Физика в профессии машиниста электровозов

Муниципальное общеобразовательное учреждение

управления образования «Гимназия №1»

Елабужского муниципального района

Творческая работа:

ФИЗИКА В ПРОФЕССИИ МАШИНИСТА ЭЛЕКТРОВОЗОВ

Выполнила:

ученица 9б класса Абашева Динара

Руководитель:

учитель физики Исхаков Х.М.

Елабуга, 2008

СОДЕРЖАНИЕ

1 Введение.

2 История электровозов.

3 Классификация.

4 Устройство и технические характеристики

электровозов.

5 Литература.

ВВЕДЕНИЕ

Российские железные дороги осуществляют свыше 80% грузооборота и более 40% пассажирооборота нашей страны. В среднем грузооборот железных дорог возрастает на 3-5% в год. В связи с этим Президент РФ В.В.Путин на заседании Государственного совета 29 октября 2003 года отмечал: «Наша задача - развитие ... транспортной отрасли, ее комплексная модернизация, модернизация подвижного состава, включая вагоны и локомотивы нового поколения». Железная дорога - удобный и востребованный вид транспорта, которым пользуются миллионы людей каждый день Повышение скоростей на транспорте решило множество проблем, сократив время пребывания пассажиров в пути и доставки грузов, и в то же время породило массу опасностей для человека.

Одной из самых важных и почетных профессий является профессия машиниста электропоезда.

Машинист должен быть не только профессионалом своего дела, но и сильной, волевой личностью, который сможет экстренно принять решение за доли секунд.

Профессионально важные качества:

- хорошие зрение и слух;

- чувство времени и расстояния;

- уравновешенность;

- скорость реакции;

- переключение и распределение внимания;

- логическое мышление;

- переносимость монотонии;

- хорошая ориентировка в экстремальной ситуации;

- способность различать цвета.

Медицинские противопоказания:

- нервные и психические заболевания;

- нарушения остроты зрения и слуха;

- сердечно-сосудистые заболевания;

- болезни, связанные с потерей сознания.

Машинист электровоза должен знать: Устройство и конструктивные особенности локомотивов, методы их вождения, рациональные режимы управления. Необходимы хорошие знания в области физики (электротехника).

С профессией машиниста связаны такие понятия как переменный и постоянный ток, источники питания (аккумуляторы), электрические цепи, типы соединений, электродвигатели, генераторы, трансформаторы, рачажные и тяговые передачи, тормозной путь, мощность, скорость ит.д.

Дол­жен знать устройство, принципы работы и технические характеристики обслуживаемых локомотивов и их оборудования, причины возникновения неисправностей и способы их устранения, слесарное дело, правила движения по железной дороге и сигнализацию

Попытки использовать электрическую энергию для механической работы предпринимались с начала XIX века. Опыты Б. С. Якоби, проведённые в 1834 году с собранным им электродвигателем, оснащённым вращающимся якорем, имели важное значение для создания автономных видов электрической тяги. Одновременно в США, Германии, Франции проводились опыты по перемещению макетов экипажей с помощью электрических двигателей. В 1838 году Р. Давидсон совершил опытные поездки с двухосной тележкой массой 5 тонн на участке железной дороги Глазго — Эдинбург. В 1845 году профессор Паж выдвигает предложение по созданию электрической железной дороги длиной 7,5 км на участке Вашингтон — Бладенсбург. При первых поездках опытный электровоз достиг скорости 30 км/ч. В 1879 году на Германской промышленной выставке демонстрировался электровоз мощностью 3 л.с., созданный немецким инженером Вернером фон Сименсом. Локомотив использовался для катания посетителей по территории выставки. Скорость составляла 6,5 км/ч, локомотив питался от третьего рельса постоянным током напряжением 150 Вольт.

Локомотив «Ампер», 1883

Важный вклад в создание электровоза внёс американский изобретатель Лео Дафт (Leo Daft). В 1883 году он построил свой первый электровоз «Ампер» (Ampère). Эта машина имела массу две тонны и могла тянуть десять тонн с максимальной скоростью 9 миль в час (16,7 км/ч), а мощность составляла 25 л.с. — значительный прогресс по сравнению с электровозом Сименса. После «Ампера» Дафт построил локомотивы «Вольта» (Volta) и «Пачинотти» (Pacinotti). Позднее Дафт занялся электрификацией трёхмильного участка балтиморской конки, однако данный опыт к успеху не привёл, так как система с питанием от третьего рельса оказалась слишком опасной для условий города.

Электрическая тяга оказалась очень эффективной, и к 1900 году во многих странах появляются электрические локомотивы, пассажирские вагоны с тяговыми двигателями (прототипы электропоездов) и трамваи. В октябре 1903 г. поезд, в составе которого был моторный вагон производства компании Сименс, развил скорость 210 км/час на участке между Мариенфельде и Цоссеном в районе Берлина. Первой в мире была электрифицирована железная дорога Балтимор — Огайо протяжённостью 115 км. На ней электроэнергия подводилась к электровозу по третьему рельсу. Напряжение постоянного тока в третьем рельсе было 650 В. Во Франции и Англии в 20-х годах XX столетия электрифицировали дороги на постоянном токе напряжением 1200 и 1500 в. Франция впоследствии перешла на напряжение 3000 в. Нехватка в СССР паровозного парка в 20-е годы XX-го века, электрификация страны по плану ГОЭЛРО и наличие в стране трудных по профилю участков заставили всерьёз заниматься проектированием и строительством электровозов. Первым участком электрифицированным в СССР был Баку — Сабунчи, но там электрификация строилась под пригородное движение. Вторым участком стал Сурамский перевал (Хашури — Зестафони). Этот участок Поти-Тифлисской железной дороги был построен в 1872 году имел первоначально подъёмы до 46 ‰. (то есть на километр пути приходилось 46 метров подъема), в 1890 году были проведены работы по смягчению профиля участка до 29 ‰. Работы по электрификации Сурамского перевального участка были начаты в 1928 году, тогда же НКПС начал искать возможность размещения заказа на электровозы для этого участка. Были получены предложения от 6 иностранных фирм, НКПС свой выбор остановило на предложениях Дженерал Электрик (США) и Техномазио Броун Бовери (Италия). С этими фирмами и был заключён контракт на поставку электровозов. Дженерал Электрик должны были поставить 8 электровозов, из них 2 с установленными ТЭД, а на 6 других ТЭД, производства московского завода «Динамо», должны были установить уже в СССР. Итальянской фирме было заказано 7 электровозов. В 1932 году построенные в США электровозы прибыли в депо Хашури, где получили обозначение серии С10. 2 августа 1932 года прошла первая обкатка магистрального электровоза на участке Хашури — Лихи. В 1932 году построенные в США электровозы прибыли в депо Хашури. 16 августа 1932 года состоялось торжественное открытие электрифицированного участка — пассажирский поезд провёл электровоз С10-03. После этого была начата нормальная эксплуатация электровозов с поездами.

История электровоза в России

Электровоз Cc

В 1929 году на заводе «Динамо» и Коломенском заводе началась подготовка производства электрического оборудования и механической части электровозов. К 1 мая 1932 года завод «Динамо» выпустил два первых тяговых электродвигателя ДПЭ3-340 (Динамо, Постоянного тока, Электровозный, 340 — мощность часового режима в кВт). В августе 1932 года с Коломенского завода поступила механическая часть электровоза. Собранный электровоз получил серию Сс (Сурамский Советский) и был обкатан в ноябре 1932 года на Северных железных дорогах.

Электровоз ВЛ19

С 15 марта 1932 года начато рабочее проектирование электровоза постоянного тока впоследствии получившего серию ВЛ19. 6 ноября 1932 года первый электровоз был выпущен и также поступил для испытаний на Сурамский участок. Электровоз серии ВЛ22 начали проектировать в первой половине 1938 года, а уже в сентябре 1938 года первый электровоз был выпущен. Великая Отечественная война прервала выпуск электровозов, но уже в июне 1944 года завод Динамо начал сборку последнего своего электровоза ВЛ22-184. После этого электровозы начал строить Новочеркасский электровозостроительный завод, созданный на базе разрушенного в годы войны паровозостроительного завода. Первый электровоз ВЛ22-185 был выпущен в июне 1946 года. В марте 1953 года был выпущен первый, разработанный НЭВЗом, электровоз — Н8 (Новочеркасский восьмиосный). С января 1963 года данная серия получает обозначение ВЛ8 (буквы ВЛ в названии всех серий электровозов от инициалов Ленина). Всего было выпущено 1715 ед. электровозов, эта серия стала первой по-настоящему массовой.

Электровоз постоянного тока ВЛ10

В 1954 году НЭВЗ изготавливает по своему проекту два опытных электровоза переменного тока, получивших первоначально серию НО (Новочеркасский Однофазный), с января 1963 года название серии было заменено на ВЛ61. Электровозы, которых было построено в 1954—1958 годах 12 ед. поступают для эксплуатации на участок Ожерелье — Павелец Московско-Курско-Донбасской железной дороги работы по электрификации которого на переменном токе были проведены в 1955—1956 годах. В начале 1959 года прошёл внеочередной XXI съезд КПСС. Решениями съёзда было намечено проведение коренной технической реконструкции железнодорожного транспорта, путём замены паровозов экономичными локомотивами — электровозами и тепловозами^[1]. В связи в СССР были интенсифицированы разработки новых серий электровозов, увеличивались мощности по их выпуску. В 1961 году Тбилисский электровозостроительный завод (ТЭВЗ) выпустил первый электровоз Т8, по своему проекту. По доработанному в результате испытаний проекту в 1962 году завод изготовил второй электровоз этой серии. В 1963 году электровозы получают новое обозначение ВЛ10. Электровозы ВЛ10 строились параллельно в Новочеркасске (1969—1976) и Тбилиси (1961—1977), всего выпущено 1799 электровозов. Механическую часть для первых 20 электровозов собиравшихся в Тбилиси изготовил Луганский завод, а для всех других электровозов изготавливал НЭВЗ.

КЛАССИФИКАЦИЯ

Электровоз ВЛ60пк

По выполняемой службе электровозы разделяются на грузовые (например, ВЛ10, ВЛ80), пассажирские (например, ЧС2, ЧС4), маневровые (ВЛ41), а также шахтные и специальные промышленного назначения (например, ЕЛ21, ЭК14).

По роду питания

В России электровозы классифицируются по роду питания на два основных типа: переменного тока — 25 кВ, 50 Гц, (например ВЛ80, ЧС4) и постоянного тока (3 кВ) (например ВЛ10, ЧС2).Кроме того, для эксплуатации на участках как постоянного, так и переменного тока выпускаются двухсистемные электровозы (например ВЛ82), для эксплуатации в карьерах и рудниках выпускаются электровозы постоянного тока с напряжением питания 1500 В, 550 В, 250 В, переменного тока 10 кВ, а также с питанием от аккумуляторов.

В других странах мира, в зависимости от принятых стандартов в системе питания электрифицированных железных дорог применяются электровозы с другими системами питания, например переменного тока напряжением 15 кВ, 16,7 Гц.

Если электровоз питается от собственной аккумуляторной батареи, то он называется аккумуляторным.

По типу передачи тягового усилия с тяговых двигателей на колёсные пары различают электровозы с групповым и индивидуальным приводом.

По типу электродинамического тормоза на электровозы с рекуперативным и реостатным торможением (кроме того, есть серии электровозов, не оборудованных схемой электрического тормоза, например, ЧС4).

По числу секций электровозы делятся на односекционные, двух- трёх- и четырёхсекционные. Некоторые серии электровозов предусматривают возможность объединения двух, трёх или четырёх секций электровозов для работы по системе СМЕТ.

В СССР массово выпускались грузовые электровозы:

• постоянного тока (3 кВ): ВЛ19, ВЛ22, ВЛ22^м, ВЛ23, ВЛ8, ВЛ10, ВЛ11, ВЛ15

• переменного тока (25 кВ): ВЛ60, ВЛ80^к, ВЛ80^т, ВЛ80^р, ВЛ80^с, ВЛ85

• двойного питания (3/25 кВ): ВЛ82, ВЛ82^м.

Кроме того, в СССР импортировались пассажирские электровозы из Чехословакии:

• постоянного тока: ЧС1 (102 штуки, годы выпуска 1957—1960), ЧС2 (942 шт., 1963—1973), ЧС2^м (2 шт., 1965), ЧС2^т (118 шт., 1972—1976), ЧС3 (87 шт., 1961), ЧС200 (12 шт., 1975—1979), ЧС6 (30 шт., 1979—1981), ЧС7 (291 шт., 1981—2000)

• переменного тока: ЧС4 (230 штук, годы выпуска 1965—1972), ЧС4^т (510 шт., 1971—1986), ЧС8 (82 шт., 1983—1989)

УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОВОЗОВ

Электрово́з — неавтономный локомотив, приводимый в движение электродвигателями, установленными в нём и получающими электроэнергию из внешней электросети через тяговые подстанции и контактную сеть или от аккумуляторов установленных на электровозе.

Электровоз состоит из механической части, электрического и пневматического оборудования. Особенности конструкции определяются его мощностью, максимальной скоростью и другими условиями эксплуатации, для которых проектируется электровоз.

Механическую часть электровоза составляют кузов, тележки, рессорное подвешивание, тормозная рычажная передача.

Рама тележек включает в себя колёсные пары, тяговые двигатели, буксы и элементы тяговой передачи — редукторы.

Кузов электровоза опирается через опоры на двух или трёхосные тележки, под каждой секцией электровоза тележек может быть две или три. Число осей под одной секцией может составлять 4 или 6. Тележки через систему рессорного подвешивания и буксы опираются на колёсные пары. Тележки оборудуются тормозной рычажной передачей и тормозными цилиндрами.

Электродвигатели приводящие электровоз в движение, называют тяговыми электродвигателями (ТЭД). Тяговые двигатели могут работать также и в режиме генератора. Это свойство используется для электрического торможения. Если электроэнергия вырабатываемая при вращении ТЭД гасится на тормозных реостатах, то это называется реостатным торможением, если электроэнергия возвращается в контактную сеть, то такое торможение называется рекуперативным.

Колёсные пары приводятся во вращение тяговыми двигателями через тяговую передачу. В её состав входят одна или две шестерни напрессованные на вал тягового двигателя, одно или два зубчатых колеса напрессованных на колесную пару, на некоторых сериях электровозов (например ЧС2, ЧС4, ЭП1) в тяговую передачу также входит карданный привод. Имеются варианты исполнения тяговой передачи: с односторонним расположением прямозубой тяговой передачи и карданным валом (электровоз ЧС4), с односторонним расположением шевронной тяговой передачи и карданным валом (электровоз ЭП1), с двухсторонним расположением косозубой тяговой передачи (электровоз ВЛ80). На всех эксплуатирующихся в нашей стране электровозах применяется индивидуальный тяговый привод, при котором каждая колёсная пара вращается своим ТЭД. Характеристики опытного электровоза с групповым (моно-) приводом, построенного в СССР, оказались хуже характеристик электровозов с индвидуальным приводом, что и обусловило отказ от схемы с моноприводом.

В кузове электровоза размещаются кабины машиниста, коммутационное оборудование, вспомогательные электрические машины, компрессор и пневматическое оборудование. Всё оборудование электровоза, находящееся под напряжением опасным для жизни человека, размещается в высоковольтной камере (ВВК) или в закрытых шкафах. Для предотвращения доступа человека в ВВК или шкафы предусмотрена система электромагнитных или пневматических блокировок.

В коммутационное оборудование электровоза входят индивидуальные и групповые контакторы служащие для переключений в силовой цепи электровоза, а также в цепях вспомогательных машин. Для обеспечения токосъёма с контактной сети используются токоприёмники. Регулирование мощности и скорости электровоза производится путём изменения напряжения подаваемого на ТЭД. Регулирование напряжения выполняется несколькими способами. На электровозах постоянного тока путём переключением группировок тяговых двигателей с последовательного соединения (все 8 ТЭД электровоза подключаются к контактной сети последовательно, напряжение на один ТЭД – 375 В), на последовательно-параллельное (2 группы по 4 ТЭД соединенных последовательно, напряжение на один ТЭД – 750 В), на параллельное (4 группы по 2 ТЭД соединенных последовательно, напряжение на один ТЭД – 1500 В), при этом для получения промежуточных значений напряжения на ТЭД в цепь включаются группы реостатов, что позволяет получить ступени регулирования в 40–60 В. На электровозах переменного тока: путём переключения выводов вторичной обмотки трансформатора (электровозы ВЛ60, ВЛ80, кроме ВЛ80р), путём переключения выводов первичной обмотки трансформатора (электровозы ЧС4, ЧС4Т, ЧС8), путём плавного регулирования напряжения с помощью выпрямительно-инверторной установки (электровозы ВЛ80р, ВЛ85, ВЛ65, ЭП1, ЭП10, 2ЭС5К).

Электровоз с вагонами соединяется при помощи автосцепного устройства. На электровозах с сочленёнными тележками (ВЛ8) автосцепка размещается на крайних поперечных балках тележек, на электровозах имеющих несочлененные тележки автосцепка устанавливается в раме кузова.

Техническая характеристика

Номинальное напряжение на токоприемнике, кВ 3
Колея, мм 1520
Формула ходовой части 3о-3о
Нагрузка от колесной пары на рельсы, кН (тс), 221 ± 3%
(22,5 ± 3%)
Масса служебная , т 135 ± 3%
Номинальный диаметр бандажа колесной пары по кругу катания, мм 1250
Высота оси автосцепки от головки рельса при новых бандажах, мм 1040-1080
Высота от головки рельса до рабочей поверхности полоза
токоприемника:
- в опущенном положении, не более 5100 мм
- в рабочем положении, 5500-7000 мм
Минимальный радиус проходимых кривых на тракционных путях при скорости до 10 км/ч.м 125
Конструкционная (максимальная в эксплуатации) скорость, км/ч 160
Мощность продолжительного режима на валах тяговых двигателей, кВт 4320
Мощность в часовом режиме на валах тяговых двигателей , кВт 4800
Сила тяги в продолжительном режиме, кН (тс) 167,4 (17,06)
Сила тяги в часовом режиме, кН (тс) 192,8 (19,7)
Скорость в продолжительном режиме, км/ч 91
Скорость в часовом режиме, км/ч 87,8
Максимальная сила тяги при трогании , кН (тс) 302 (30,
Сила тяги при максимальной скорости, кН (тс) 91,4 (9,3)
КПД в продолжительном режиме 0,88
Параметры системы централизованного энергоснабжения пассажирского поезда:
- мощность , 25 кВт
-номинальное напряжение, 3000 В