Коэффициенты полезного действия различных типов локомотивов.

Коэффициент полезного действия локомотива, характеризующий степень использования тепла сгорания топлива для получения полезной работы, тем выше, чем совершеннее первичная энергетическая установка. Энергия, потребляемая неавтономными локомотивами, вырабатывается на электростанциях.

Коэффициент полезного действия электротяги при питании от тепловых электростанций составляет 25—26 %. При этом тепловые электростанции работают, как правило, на дешевых видах топлива (бурый уголь, торф). Если учесть долю гидроэлектростанций в электроснабжении электрических железных дорог, то к. п. д. электротяги повышается до 32 %.

Автономные локомотивы в зависимости от типа теплового двигателя и степени его использования имеют к. п. д., достигающий у тепловозов 29—31 %, а у паровозов —5—7 %. За счет улучшения использования и повышения экономичности дизеля к. п. д. тепловозга может быть несколько повышен.

Тяговые электродвигатели у электровозов позволяют при движении на расчетных подъемах работать на режимах с нагрузками, превышающими номинальные, если при этом перегрев обмоток электродвигателей не превышает допустимых пределов. У моторных вагонов электродвигатели обычно работают с токами больше номинальных во время пуска (разгона) поезда.

Электровозы могут при торможении возвращать в тяговую сеть часть энергии движения поезда (рекуперативное торможение). Эксплуатационные затраты на техническое обслуживание и текущий ремонт электровозов ниже, чем при автономных локомотивах. Провозная способность электрифицированных линий значительно превышает провозную способность неэлектрифицированных железных дорог. Электровозы имеют значительно больший срок службы, ремонт их проще, чем тепловозов.

Вместе с тем введение электрической тяги требует больших капиталовложений (устройство контактной сети, линий электропередачи, тяговых подстанций). Однако они быстро окупаются на железных дорогах с большой интенсивностью движения. Поэтому в нашей стране электрическая тяга нашла широкое применение на наиболее грузонапряжен-ных и тяжелых по профилю линиях, а также в пригородном пассажирском движении.

5 коэффициенты полезного действия различных типов локомотивов

Локомотив (франц. locomotive, от лат.(латинский) loco moveo — сдвигаю с места), тяговое транспортное средство, относящееся к подвижному составу и предназначенное для передвижения по рельсовым путям поездов или отдельных вагонов. Первоначально Л. назывались только паровозы, в дальнейшем это понятие распространилось на все виды железнодорожных тяговых средств.

В зависимости от вида первичного источника энергии современные Л. делятся на тепловые и электрические. Тепловые Л. — паровозы, паротурбовозы, тепловозы, мотовозы, газотурбовозы — автономны, имеют собственные силовые установки для выработки энергии. На паровозе — это паровая машина, на паротурбовозе — паровая турбина, на тепловозе и мотовозе — двигатель внутреннего сгорания, на газотурбовозе — газовая турбина. К электрическим Л. относятся контактные и аккумуляторные электровозы. Контактные электровозы своих источников энергии не имеют и получают её через электрическую контактную сеть. Аккумуляторные электровозы имеют аккумуляторные батареи, которые периодически заряжаются от постоянных источников тока. Кроме основных типов Л., существуют различные комбинированные Л.: дизель-электровозы, теплопаровозы, контактно-аккумуляторные электровозы и др., которые широкого распространения не получили. Функции Л. выполняют также моторные вагоны, входящие в состав дизель-поездов, турбопоездов и электропоездов, а также авто- и мотодрезины. В отличие от Л., моторные вагоны и дрезины имеют места для пассажиров и багажа.

По роду выполняемой работы Л. разделяются на магистральные и промышленные. Магистральные Л., эксплуатируемые на ж. д.(железная дорога) общего пользования, в свою очередь, подразделяются на грузовые, пассажирские — для тяги поездов, и маневровые — для работы на станциях. Промышленные Л. используются для перевозок на внутризаводских путях, в рудниках, шахтах и т. п. (см. Промышленный транспорт). Выпускаются Л. для широкой и узкой рельсовой колеи. Все виды Л. характеризуются номинальной мощностью, силой тяги, скоростью и кпд(коэффициент полезного действия); электровозы, кроме того, — родом тока и напряжением, тепловозы и газотурбовозы — типом передачи. Первые Л. — паровозы были построены в начале 19 в. в Великобритании (1803, 1814), позднее, в 1834, — в России. На протяжении почти всего 19 в. этот тип Л. был единственным тяговым средством ж. д.(железная дорога) Увеличение веса поездов, возрастающие скорости движения вызывали необходимость в повышении мощности и тяговых усилий Л., что вело к совершенствованию конструкции паровоза, росту его кпд(коэффициент полезного действия). Последний тип магистрального грузового паровоза имеет мощность около 1800 квт (2400 л. с.), конструкционную скорость до 80 км/ч, а пассажирский паровоз развивал мощность до 1900 квт и скорость до 125 км/ч. Наиболее совершенные паровозы имели кпд(коэффициент полезного действия) до 9%, среднеэксплуатационный кпд(коэффициент полезного действия) — около 4%. В начале 20 в. паровозы стали вытесняться новыми, более экономичными Л., обладающими большей единичной мощностью и более высоким кпд(коэффициент полезного действия), — тепловозами и электровозами. Идея создания Л. с двигателем внутреннего сгорания возникла ещё в конце 19 в. в России. Однако первый в мире магистральный тепловоз мощностью 750 квт (1000 л. с.) с электрической передачей был построен только в 1924 (СССР). Позднее для регулирования тягового усилия и скорости на тепловозах была применена гидравлическая передача. Мощность отечественных двухсекционных грузовых тепловозов составляет в секции 2200 квт (3000 л. с.), конструкционная скорость — 100 км/ч, пассажирские тепловозы развивают скорость до 160 км/ч. Максимальный кпд(коэффициент полезного действия) современных тепловозов 29—32%, среднеэксплуатационный — 20—21%. В 1876 в России были проведены опыты по применению на железной дороге электрической тяги. В 1895 в США построен первый электровоз постоянного тока, который получал энергию через контактную сеть. В СССР электрическая тяга впервые была применена в 1926 на пригородной линии, отечественные электровозы начали эксплуатироваться в 1933. Они имели 6 тяговых двигателей мощностью 340 квт каждый и развивали скорость до 90 км/ч. Электровозы обладают высокой мощностью, не требуют заправки топливом, обеспечивают скорость движения до 110 км/ч. Для обслуживания пасс.(пассажирский) поездов строят электровозы переменного и постоянного тока с конструкционной скоростью до 180 км/ч. Собственный кпд(коэффициент полезного действия) электровоза достигает 88—90%, а общий кпд(коэффициент полезного действия) электрической тяги (с учётом кпд(коэффициент полезного действия) тяговой сети, линий электропередачи, ТЭЦ(теплоэлектроцентраль) или ГЭС(гидроэлектростанция)) — 22—24%. Ещё большую мощность имеет газотурбовоз — до 6300 квт (8500 л. с.). Однако из-за сложности изготовления, низкого кпд(коэффициент полезного действия) (12—18 %) этот Л. выпускается единичными образцами в СССР и малыми сериями за рубежом.

Основу локомотивного парка всех промышленно развитых стран составляют тепловозы и электровозы. Остальные типы Л. из-за малой мощности, низкого кпд(коэффициент полезного действия), сложности конструкции широкого распространения не получили и используются главным образом тогда, когда необходимо обеспечить безопасность работ, вести работы на небольших площадках (например, в карьерах) и в т. п. случаях.

Дальнейшее развитие локомотивостроения связано с увеличением единичной мощности Л. и скорости движения. С конца 60-х гг. за рубежом и в СССР проектируются электровозы переменного тока мощностью 8000 квт (10 700 л. с.), тепловозы мощностью в секции до 4500 квт (6000 л. с.), созданы турбопоезда с авиационной газовой турбиной, способные развивать скорость более 200 км/ч, испытываются Л. с реактивным и турбовинтовым двигателем. Достижение ещё более высоких скоростей движения связано с созданием Л. на магнитной или воздушной подушке с асинхронными линейными двигателями, что позволяет достигнуть скорости до 500 км/ч. Предложены проекты Л. с энергетическими установками, работающими на топливных элементах и с использованием ядерных реакторов. См. также Мотор-вагонный подвижной состав. Применение для электрификации железных дорог двух систем тока — переменного 25 кВ и постоянного 3000 В — неизбежно привело к созданию пунктов стыкования этих систем Для организации движения поездов через пункт стыкования станции стыкования оборудуются, как правило, переключателями, позволяющими подавать на отдельные секции контактной сети тот или другой род тока Такой способ стыкования несколько удорожает стоимость электрификации и требует обязательной смены электровоза В тех случаях, когда по экономическим соображениям и эксплуатационным условиям нецелесообразно оборудование станций стыкования переключателями рода тока, применяют так называемые электро-возы для двух систем тока или двойного питания Эти электровозы могут работать как на переменном токе 25 кВ, так и на постоянном токе 3000 В и проходить разделы питания без остановки Недостатками электровозов двойного питания являются их большие вес и стоимость, а также более дорогое содержание по сравнению с электровозами одного рода тока. Раздел питания двух систем тока при использовании электровозов двойного питания обычно делается около станции, а сама станция не оборудуется переключателями. В 1977—1979 гг Новочеркасский электровозостроительный завод по проекту ВЭлНИИ выпустил партию восьмиосных грузовых электровозов двойного питания ВЛ82М (рис 25) Первые два опытных электровоза этой серии, представляющие собой усовершенствованные (модернизированные) ранее построенные электро возы ВЛ82, были изготовлены в конце 1972 г Затем такие локомотивы строились в 1973—1974 гг

Кузова электровозов ВЛ82М незначительно отличаются от кузовов электровозов ВЛ80Т, что обусловлено применением другого электрооборудования и изменением его расположения Увеличение размера централи с 604 мм у электровозов ВЛ80Т до 632 мм у электровозов ВЛ82М при сохранении конструкции ведомых зубчатых колес вызвало увеличение количества зубьев шестерни с 21 до 26 и, следовательно, изменение передаточного числа редукторов, которое стало 88 26=3,38 В остальном тележки электровозов ВЛ82М такие же, как и у электровозов ВЛ80Т .С точки зрения электрической схемы электровоз ВЛ82М представляет собой обычный электровоз постоянного тока, на котором дополнительно установлены трансформаторно выпрямительные устройства для питания силовых цепей постоянным током при работе на участках, электрифицированных на переменном токе На каждой секции электровоза установлен трансформатор ОДЦЭ-4000/25А типовой мощ ностью 3884 кВ • А Трансформатор имеет три обмотки, первичную (25 кВ), тяговую (3800 В) и собственных нужд (240 и 338 В), масса трансформатора 5720 кг . От тяговой обмотки через выпрямительную установку ВУК-6700М питаются тяговые электродвигатели Установка имеет 288 кремниевых вентилей ВЛ230-10. В каждом плече моста 6 параллельных цепей, в каждой цепи 12 последовательно включенных вентилей. Номинальный выпрямительный ток установки 1870 А.