератора шляхом зміни включених в ланцюг пускових опорів.

Як правило, потужність дизель-генераторної групи значно менше сумарної потужності тягових електродвигунів і тому швидкість руху локомотива при русі по неелектрифікованих шляхах і максимальній силі тяги також менше, ніж при роботі локомотива під контактним проводом.

Зразкові характеристики дизель-контактних електровозів:

Максимальна швидкість - 40-60 км / ч. При роботі від дизель-генераторної установки локомотив розвиває силу тяги 5000-20000 кг і швидкість відповідно 18-5 км / ч. Потужність при реостатному гальмуванні становить 3 200 кет. Дизель-електровоз з моторними думпкарах розрахований на роботу на лініях з підйомами до 60-70 ° / оо

Висновок

Розвиток видів тяги визначалося зростанням обсягу перевезень на залізничному транспорті та пов'язаним з ним зміною ефективності

кожного виду тяги. Наприклад, залізні дороги нашої країни на паровій тязі витрачали до 30% кам'яного вугілля. видобувається в країні; перевезення його на базі постачання паровозів паливом займала величезну кількість вагонів, що істотно знижувало показники роботи залізниці. Тому не виключено, що в найближчому майбутньому буде розроблений новий, ще більш ефективний вид тяги.

Список літератури

1. Кисляков В.А., Плакса А.В. та ін «Електричні залізниці», підручник, вид. «Транспорт».

2. Ісаєв І.П., Фрайфельд А.В. «Бесіди про електричну залізниці», вид. «Транспорт».

3. Сидоров Н.І., Сидорова Н.М.. «Як улаштований і працює електровоз», вид. «Транспорт».

4. Http / /: ru.wikipedia.org.

5. Http / /: www.1520mm.ru/locomotives/lok56-65/20.