poster444

Магистральный электровоз ЭП1

На электровозе ЭП1 установили тяговый двигатель пульсирующего тока НБ-520В, имеющий следующие основные характеристики:
номинальная мощность часового (продолжительного) режима,кВт...800 (750)
номинальное напряжение на коллекторе, В...................................1000
ток якоря в часовом (продолжительном) режиме, А ........................ 845 (795)
частота вращения при диаметре среднеизношенных ходовых колес 1200 мм в часовом (продолжительном) режиме,об/мин............................................... .1030— 1050
максимальная частота вращения (при максимальной скорости электровоза 140 км/ч), об/мин............................................... ..........................................2020
диапазон частот вращения, при которых обеспечивается продолжительная мощность,
об/мин .................................................. .......1050— 1520
коэффициент полезного действия.........................0,945
расход вентилирующего воздуха при номинальной нагрузке
и давлении на входе в двигатель 900 Па, м3/мин.............70
масса двигателя без резинокордной муфты привода, кг.... 3500

Электромеханические характеристики двигателя представлены на рис. 1, общая конструктивная компоновка — на рис. 2.

Его внешние очертания и элементы внутренней структуры во многом определены условиями совмещения с примененным на электровозе механическим приводом второго класса — осевой подвеской тягового редуктора и опорно-рамной тягового двигателя.

При этом вращающий момент от двигателя к редуктору передается через торсионный вал, зубчатую муфту и дисковую упругую (резинокордную) муфту. Принципиально этот привод аналогичен широко известному на железнодорожном транспорте России приводу пассажирских электровозов ЧС2, ЧС4 и т.д. с карданной передачей момента. Однако он отличается более мощной трансмиссией.

Конструктивно новый привод похож на привод тепловозов 2ТЭ121, но отличается от него расположением зубчатой муфты внутри двигателя вместо вынесенного на торец неприводной стороны. Это позволило улучшить использование габаритных осевых ограничений и обеспечить требуемые параметры двигателя.

Двигатель представляет собой коллекторную шестиполюсную электрическую машину с компенсационной обмоткой и дополнительными полюсами. При его проектировании воспользовались проверенными эксплуатационной практикой прогрессивными техническими решениями: моноблочным исполнением главных и дополнительных полюсов, крепление компенсационной обмотки в пазах главных полюсов выполнили с использованием технологии токовой запечки. На двигателе установили поворотную траверсу щеткодержателей. Конструкция подшипниковых уплотнений аналогична примененной на тяговых двигателях НБ-418 и НБ-514.

Проводники обмотки якоря соединены с коллектором также методом сварки и т.д.
В новом двигателе широко использовали унифицированные узлы, например щеточный аппарат от НБ-514, НБ-418К6. Важно подчеркнуть, что в конструкции применены материалы и комплектующие изделия только отечественного производства, в том числе изоляционные материалы, подшипники, электрощетки.

Подробное описание двигателя приведено в эксплуатационной документации. Поэтому далее рассказывается об основных проблемах, решенных в процессе проектирования и изготовления.

Выбор конструкции подшипниковых опор якоря. Дело в том, что примененная в приводе трансмиссия с зубчатой муфтой обуславливает передачу на подшипниковую опору, обеспечивающую осевую фиксацию якоря, значительных осевых усилий (амплитудное значение до 9 кН). Это — результат поперечных взаимных перемещений колесной пары и тележки при движении электровоза. При таких нагрузках обычный стандартный радиальный роликовый подшипник с приставным запирающим кольцом (как в двигателях электровозов ЧС) здесь применить нельзя.

Привод с карданными муфтами создает значительно меньший уровень осевых усилий. Однако при этом он не передает необходимые крутящий моигольчатых подшипников карданов. На тепловозе 2ТЭ121 (тяговый двигатель ЭД-126У1) данная проблема решена установкой в фиксирующую опору двух подшипников—роликового, воспринимающего радиальную нагрузку, и шарикового, воспринимающего осевую.

Проверка такого варианта опоры на электровозе ВЛ65 № 016 (тяговый двигатель НБ-520Б) показала ее крайнюю нетехнологичность при разборке- сборке двигателя и, что еще более важно, склонность к возбуждению вибраций при малейшей несоосности этих двух подшипников.

Подобное практически неизбежно при переборках двигателя, так как шариковый подшипник должен быть освобожден от восприятия радиальной нагрузки за счет гарантированного зазора в посадке либо внутреннего, либо наружного кольца. Иначе он из-за значительно меньших, чем в роликовом, зазоров между телами качения в самом подшипнике, воспринял бы на себя также всю радиальную нагрузку, на которую не рассчитан.

В связи с этим на тяговом двигателе НБ-520В от подобного пришлось отказаться. На новой электрической машине применили схему фиксирующей опоры с одним подшипником. Специалисты АО “Московский подшипник” и ВНИИЖТа создали специальный роликовый подшипник типа 80-92228 М1 с приставным запирающим кольцом, развалом бортов внутреннего и наружных колец и выпуклыми торцами роликов. Он допускает среднюю осевую нагрузку до 25 кН в номинальном режиме и до 6 кН при максимальной частоте вращения 2600 об/мин.

Обеспечение тепловых параметров двигателя на допустимом уровне. Одно из требований к электровозу ЭП1 — резкое снижение удельной потребляемой мощности на собственные нужды, в том числе на вентиляцию (на киловатт полезной мощности электровоза). При проектировании двигателя было необходимо выдержать требуемые параметры при относительно малом расходе вентилирующего воздуха (70 м3/мин) в номинальном режиме и регулируемой системе вентиляции, предусматривающей снижение расхода по мере снижения токовой нагрузки.
Этого достигли за счет оригинальных конструктивных решений. К ним относятся:
- применение в якоре изоляции класса нагревостойкости “И" на основе полиамидных пленок с пропиткой в кремнийорганическом лаке;
- применение конструкции с открытыми головками якорных катушек в задней лобовой части;
- рационализация геометрии межполюсного пространства остова.

Об эффективности этих мер говорит следующий факт: гидродинамические потери мощности на продувку двигателя по сравнению, например, с двигателем НБ-418К6 уменьшились в 4 раза.

Обеспечение устойчивого входа в режим рекуперации и равномерного распределения токов по параллельно включенным якорям тяговых двигателей, работающих как генераторы. Внешние характеристики таких электрических машин должны иметь достаточный отрицательный наклон (т.е. напряжение на зажимах должно заметно снижаться) при увеличении тока нагрузки. На крутизну наклона внешних характеристик влияют два фактора: омическое сопротивление обмотки якоря и коммутационная реакция якоря.

Ускоренная коммутация способствует уменьшению крутизны вплоть до появления положительного наклона, а замедленная — увеличивает ее. Повышение омического сопротивления напрямую снижает к.п.д. машины и поэтому исключено. Замедленная коммутация отрицательно сказывается на искрении под щетками в двигательном режиме. Проблема сводится к настройке коммутации, удовлетворяющей тем и другим условиям.

В двигателе НБ-520В, изменяя первый и второй немагнитные зазоры в добавочных полюсах (зазоры в сторону якоря и в сторону остова), так настроили коммутацию, что наклон внешней характеристики стал как у характеристики тяговых двигателей НБ-514.

Обеспечение требуемых показателей массы. Из-за компоновочных ограничений на электровозе ЭП1 применили один преобразователь и один сглаживающий реактор на три параллельно включенных тяговых двигателя. Такая схема предьявляет повышенные требования к коммутационной устойчивости двигателя в переходных режимах. Для ее обеспечения, кроме общепринятых схемных решений по подбору оптимальных величин активных и индуктивных шунтировок обмотки возбуждения, приняты меры конструктивного характера непосредственно в электрической машине.

Например, впервые использовали конструкцию с разделенным сердечником дополнительного полюса. В ней часть сердечника, содержащая катушку возбуждения, приближена к якорю и отделена от остальной части сердечника немагнитным “вторым зазором”. Подобная конструкция, обладая необходимым уровнем гашения основного коммутирующего потока, обеспечивает в то же время прохождение его переменных составляющих в виде потоков рассеяния, замыкающихся по шихтованным рогам главных полюсов. Высокая коммутационная устойчивость тягового двигателя НБ-520В в переходных режимах подтверждена стендовыми испытаниями, включая специальные исследования во ВНИИЖТе.

В целом двигатель прошел весь комплекс проверок в объеме квалификационных испытаний по ГОСТ 2582-81 и признан пригодным к использованию на электровозе по всем проверяемым параметрам.

Следует отметить, что конструктивные особенности тягового двигателя НБ-520В потребовали освоить новые технологические процессы производства. Так, модернизирован зубофрезерный станок для изготовления зубчатой полумуфты со сферобочкообразным зубом, изготовлен специальный станок для термообработки контуров зубчатой муфты токами высокой частоты. На заводе внедрили гидростанцию, развивающую давление 460 кгс/см2 (усилие 40 тс), для напрессовки зубчатой полумуфты и резинокордной полумуфты на торсионный вал.

С точки зрения технического обслуживания (ухода за подшипниковыми узлами, узлом токосъема, крепежными элементами), двигатель аналогичен широко известным двигателям НБ-418К6, НБ-514. По сравнению с ними новое — в необходимости периодического контроля количества смазки в камере зубчатой муфты.

К сожалению, на электровозах с передачей тягового усилия с тележек на раму кузова с помощью продольных тяг затруднен доступ к коллекторным люкам. Это явление характерное и неизбежное. Поэтому на тяговом двигателе НБ-520В изменили традиционную схему расположения люков — один нижний и один верхний. Теперь вместо верхнего сделали люк на боковой поверхности коллекторной камеры, что позволило с той или иной степенью удобств обеспечить доступ к щеточно-коллекторному узлу всех двигателей электровоза.

СЦБот

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Локомотив".

Перенес: Admin