ЭЛЕКТРОВОЗ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту и может быть использована в тормозной системе и для привода электропневматических контакторов на электрическом подвижном составе (ЭПС) при модернизации электровозов ВЛ80Т и ВЛ80Т.
В отрасли железнодорожного транспорта способы модернизации оборудования известны, например способ модернизации сливного прибора железнодорожной цистерны для нефтепродуктов (патент Украины на полезную модель 52878, F16K 27/00, опубл. 10.09.2010) /1/, способ модернизации упора передней розетки хребтовой балки железнодорожного транспортного средства (патент Украины на полезную модель 67254, F28F 9/00, опубл. 10.02.2012)/2/, способ модернизации электропривода стрелочного (патент Российской Федерации на изобретение 2325296, B61L 5/06, опубл. 27.05.2008) /3/, способ модернизации колесно-моторных блоков магистральных и маневровых локомотивов с моторно-осевыми подшипниками скольжения с целью использования в них моторно-осевых подшипников качения. (RU 2545240 (13) С1, МПК: В61С 9/50 (2006.01), B60S 5/00 (2006.01), опубликовано 27.03.2015) /4/.
Однако эти способы и устройства не касаются модернизации блока мотор-компрессора электровозов ВЛ80Т и ВЛ80С.
Мотор-компрессоры характеризуют по номинальной подаче воздуха, давлением нагнетания, потребляемой мощностью, напряжению и роду (постоянный или переменный) тока питания, КПД, мощности а также типом двигателя. Электродвигатели мотор-компрессоров как правило двух типов:
- постоянного тока с последовательным возбуждением применяется на ЭПС постоянного, асинхронный переменного тока применяется на ЭПС переменного тока.
3
Значительное отличие у мотор-компрессоров, применяемых на локомотивах связано со спецификой их работы. Так на электровозе один-два компрессора должны снабжать воздухом систему со значительным объемом (ввиду высокой длины поезда), поэтому данные мотор-компрессоры характеризует высокая производительность и мощность. Например, на электровозе ЧС8 применены компрессоры K3-Lok2 производительностью 2,9 м/мин и мощностью 25 кВт. Для передачи крутящего момента от вала электродвигателя к компрессору используются различные передаточные механизмы.
Известна конструкция блока мотор-компрессор с трехпоршневым компресором КТ-6Эл, который содержит закрепленные на жесткой раме компрессор, выход которого соединен с двумя втулочно-пальцевыми муфтами через понижающий редуктор с валом асинхронного электродвигателя. (Руководство «Электровоз ВЛ80» Руководство по эксплуатации. Коллектив авторов ВэлНИИ по руководством Н.М. Васько. Глава VII Пневматическое оборудование, п. 4 Компрессор КТ-6Эл, стр. 211-213. рис. 303, 305, стр. 280-281, Издательство «Транспорт» г. Москва 1982 г.) /5/, принимаемый за прототип настоящей полезной модели.
При установке на электровозе двух мотор-компрессоров крутящий момент от вала асинхронного электродвигателя через первую втулочно-пальцевую муфту передается на понижающий редуктор через вторую втулочно-пальцевую муфту передается на вал каждого компрессора, сжатый воздух от которого поступает на пневматическую систему электровоза.
Пульт управления расположен в кабине машиниста.
Электрическая схема питания электродвигателя содержит фазорасщепитель трехфазного напряжения, подключенный через электомагнитные контакторы включения/отключения и через тепловое реле защиты от перегрузок со статорными обмотками электродвигателя, причем две фазы подключены к конденсатору для облегчения запуска электродвигателя.
Электрическая схема обогрева вспомогательного оборудования и системы смазки компрессора содержит понижающий трансформатор на 50 В, первичная обмотка которого через предохранитель на 6 А подключена к фазам Φ1, Ф2 фазорасщепителя, а вторичная обмотка через выключатели к электронагревателям «Обогрев крана», «Обогрев контроллера», и «Электроплитка» соответственно.
Пневматический трубопровод выполнен в виде стальной трубы.
Однако известная конструкция мотор-компрессора имеет недостаточно высокую надежность и и требует больших трудозатрат при ремонте, что обусловлено использованием трехпоршневого компрессора и понижающего редуктора с двумя втулочно-пальцевыми муфтами. Во время запуска асинхронного двигателя создается начальный крутящий момент, который при передаче на редуктор создает повышенную нагрузку на втулочно-пальцевую муфту, что может привести к разрушению редуктора и втулочно-пальцевой муфты, что снижает надежность тормозной системы.
Кроме того, мотор-компрессор КТ-6Эл производства АО «Полтавский турбомеханический завод» (Украина) снят с производства и не имеет сертификата федерального бюджетного учреждения «регистр сертификации на федеральном железнодорожном транспорте (ФБУ «РС ФЖТ»). Ранее мотор-компрессор КТ-6Эл устанавливался на электровозах ВЛ80С и ВЛ80Т.
Кроме того, при длительном отстое электровоза при низкой температуре не обеспечивается необходимый обогрев масла в системе смазки компрессора электронагревателем мощностью 200 Вт, из-за этого машинисту приходится прокучивать вручную вал электродвигателя перед запуском мотор-компрессора. Повышение мощности электронагревателя невозможно от электрической схемы обогрева напряжением 50 В.
Электрическая схема питания электродвигателя не устраняет скачки напряжения в контактной сети железной дороги и при изменении нагрузки при включении вспомогательных машин, что приводит к потере мощности и изменению скорости вращения вала.
Пневматический трубопровод передачи сжатого воздуха к тормозной системе электровоза выполнен из металлической трубы, которая при сильных вибрациях порядка 5g не обеспечивает через соединительные фланцы герметичного соединения.
Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение надежности функционирования мотор-компрессора и упрощение ремонта при модернизации парка электровозов ВЛ80Т и ВЛ80С за счет устранения указанных выше недостатков:
- замены в качестве передаточного механизма механического редуктора на эластичную резинокоровую тороидальную муфту;
- замены трехступенчатого компрессора КТ-6Эл на двухступнчатый поршневой компрессор ВУ3,5/10-1450;
- повышения мощности электронагревателя масла в системе смазки компрессора;
- уменьшения в электрической схеме питания электродвигателя скачков напряжения от контактной сети железной дороги и от изменений нагрузки при включении вспомогательных машин;
- обеспечения герметичного соединения фланцев пневматического трубопровода с выходом компрессора и входом тормозной системы.
Указанный технический результат достигается тем, что мотор-компрессор электровоза переменного тока содержит асинхронный электродвигатель, подключенный к электрической схеме питания, включающей фазорасщепитель трехфазного напряжения, подключенный через электомагнитные контакторы включения/отключения и через тепловое реле защиты от перегрузок со статорными обмотками электродвигателя, причем две фазы подключены к конденсатору, электрическую схему питания вспомогательного оборудования, вал электродвигателя соединен с передаточным механизмом с входом поршневого компрессора, выход которого соединен трубопроводом сжатого воздуха с системой торможения электровоза, а в картере компрессора установлен электронагреватель системы смазки, соединенный с электрической схемой питания электронагревателя.
Согласно полезной модели, в качестве передаточного механизма использована эластичная резинокордовая тороидальная муфта, а в качестве компрессора использован двухступенчатый поршневой компрессор, в электрическую схему питания электродвигателя включен параллельно первому второй конденсатор, электрическая схема питания электронагревателя масла компрессора выполнена автономно от схемы обогрева вспомогательного оборудования электровоза и содержит понижающий трансформатор на 220 В, между первичной обмоткой которого и первой статорной обмоткой электродвигателя включен рубильник, расположенный на щитке пульта управления машиниста, к вторичной обмотке этого трансформатора подключен мощный электронагреватель, а трубопровод сжатого воздуха выполнен гибким из резиноподобого материала и снабжен металлической оплеткой.
В предпочтительном варианте выполнения:
- емкость второго конденсатора схемы питания электродвигателя составляет 243 мкФ;
- мощность электронагревателя масла системы смазки компрессора составляет 1 кВт.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется фигурами чертежей.
Фиг. 1 - мотор-компрессор электровоза переменного тока.
Фиг. 2 - электрическая схема питания асинхронного электродвигателя мотор-компрессора - прототипа.
Фиг. 3 - электрическая схема питания асинхронного электродвигателя заявляемого мотор-компрессора электровоза переменного тока.
Фиг. 4 - электрическая схема обогрева системы смазки компрессора и вспомогательного оборудования мотор-компрессора - прототипа.
Фиг. 5 - электрическая схема обогрева вспомогателного оборудования и системы смазки компрессора заявляемой полезной модели.
Мотор-комрессор электровоза переменного тока содержит (фиг. 1) установленные на раме 1 асинхронный электродвигатель 2, подключенный к электрической схеме питания (фиг. 3), вал которого соединен через тороидальную эластичную муфту 3, снабженную резинокордовой оболочкой Н-343 с пневматическим поршневым компрессором 4 марки ВУ3,5/10-1450, который используется на локомативах ЭП1, 2ЭС5К, ЭП1О с различными передаточными механизами. В картере компрессора 4 через люк 5 установлен электронагреватель, подключенный к электрической схеме обогрева системы смазки компрессора. Выход комрессора 4 соединен с тормозной системой электровоза гибким пневматическим трубопроводом 6, выполненным из резиноподобного материала с металлической оплеткой.
Электрическая схема питания асинхронного электродвигателя (фиг. 3) содержит фазорасщепитель трех фаз Φ1, Ф2, Ф3, подключенные через электромагнитные контакторы включения/отключения 7, 8 и через тепловые реле для защиты вспомогательных машин от перегрузок к статорным обмоткам C1, С2, С3 электродвигателя 2. Между фазами Ф1 и Ф2 включены параллельно коденсатор 9 емкостью 436 мкФ марки КС-0,5-19.02 и конденсатор 10 емкостью 243 мкФ марки КЭК1- Э5-38-3УЗ, который обеспечивает гальваническую развязку для защиты оборудования и человека от электрического тока.
Электрическая схема обогрева вспомогательного оборудования и системы смазки компрессора (фиг. 5) содержит понижающий трансформатор 11 на 50 В, первичная обмотка которого через предохранитель 12 на 6 А подключена к фазам Φ1, Ф2 фазорасщепителя, а вторичная обмотка - к выключателю «Резерв» 13 и через выключатели 14, 15, 16 к электронагревателям 17, 18, 19 «Обогрев крана, «Обогрев контроллера», и «Электроплитка» соответственно.
К фазам Φ1, Ф2 подключена через предохранитель 20 на 6 А автономная электрическая схема питания электронагревателя системы смазки компрессора, которая содержит понижающий трансформатор 20 на 220 В, первичная обмотка которого через предохранитель 21 и рубильник 22, расположенный на щитке пульта управления подключена к фазам Ф1, Ф2 фазорасщепителя, а вторичная обмотка через автоматический выключатель 23 к электронагревателю 24 мощностью 1 кВт.
Крутящий момент от вала асинронного электровигаеля 2 через эластичную тороидальную муфту 3 поступает на пневматичесий двухпоршневой компрессор 4 и сжатый воздух через гибкий трубопровод 6, выполненный из резиноподобного материала с металлической оплеткой поступает в тормозную систему электровоза. Использование в качестве понижающего механического редуктора в качестве передаточного механизма от вала электродвигателя к двухпоршневому компрессору 4 на эластичную резинокордовую тороидальную муфту повышает надежность работы мотор-компрессора.
Питание аинхронного электродвигателя (фиг. 3) осуществляется трехфазным напряжением от фазорасщепителя электровоза, которое поступает через электромагнитные контакторы включения/выключения 7, 8 и тепловые реле защиты от перегрузок на статорные обмотки С1, С2, С3 асинхронного электродвигателя 2. Конденсатор 9 емкостью 436 мкФ, включенный между линейной и генераторной фазами Φ1, Ф2, облегчает запуск и условия работы электродвигателя в результате улучшения симметрии трехфазной системы. Параллельное подключение второго конденсатора 12 емкостью 242 мкФ обеспечивает выравнивание напряжения между фазами Φ1, Ф2 при изменении напряжения в контактной сети железной дороги и при уменьшении нагрузок на вспомогательных машинах электровоза.
Питание обогрева системы смазки компрессора осуществляется следующим образом. Переменное напряжение 380 В поступает с двух фаз фазорасщепителя через предохранитель 21 на первичную обмотку понижающего трансформатора 21, со вторичной обмотки которого переменное напряжение 220 В поступает через автоматический выключатель 23 на электронагреватель 24 мощностью 1 кВт. Рубильник 22, подключенный к первичной обмотке трансформатора 20, вынесен на пульт управления для обеспечения ремонта и технического обслуживания мотор-компрессора.
В результате за счет перечисленных выше факторов достигается повышение надежности функцонирования мотор-компресора при установке компрессора ВУ 3,5/10-1450 в процессе модернизации парка электровозов ВЛ80С и ВЛ80Т, число которых составляет порядка 3000 единиц. Разработана конструкторская документация на заявляемый мотор-компресор переменного тока, подтверждающая его готовность к серийному использованию.
Источники информации:
1. Патент Украины на полезную модель 52878, F16K 27/00, опубл. 10.09.2010.
2. Патент Украины на полезную модель 67254, F28F 9/00, опубл. 10.02.2012.
3. RU 2325296, B61L 5/06, опубл. 27.05.2008.
4. RU 2545240 С1, МПК: В61С 9/50 (2006.01), B60S 5/00 (2006.01), опубл. 27.03.2015.
5. Руководство «Электровоз ВЛ80» Руководство по эксплуатации. Коллектив авторов ВэлНИИ по руководством Н.М. Васько. Глава VII. Пневматическое оборудование, п. 4 Компрессор КТ-6Эл, Издательство «Транспорт» г. Москва 1982, стр. 211-213. рис. 303, 305, стр. 280-281 - прототип.