Общие сведения о тяговом подвижном составе

В зависимости от назначения и условий соединения путей различают одиночные, двойные  и перекрестные стрелочные переводы. Одиночные переводы подразделяют на обыкновенные, симметричные и несимметричные.

Обыкновенный стрелочный перевод, служащий для соединения двух путей, может быть право- или левосторонним. Он применяется при отклонении бокового пути от прямолинейного в ту или  иную сторону. Этот вид переводов  наиболее распространен. В состав стрелочного  перевода входят собственно стрелка, крестовина с контррельсами, соединительная часть, расположенная между ними, и переводные брусья.

Стрелка включает в  себя два рамных рельса, два остряка, предназначенные для направления  подвижного состава на прямой или  боковой путь, и переводной механизм. 
 
 
 

Остряки соединяют  друг с другом поперечными стрелочными  тягами, с помощью которых один из них подводится вплотную к рамному  рельсу, в то время как другой отводится от другого рамного  рельса на расстояние, необходимое  для свободного прохода гребней  колес.

Перевод остряков из одного положения в другое осуществляется специальными стрелочными приводами  через одну из тяг, а в пологих  стрелочных переводах, остряки которых  имеют значительную длину, — через  две тяги и более. В приводе  имеется устройство, запирающее остряки  в том или ином положении и  контролирующее их плотное прилегание к рамным рельсам. Тонкая часть остряка  называется острием, а другой его  конец — корнем. Корневое крепление  обеспечивает поворот остряков в  горизонтальной плоскости и соединение с примыкающими к ним рельсами.

Крестовина состоит  из сердечника, двух усовиков и желобов. Она обеспечивает пересечение гребнем колес рельсовых головрк, а контррельсы направляют гребни колес в соответствующие желоба при прохождении колесной пары по крестовине. Точка пересечения продолжения рабочих граней сердечника крестовины называется ее математическим центром, а самое узкое место между усовиками — горлом крестовины. Угол а, образуемый рабочими гранями сердечника, называется углом крестовины. 

Наиболее важным параметром стрелочного перевода является марка крестовины.

В зависимости от назначения пути используют стрелочные переводы с крестовинами, имеющими следующие марки: 
 
 

На железных дорогах  широко применяется стрелочный перевод  усиленной конструкции с литой  крестовиной марки 1/11 и гибкими  остряками, допускающий движение поездов  по прямому пути со скоростью до 160 км/ч. Существующие переводы пологой  марки 1/18 применяют на маршрутах  следования поездов при отклонении их с главного пути на боковое направление, где скорость движения составляет 80 км/ч.

На линии Москва—Санкт-Петербург  используют стрелочные переводы с крестовиной  марки 1/11, предназначенные для движения пассажирских поездов по прямому  пути со скоростью 200 км/ч. Конструктивной особенностью этого перевода является наличие крестовины, имеющей гибкий подвижной сердечник). В рабочих положениях такой сердечник плотно прилегает к соответствующей боковой грани усовика крестовины, благодаря чему образуется непрерьгоная поверхность катания для колес подвижного состава. 
 
 

Распространенными устройствами для соединения путей  являются съезды. В зависимости от расположения соединяемых путей  съезды бывают обыкновенные, перекрестные и сокращенные.

Обыкновенный съезд  состоит из двух одиночных стрелочных переводов и соединительного  пути, укладываемого между корнями  их крестовин.

Перекрестный, или  двойной, съезд представляет собой  пересечение двух одиночных съездов. Он имеет четыре стрелочных перевода и глухое пересечение, помещаемое между  корнями крестовин. Такие съезды укладывают в стесненных условиях, когда для последовательного  расположения двух одиночных съездов  нет участка достаточной длины.

При устройстве перекрестных съездов, а также в местах, где  пути пересекаются, но перевод подвижного состава с одного из них на другой не осуществляется, выполняют глухие пересечения под прямым или острым углом. На магистральных железных дорогах  получили широкое распространение  глухие пересечения под острым углом  с применением крестовин марок 2/9 и 2/11. Эти пересечения состоят  из четырех крестовин с контррельсами, из них две крестовины острые и  две тупые. У прямоугольных пересечений  все крестовины одинаковые.

Путь, на котором  последовательно расположены стрелочные переводы, ведущие на параллельные пути, называется стрелочной улицей. Это  устройство дает возможность перемещать подвижной состав на любой из соединяемых  путей. Обычно стрелочные улицы объединяют группы путей одного назначения в  парки. В зависимости от расположения по отношению к основному пути и угла наклона стрелочные улицы  бывают разных видов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ОРУЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 

Железнодорожный транспорт  потребляет около 7 % энергии, производимой электростанциями России. В основном она расходуется на обеспечение  тяги поездов и питания нетяговых потребителей, к которым относятся станции, депо, мастерские и устройства регулирования движения поездов. Кроме того, к системе электроснабжения железной дороги могут быть подключены расположенные вблизи нее предприятия и небольшие населенные пункты.

Система электроснабжения электрифицированных дорог состоит  из внешней (электростанции, районные трансформаторные подстанции, сети и  линии электропередач) и тяговой (тяговые подстанции и электротяговая сеть) частей. 
 
 

На тепловых, гидравлических и атомных электростанциях вырабатывается трехфазный переменный ток напряжением 6...21 кВ и частотой 50 Гц. Для передачи электрической энергии к потребителям напряжение на трансформаторных подстанциях  повышают до 750 кВ в зависимости от протяженности высоковольтных линий  электропередачи (ЛЭП). Вблизи мест потребления  электроэнергии напряжение понижают до 110... 220 кВ и подают в районные сети, к которым наряду с другими  потребителями подключены тяговые  подстанции электрифицированных железных дорог и трансформаторные подстанции дорог с тепловозной тягой.

Нарушение электроснабжения железных дорог может привести к  сбою в движении поездов. Чтобы обеспечить надежное питание электроэнергией  тяговой сети железнодорожного транспорта, как правило, предусматривают ее подключение к двум независимым  источникам. В отдельных случаях  допускается питание от двух одноцепных линий электропередачи или одной двухцепной.

Тяговая сеть состоит  из контактных и рельсовых проводов, представляющих собой соответственно питающую и отсасывающую линии. Участки  контактной сети подсоединяют к соседним тяговым подстанциям. Это позволяет  более равномерно загружать подстанции и контактную сеть, что в целом  способствует снижению потерь электроэнергии в тяговой сети.

Системы тока. Напряжение в контактной сети 

На железных дорогах  России используют две системы электроснабжения: постоянного и однофазного переменного  тока. Тяга на трехфазном переменном токе не получила распространения, поскольку  технически сложно изолировать близко расположенные провода двух фаз  контактной сети (третья фаза — рельсы).

Электрический подвижной  состав обеспечивают тяговыми двигателями  постоянного тока, так как предлагаемые модели двигателей переменного тока не отвечают предъявляемым требованиям  по мощности и надежности. Поэтому  железнодорожные линии снабжают системой однофазного переменного  тока, а на локомотивах устанавливают  специальное оборудование, преобразующее  переменный ток в постоянный.

Правилами технической  эксплуатации регламентированы номинальные  уровни напряжения на токоприемниках электрического подвижного состава: 3 кВ — при постоянном токе и 25 кВ —  при переменном. При этом определены допустимые с точки зрения обеспечения  стабильности движения колебания напряжения: при постоянном токе — 2,7...4 кВ, при  переменном — 21 ...29 кВ. На отдельных  участках железных дорог допускается  уровень напряжения не менее 2,4 кВ при  постоянном токе и 19 кВ — при переменном.

Основными параметрами, характеризующими систему электроснабжения электрифицированных железных дорог, являются мощность тяговых подстанций, расстояние между ними и площадь  сечения контактной подвески.

На железных дорогах, электрифицированных на постоянном токе, тяговые подстанции выполняют  две функции: понижают напряжение подводимого  трехфазного тока и преобразуют  его в постоянный. Все оборудование, подающее переменный ток, размещается  на открытых площадках, а выпрямители  и вспомогательные агрегаты —  в закрытых помещениях. От тяговых  подстанций электроэнергия поступает  в контактную сеть по питающей линии  — фидеру. 
 
 

Основными недостатками системы электроснабжения постоянного  тока являются его полярность, относительно низкое напряжение и отсутствие возможности  обеспечить полную электроизоляцию верхнего строения пути от нижнего. Рельсы, служащие проводниками тока разной полярности, и земляное полотно представляют собой систему, в которой возможна электрохимическая реакция, приводящая к коррозии металла. В результате снижается срок службы рельсов и искусственных сооружений. Для предотвращения этого применяют соответствующие защитные устройства (анодные заземлители, катодные станции и др.).

Из-за относительно низкого напряжения (U= 3 кВ) в системе  постоянного тока по контактной сети к электрическому подвижному составу  подводится мощность при большой  силе тягового тока. Для этого тяговые  подстанции размещают недалеко друг от друга (10... 20 км) и увеличивают  площадь сечения проводов контактной подвески.

При переменном токе повышается эффективность использования  электрической тяги, поскольку по контактной сети передается требуемая  мощность при меньшей силе тока по сравнению с системой постоянного тока. Тяговые подстанции в этом случае располагаются на расстоянии 40... 60 км друг от друга. Их задачей является только понижение напряжения со ПО...220 до 25 кВ, поэтому их техническое оснащение проще и дешевле, чем у тяговых подстанций постоянного тока. Кроме того, в системе однофазного переменного тока площадь сечения проводов контактной сети примерно в два раза меньше. Для размещения оборудования на тяговых подстанциях при переменном токе используют открытые площадки. Однако конструкция локомотивов и электропоездов при переменном токе сложнее, а их стоимость выше.

В результате воздействия  электромагнитного поля переменного  тока на металлические конструкции  и коммуникации, расположенные вдоль  железнодорожных путей, в них  появляется опасное для людей  напряжение, а в линиях связи и  автоматики возникают помехи. Поэтому  применяют особые меры защиты сооружений. Затраты на такие защитные меры, как улучшение электрической  изоляции между рельсами и землей, замена воздушных линий кабельными или радиорелейными, составляют 20...25 % общей стоимости работ по электрификации. 
 
 

Стыкование контактных сетей линий, электрифицированных  на постоянном и переменном токе, осуществляют на специальных железнодорожных  станциях. В ряде случаев, когда создание таких станций представляется нецелесообразным, применяют электровозы двойного питания, работающие как на постоянном, так и на переменном токе. 
 
 
 
 

ТЯГОВАЯ СЕТЬ 

Тяговая сеть состоит  из контактной (питающей) и рельсовой (отсасывающей) сетей. Рельсовая сеть представляет собой рельсы, имеющие  стыковые электрические соединения. Контактная сеть — это совокупность проводов, конструкций и оборудования, обеспечивающих передачу электрической  энергии от тяговых подстанций к  токоприемникам электрического подвижного состава.

Основным требованием  к конструкции контактной сети является обеспечение надежного постоянного  контакта провода с токоприемником независимо от скорости движения поездов, климатических и атмосферных  условий. В контактной сети нет дублируемых  элементов, поэтому ее повреждение может повлечь за собой нарушение установленного графика движения поездов.

В соответствии с  назначением электрифицированных  путей используют простые и цепные воздушные контактные сети. На второстепенных станционных и деповских путях  при сравнительно небольшой скорости движения может применяться простая  контактная подвеска, представляющая собой свободно висящий провод, который  закреплен на опорах. 
 
 
 

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПОДВИЖНОЙ  СОСТАВ 

К электрическому подвижному составу относятся электровозы  и электропоезда. В зависимости  от рода применяемого тока различают  электроподвижной состав постоянного  и переменного тока, а также  двойного питания.

Электрический подвижной  состав включает в себя механическую часть, пневматическое и электрическое  оборудование. 
 
 

К механической части  относятся кузов и тележки (экипажная  часть).

Электрическое оборудование — это тяговые электродвигатели, аппараты управления и устройства защиты, токоприемники, вспомогательные электрические  машины, аккумуляторная батарея, а на электровозах и электропоездах переменного  тока и двойного питания — также  тяговый трансформатор и преобразователи  тока (выпрямители).

Кузов электровоза  служит для размещения в нем кабины машиниста, электрических машин  и аппаратов. Каркас кузова выполняют  из металла, его наружная обшивка  обычно состоит из стальных листов, а кабина машиниста имеет также  внутреннюю обшивку с тепло- и  звукоизоляцией.