Тяговые электродвигатели
Электрические машины являются обратимыми, т е. электрический генератор может стать электродвигателем, а двигатель - генератором. Если для получения электрического тока в генераторе необходимо вращать якорь, то для получения вращающего момента на валу якоря в двигателе, на обмотки якоря необходимо подать ток.
На тепловозах и электровозах для приведения в движение колесных пар применяют тяговые электродвигатели в основном постоянного тока с последовательный возбуждением полюсов, т е. ток подводится через щеточный аппарат к коллектору якоря и его обмоткам, а затем проходит по обмоткам возбуждения полюсов, намагничивает их и возвращается на минусовые клеммы генератора, замыкая цепь.
Принцип устройства электродвигателя постоянного тока одинаков с принципом устройства генератора постоянного тока. В остове, являющимся магнитопроводом, укрепляются обычно по две пары полюсов с обмотками возбуждения и две пары дополнительных полюсов, служащих для исправления магнитного потока. В подшипниковых щитах, закрывающих с обеих сторон остов, в роликовых подшипниках устанавливается якорь двигателя с обмотками.
Электрический ток, подведенный от генератора к двигателю через щетки коллектора, проходит по обмоткам якоря и обмоткам возбуждения полюсов. Проходя по обмоткам якоря, ток взаимодействует с магнитным потоком, созданными обмотками возбуждения. Из курса физики известно, что если проводник с током поместить в магнитное поле, он будет выталкиваться с силой, пропорциональной длине проводника, силе тока, проходящему по проводнику и магнитному потоку. В результате на валу якоря появится вращающий момент, который через зубчатый редуктор передается колесной паре.
Схема подключения обмоток якоря и обмоток возбуждения полюсов приведена на рис. 4.17.
К экипажной части обычно относят главную раму тепловоза с кузовом, ударно-тяговые устройства, тележки с опорно-возвращающими устройствами и шкворнями, передающими тяговое усилие от тележек к кузову. На главной раме размещена силовая установка (дизель-генератор) с вспомогательным оборудованием и ударно-тяговые устройства. Таким образом, рама несет нагрузку от массы оборудования, установленного на ней, передает силу тяги составу и воспринимает тормозные и динамические нагрузки во время движения тепловоза. Если кузов и кабина машиниста, установленные на главной раме тепловоза, не воспринимают этих нагрузок и выполняют только функции защиты от атмосферных воздействий, то конструкцию главной рамы называют несущей.
Рис. 4.17. Схема электрических соединений тягового электродвигателя.
При этом рама получается тяжелой; но технологически простой и менее трудоемкой в изготовлении. Кроме этого, значительно облегчается монтаж на ней оборудования, так как установка агрегатов производится в этом случае на открытую раму, а кузов устанавливается в последнюю очередь. Если кузов и рама составляют единую цельносварную конструкцию, при которой некоторая доля статической и динамической нагрузок воспринимается кузовом, такую конструкцию называют цельнонесущей (с несущим кузовом). Конструкция более, трудоемка, но имеет меньшую удельную массу.
Главная рама опирается вместе с кузовом на две тележки посредством либо жестких опорных устройств, либо через упругие элементы (резиновые или металлические пружины). При наличии между кузовом и тележками упругих элементов тепловоз приобретает вторую ступень рессорного подвешивания (первая ступень — между колесными парами и рамой тележки). Рессорное подвешивание такого тепловоза называется двухступенчатым.
Оборудованиё на главной раме должно быть размещено таким образом, чтобы на каждую тележку приходилась одинаковая нагрузка. Одинаковую нагрузку должна нести и каждая колесная пара. Отклонение допускается не более ±3 %. Связь тележек с главной рамой должна обеспечивать поворот их в плане на некоторый угол (3-4°) для обеспечения прохождения тепловоза в кривых участках пути. При этом тележка может либо только поворачиваться относительно жесткого шкворня рамы тепловоза (тепловозы ТЭЗ, 2ТЭ 10Л, ТЭМ2 и др.), либо поворачиваться с одновременным перемещением в поперечном направлении относительно кузова (тепловозы ТЭП60, 2ТЭ 10М (В), 2ТЭ 116, ТЭП70 и некоторые другие). В этом случае связь кузова (главной рамы) с тележками упругая, причем упругость обеспечивается только в поперечном направлении. В направлении передачи тяговых и тормозных усилий связь, как правило, жесткая. На тепловозах 2ТЭ 10М (В), 2ТЭ 116 и ТЭП70 упругое перемещение тележек относительно кузова обеспечивается за счет плавающего гнезда шкворня и горизонтальных пружин, на тепловозе ТЭП60 — за счет наклона маятниковых опор и сжатия пружин возвращающих аппаратов. При люлечном подвешивании кузов перемещается в поперечном направлении за счет наклона подвесок. Возвращение тележек из отклоненного положения обеспечивается возвращающими устройствами.
Современные тепловозы большой мощности все имеют тележечные экипажи. Тележки улучшают условия прохождения кривых участков пути. Размещение колесных пар в жесткой длинной раме потребовало бы больших поперечных перемещений колесных пар относительно рамы, уменьшения толщины гребней средних колесных пар, а то и вовсе удаления их для обеспечения беспрепятственного прохода в кривых участках пути. Только тепловозы малой мощности с числом осей не более трех имеют единую жесткую раму, непосредственно опирающуюся через рессорное подвешивание на колесные пары.
Тележки являются ходовой частью тепловоза, непосредственно взаимодействующей с рельсовым путем. Они воспринимают подрессорные массы тепловоза, тяговые и тормозные силы, а также горизонтальные поперечные усилия при движении в прямых и в кривых участках пути. Взаимодействуя через колесные пары с рельсами, тележки передают кузову динамические нагрузки, вызываемые неровностями пути. В свою очередь кузов тепло- воза передает эти силы через тележки на путь. Поэтому от конструкции тележек во многом зависят плавность хода и другие динамические качества тепловоза.