Управление тягой при боксовании

Одной из причин непроизводительного расхода электроэнергии является плохое сцепление колесных пар с рельсами, при котором возникает боксование. Сила тяги электровоза или электропоезда

Рис. 23 Пусковые характеристики тягового двигателя электровоза

ВЛ10

Для трогания поезда с места необходимо, чтобы сила Р была больше общего сопротивления движению В), но не превосходила силы сцепления поезда с рельсами Рф, т. е.

где Р - сцепной вес электровоза или моторных вагонов электро* поезда;

ф - коэффициент сцепления между колесами и рельсами.

Если по каким-то причинам приложенная к колесным парам сила тяги окажется больше силы сцепления, колеса начнут скользить по рельсам и с большой частотой вращаться на одном месте. Это явление называется боксоваппем колесных пар. На пусковой характеристике электровоза ВЛ10 (рис. 23) показано ограничение еилы тяги по сцеплению.

Сила тяги на электропоездах определяется безбок-совочным движением порожнего моторного вагона. Следовательно, она может быть увеличена за счет повышения коэффициента сцепления и увеличения сцепнога веса моторного вагона. Действительное значение коэффициента сцепления при пиках силы тяги для парал-

22

СЛЬПОГО соединения ТЯГОВЫХ двигателей я|‘д - 1,1 о - .

100 -г V

Сцепной вес поезда зависит от степени заселенности вагонов. Порожний вагон электропоезда ЭР2 может развивать силу тяги без нарушения сцепления 7,8 тс (рис. 24), а вагон электропоезда ЭР9П - 9,55 тс. Так как сила тяги электропоезда зависит от коэффициента сцепления, то при сильном боксовании она в значительной степени падает, и для того, чтобы ее реализовать, машинисту приходится несколько раз включать и выключать тяговые двигатели, а это приводит к лишним затратам электроэнергии. Исли же допустить длительное боксование колесной пары, на коллекторе тягового двигателя может возникнуть круговой огонь, что приведет к срабатыванию токовой защиты. По заводской инструкции боксование может продолжаться не более 5 с.

Электропоезд в отличие от электровоза состоит из нескольких тяговых секций, как правило, из трех, пяти пли шести.

В практике редко подвержены боксованию все моторные вагоны, часто боксуют те вагоны, у которых тяговые параметры выше других или ниже коэффициент сцепления. Поэтому прекратить боксование можно за счет перехода на высшую ступзнь контроллера машиниста. Обычно при возникновении боксова-ния на одном или двух моторных вагонах машинисты стремятся рукоятку контроллера перевести на низшую ступень и тем самым уменьшить тяговые свойства поезда для быстрейшего прекращения боксозания. Практика показывает обратное. В некоторых случаях лучше поставить рукоятку контроллера на высшую позицию и за счет других вагонов придать поезду большее ускорение. При этом на боксующем вагоне уменьшаются подводимое напряжение и ток на коллекторе тягового двигателя, а на других вагонах увеличиваются, и боксование прекращается. Такой вариант возможен при условии выдержки установленного времени боксованпя и при боксовании не более одного-двух вагонов.

Усовершенствование противобоксовочной защиты на электровозах ВЛ10 позволяет при переводе тягового двигателя боксующей колесной пары с полного возбуждения при последовательном соединении тяговых двигателей на IV ступень ослабления возбуждения снижать или прекращать процесс боксования.

Исследования и опытные поездки с электровозами показали, что для прекращения боксования в начале его развития необходимо на 1 с, в редких случаях на

2-3 с, снизить не менее чем на 7з силу тяги боксующей колесной пары. Как известно, сила тяги ^ на ободе колеса:

где с - постоянная величина;

Ф - магнитный поток двигателя;

I - ток в обмотке якоря.

Отсюда видно, что уменьшение силы тяги можно получить, уменьшив одну из указанных величин.

Схемой электровоза ВЛ10 предусмотрено с 3-й по 16-ю позицию перевод тягового двигателя боксующей колесной пары на IV ступень ослабления тока. В результате ток возбуждения снижается за счет протекания части тока по шунтирующей цепи. Уменьшение тока возбуждения снижает магнитный поток, а следовательно, и силу тяги боксующей и связанной с ней колесной пары. Но при этом общий ток, проходящий по всем тяговым двигателям, немного возрастает, так как при ослаблении возбуждения двух двигателей общее сопротивление цепи всех двигателей незначительно уменьшается. Кроме того, снижение магнитного потока двух двигателей, а следовательно, и уменьшение их электродвижущих сил способствуют увеличению общего тока. Однако общий ток возрастает довольно незначительно, так как компенсируется увеличением падения напряжения на резисторах. В то же время это небольшое повышение общего тока приводит к увеличению силы тяги остальных шести двигателей, что позволяет несколько стабилизировать силу тяги всего электровоза.

При езде на полном возбуждении, когда пусковые резисторы полностью выведены, этого не происходит. В случае возникновения боксовапия на ослабленном возбуждении необходимо рукоятку контроллера перевести на позиции полного возбуждения или на шесть позиций ниже и потом при подаче песка рукоятку постепенно переводить на прежнюю позицию.

Для борьбы с начавшимся боксовапием можно рекомендовать подтормаживание колес вспомогательным тормозом локомотива. Давление в цилиндрах при этом должно быть не более 1 кгс/см². Потери электроэнергии находятся в прямой зависимости от времени боксо-вания.

На участке длиной 3 км при повторном пуске (нормальном ускорении) и средней скорости 60 км/ч потеря электроэнергии на электропоезде составляет около 7 кВт-ч. Если при боксовании одного моторного вагона в поезде машинист нс выключает тяговых двигателей (учитывая, что сила тяги на боксующем вагоне составляет 50 % нормальной), потеря электроэнергии составит около 1,5 кВт-ч. При включении кнопки «Пониженное ускорение» потеря электроэнергии при пуске составит около 10 кВт-ч на поезд.

Надо учитывать, что боксование поезда, кроме излишних затрат электрической энергии, создает большие трудности локомотивной бригаде по выполнению графика движения и в некоторой степени влияет на срок службы тяговых двигателей и колесных пар.

Рис. 25. Распределение тока в цепях тяговых двигателей при боксовании:

а - электровоза постоянного тока; б - моторного вагона электропоезда

Довольно опасно резкое прекращение боксоваиия, например, подачей большого количества песка. В этом случае большая часть запасенной кинетической энергии отдельных деталей превращается в энергию удара, в результате чего повреждаются изоляция обмотки якоря, ее крепление в пазах, зубья передачи. Корпус тягового двигателя с опорно-осевым подвешиванием в этот момент как бы приседает или подпрыгивает, поворачиваясь вокруг оси колесной пары. В результате могут произойти также излом пружин подвески двигателя, нроворот бандажей колесных пэр и другие повреждения механической части электровоза.

Не менее серьезны последствия электрических повреждений, возникающих в результате нарушения коммутации, а на электровозах постоянного тока - и вследствие повышения напряжения на коллекторе двигателя, связанного с боксуюшеи колесной парой.

Нарушение коммутации и как следствие этого круговой огонь на коллекторе «боксующего» двигателя возникают из-за значительного снижения времени коммутации тока в витках обмотки якоря; в большей мере это относится к двигателям электровозов переменного тока, у которых коммутация и без того осложнена пульсацией тока в обмотках полюсов и якоря.

Повышенное напряжение на коллекторе «боксующего» двигателя вызывает увеличение напряжения между соседними коллекторными пластинами. Необходимо иметь в виду, что наиболее резко падает сила тяги на электропоездах и электровозах постоянного тока при последовательном соединении тяговых двигателей, когда увеличение противо-э.д.с. одного двигателя вызывает понижение тока всех остальных. При параллельном соединении тяговых двигателей (в каждой из цепей включено два двигателя последовательно, рис. 25) в случае боксования одной колесной пары происходит наименьшая потеря силы тяги, поскольку уменьшается ток и вращающий момент только двух двигателей: «бок-сующего» и соединенного последовательно с ним.

Наименьшее снижение силы тяги наблюдается у электровоза переменного тока, поскольку при постоянном параллельном соединении двигателей кратковременное уменьшение тока в одном из них практически не влияет на работу остальных.