РЕЖИМЫ ВЕДЕНИЯ ПОЕЗДА

Отдельные фазы режима ведения. Режим ведения поезда состоит из следующих фаз:

пуск локомотива и разгон поезда до выхода на выбранную ходовую характеристику локомотива;

движение под током при включенных тяговых двигателях на ходовых позициях контроллера машиниста;



движение на выбеге при выключенных тяговых двигателях; регулировочное торможение - подтормаживание поезда на спусках для поддержания его скорости на заданном уровне;

торможение для снижения скорости перед сигналами и остановками.

Каждый из этих элементов оказывает существенное влияние на результаты использования мощности локомотивов и расходования топлива и электрической энергии на тягу поездов. Рассмотрим отдельные фазы режима вождения поездов.

Пуск локомотива и разгон поезда. Пуск и разгон важно производить как можно более плавно, не допуская слишком быстрого наращивания силы тяги. Это необходимо для того, чтобы не допустить разрыва поезда и боксования колесных пар локомотива. Стронуть грузовой поезд с места легче, если предварительно состав сжать. Установив реверсивную рукоятку в положение „Вперед", машинист затем переводит главную рукоятку с нулевой позиции, включает ток тяговых двигателей, приводит локомотив в движение и растягивает состав, выбирая зазоры в его автосцепных устройствах. Если локомотив не имеет автоматического пуска, постепенно переводят рукоятку контроллера машиниста на более высокие позиции, выдерживая ее на каждой из них примерно 3 с, что необходимо для срабатывания электрических аппаратов. После того как головная часть поезда придет в движение, продолжают набирать позиции, соблюдая при этом требование, чтобы ток тяговых двигателей по амперметру не превышал значений пускового тока для тягового подвижного состава данной серии и был близок к максимальному допустимому значению по условиям сцепления. Для того чтобы не произошло разрыва поезда, дальнейший набор позиций контроллера машиниста можно производить после того, как весь поезд вместе с локомотивом придет в движение.

Как при электрической, так и при тепловозной тяге после трога-ния поезда с места его разгон следует вести, реализуя большую силу тяги. Для электровозов постоянного тока увеличение среднего пуско: вого тока сопровождается снижением потерь электроэнергии в пусковых реостатах, так как при этом уменьшается время работы электровоза с введенными в цепи тяговых двигателей резисторами. Среди части машинистов распространено ошибочное мнение о том, что при меньшем пусковом токе соответственно меньше потери энергии в пусковых реостатах. Это мнение ошибочно и возникает потому, что не учитывает уменьшение времени реостатного пуска при увеличении пускового тока. Разгон поезда с большим пусковым током целесообразен еще и потому, что позволяет экономить время и использовать его запас для более длительного движения на выбеге без тока и снижения скорости перед торможениями, а следовательно, позволяет экономить электроэнергию.

При пуске важно предотвратить возникновение и развитие боксования колесных пар, поэтому набор позиций рукояткой контроллера в момент трогания грузового поезда, особенно в неблагоприятных по сцеплению условиях, обычно сопровождается импульсной подачей небольших порций песка под колеса локомотива.

На ЭПС постоянного тока в процессе пуска и разгона необходимо предотвращать недопустимый нагрев пусковых резисторов. Вследствие этого после выхода на безреостатную позицию последовательного

соединения тяговых двигателей обычно используют ступени ослабления возбуждения для продолжения разгона поезда. Благодаря этому происходит дальнейшее увеличение скорости движения и несколько уменьшается нагрев пусковых резисторов. Затем после снятия ослабления возбуждения продолжают набор позиций контроллера машиниста, переводя тяговые двигатели на последовательно-параллельное, а затем и параллельное соединения. При необходимости на каждом из этих соединений тяговых двигателей также используются ступени ослабления возбуждения.

На тепловозах при пуске и трогании с места в результате набора позиций главной рукоятки контроллера машиниста срабатывают исполнительные механизмы и увеличивается подача топлива в цилиндры дизеля, происходит ступенчатое регулирование частоты вращения коленчатого вала и мощности дизеля. Поэтому, чтобы улучшить рабочий процесс дизеля, важно выдерживать рукоятку контроллера машиниста на каждой позиции примерно 3 с.

Общие требования к режиму ведения поезда по перегону. Локомотивная бригада должна отлично знать профиль и план пути, расположение сигналов и станций. Это необходимо потому, что при движении поезда по элементам профиля состав может переходить из растянутого в сжатое состояние и обратно, при этом в составе возникают значительные динамические силы. Дополнительные динамические нагрузки возникают как в тяговом режиме, так и при движении на выбеге, а также в тормозном режиме и в процессе отпуска тормозов. Возникающие силы могут достигать наибольшего значения в различных частях состава в зависимости от однородности вагонов и степени их загрузки, а также от того, сжат состав или растянут. В грузовых поездах эти силы могут привести к обрыву состава или выдавливанию вагонов, в пассажирских и пригородных - к нарушению комфорта пассажиров. Значения динамических сил зависят от массы и длины поезда, профиля пути, применяемых режимов тяги и торможения, скорости движения, зазоров в автосцепных устройствах, скорости распространения тормозной волны по длине поезда, типа и состояния тормозных устройств. Локомотивная бригада должна учитывать эти факторы при выборе режима ведения поезда.

При движении поезда целесообразно держать состав либо в сжатом, либо в растянутом состоянии. Однако это практически не всегда возможно при движении по реальному профилю пути; локомотивная бригада в данном случае должна уметь плавно переводить состав из одного состояния в другое. Выполнять это рекомендуется на однородных элементах пути - на площадке или спуске. Для того чтобы перевести движущийся состав из сжатого состояния в растянутое, рукоятку контроллера ставят в поездное положение. На электровозах, на которых не предусмотрен автоматический пуск, этот перевод рукоятки можно производить достаточно быстро до тех пор, пока ток тяговых двигателей не достигнет значения 250 А. Чтобы сжать состав, ранее растянутый, постепенно выключают тяговые двигатели, переводя

рукоятку контроллера на низшие позиции до нулевой. Если этого недостаточно, приводят в действие электрический тормоз, а на локомотивах, не оборудованных электрическим тормозом, - вспомогательный.

Влияние профиля пути на режим ведения поезда. Условия ведения поезда, регулирования мощности локомотива и скорости движения значительно различаются у грузового и пассажирского поездов. Они существенно различаются и внутри каждой из этих групп, например тяжеловесный или порожняковый, а для пассажирских - скорый или пригородный.

Вождение дизель- и электропоездов также имеет ряд специфических особенностей. Они определяются, во-первых, тем, что на мотор-вагонной тяге осуществляются пригородные перевозки, для которых характерны частые остановки при большой густоте движения. В этих условиях подвижной состав должен реализовывать большие ускорения и замедления. В связи с этим электропоездам свойственны более высокие значения мощности на единицу массы поезда, чем локомотивам. Для электропоездов ЭР1, ЭР2, ЭР9 эта величина составляет 7,3 кВт/т, а для пассажирского поезда массой 1000 т с электровозом ЧС2 - только 4,2 кВт/т. Таким образом обеспечивается высокое ускорение движения - 0,6-0,7 м/с2.

Высокие скорости движения на коротких перегонах вызывают необходимость начала торможения с большой скорости. Поэтому режим ведения моторвагонного поезда основывается на принципах, отличающихся от используемых при локомотивах. Так, на электровозах 77-82 % расходуемой электроэнергии затрачивается на преодоление сопротивления движению поезда, пусковые и тормозные потери энергии составляют лишь 5-8 %. На электропоездах до 75 % электроэнергии приходится на пусковые и тормозные потери.

Укажем наиболее общие положения, относящиеся к реализации силы тяги и тормозной силы, использованию кинетической энергии при выборе режима вождения поездов.

На перевалистом профиле, где чередуются подъемы, площадки и спуски, предпочтительно вести поезд в растянутом состоянии при включенном контроллере. В этом случае регулируют скорость движения путем изменения силы тяги. При проследовании подъемов силу тяги увеличивают, на площадках и спусках - уменьшают. Подходя к подъему, который нельзя проследовать за счет использования кинетической энергии, увеличивают силу тяги, переводя рукоятку контроллера на высшие позиции или применяя ступени ослабления возбуждения.

При движении по участкам с равнинным профилем пути и относительно редкими остановками необходим режим ведения, обеспечивающий наименьшие колебания скорости при использовании позиций, соответствующих наиболее высоким значениям КПД локомотива. Уменьшение неравномерности движения дает заметный эффект вслед-

ствие нелинейной зависимости между силой сопротивления движению и скоростью движения.

Обычно профиль участков железнодорожной сети, на которых имеются ограничения в использовании мощности локомотивов по сцеплению, характеризуется наличием подъемов большой крутизны, но относительно небольшой протяженности. Поэтому при разработке и реализации рациональных режимов вождения поездов на таких участках очень важно наряду с реализацией наибольших сил тяги обеспечивать максимальное использование кинетической энергии движущегося поезда.

Поскольку кинетическая энергия пропорциональна квадрату скорости, при подходе поезда к тяжелым элементам профиля скорость должна быть наибольшей допускаемой, что дает возможность проследовать часть подъема за счет накопленной на предыдущих элементах профиля кинетической энергии поезда.

При движении по подъему скорость падает по мере использования кинетической энергии, ток тяговых двигателей возрастает, однако переходить на низшие позиции следует только при достижении током тяговых двигателей, а следовательно, и силой тяги локомотива предельных значений. Чтобы предотвратить боксование колесных пар, необходимо своевременно подавать песок в зону контакта колес с рельсами. Эффективность использования песка для стабилизации сцепления зависит от многих факторов. Наряду с необходимостью освоения всеми локомотивными бригадами способов эффективного управления песочницей, своевременной подачи песка с целью предотвращения возникновения боксования колесных пар важно обеспечить применение высококачественного и должным образом подготовленного кварцевого песка, правильную и систематическую регулировку форсунок песочниц, исправность и правильное положение труб, по которым подается песок.

Если после перехода на низшие позиции ослабления возбуждения тяговых двигателей скорость движения поезда продолжает уменьшаться, следует перейти на полное или нормальное возбуждение. В случаях, когда после перехода со ступеней ослабленного возбуждения на полное или нормальное скорость движения продолжает снижаться, а нагрузка вновь достигает предельных значений, чтобы не допустить срабатывания защиты, можно кратковременно перейти на последовательно-параллельное соединение тяговых двигателей для электровозов постоянного тока или на более низкую позицию для электровозов переменного тока. Для тепловозов в подобных случаях допускается скорость ниже расчетной, однако движение поезда в таких условиях допускается на протяжении не более чем 500 м.

Часто элементы профиля пути с трудными подъемами чередуются с элементами профиля меньшей крутизны. Последние следует использовать для повышения скорости движения и накопления кинетической энергии. Для этого целесообразно переходить на более глубокое ослабление возбуждения или высокие позиции регулирования.

Подобные услоЕия движения в конце подъема могут оказаться рациональными в отношении экономии электроэнергии и топлива в том случае, если после подъема расположена станция, на которой предусмотрена остановка поезда, или вредный спуск. Тогда снижение потерь энергии в тормозах при последующем торможении позволит получить некоторую экономию топливно-энергетических ресурсов. Изложенные рекомендации наиболее эффективны при наличии подъемов сравнительно небольшой протяженности.

В качестве примера рассмотрим кривые изменения скорости движения и тока электровоза ВЛ23 (рис. 20, а), полученные при ведении поезда массой 3300 т по подъему длиной свыше 6 км. Для того чтобы использовать кинетическую энергию при преодолении подъема, предшествующий ему элемент 1 (спуск 4,1 %0) был проследован с током на ступени ОПЗ ослабления возбуждения. В результате этого к началу подъема поезд развил максимальную допускаемую скорость около 80 км/ч.

При следовании по подъему (элементы 2 и 3) началось снижение скорости движения и соответствующее нарастание тока. Реализация больших сил тяги сопровождалась систематической подачей песка под колеса. Элемент 4 с меньшей крутизной подъема был использован для

повышения скорости движения и создания запаса кинетическои энергии. При движении по элементу 5 (ток около 1400 А) машинист постепенно снижал ступени ослабления возбуждения, и на последнем километре тяговые двигатели работали при полном возбуждении.

Как видно из рис. 20, б ив, при увеличении скорости движения сила инерции отрицательна и действует против направления движения, задерживая нарастание скорости (участки аб, вг, дё)\ при снижении скорости она положительна (участки бв и гд) и направлена по движению, т.е. суммируется с силой тяги. Таким образом, использование силы инерции позволило развивать несколько меньшую силу тяги и облегчить условия работы тяговых двигателей при движении по подъему.

Другим примером может служить сопоставление результатов двух опытных поездок с динамометрическим вагоном (рис. 21 и 22), выполненных электровозом ВЛ60К на перегоне с затяжным подъемом крутизной до 10,7 %0, где масса поезда ограничена но условиям сцепления колес с рельсами (направление движения показано стрелкой).

Из тяговых расчетов для данного участка следует, что для движения поезда массой 3600 т с установившейся скоростью по подъему 10,7 %0 (264-267-й километры) необходима сила тяги около 46,8 тс. Расчетная сила тяги электровоза ВЛ60К, ограниченная сцеплением колес с рельсами, по тяговым характеристикам составляет 37,2 тс. Таким образом, сила тяги, необходимая для движения поезда по наиболее трудному подъему рассматриваемого перегона, на 9,6 тспревышает ограничение силы тяги электровоза ВЛ60К по сцеплению. Эта „недостающая" сила тяги может быть „создана" за счет кинетической энергии поезда, т.е. за счет силы инерции поезда при его замедленном движении по подъему. Результаты расчетов, хорошо совпавшие с опытными данными, показывают, что замедление поезда при этом должно составлять около 3,7 км/ч в 1 мин.

В связи с этим в процессе проведения опытных поездок был разработан и проверен режим ведения поезда, отвечающий условиям профиля и тяговым свойствам электровоза ВЛ60К. Этот режим (см. рис. 22) предусматривает интенсивный разгон после трогания со станции и использования площадки на 264-м километре для повышения скорости до 48-50 км/ч и последующее движение по наиболее трудному подъему перегона, расположенному за указанной площадкой с фактическим постоянным замедлением 3,8 км/ч в 1 мин.

При первой опытной поездке (см. рис. 21) с поездом массой 3200 т был недостаточен разгон поезда после отправления со станции; в связи с этим скорость при движении до 263-го километра не превышала 30 км/ч. На 263-м километре ток двигателей и сила тяги электровоза достигли соответствующих ограничений по сцеплению колес с рельсами. Хотя на 264-м километре и был выполнен переход с 21-й на 25-ю позицию контроллера, однако расположенную здесь площадку использовали для повышения кинетической энергии поезда недоста- точно; поэтому на 264-265-м километрах произошло значительное снижение тока (до 380 А) и силы тяги, развиваемой двигателями электровоза. Подъем крутизной 10,7 %»на 265-267-м километрах пройден с примерно установившейся скоростью 31-32 км/ч, т.е. без использования кинетической энергии поезда; ток двигателей и сила тяги электровоза фактически достигли расчетных ограничений по сцеплению. Таким образом, основной недостаток режима ведения поезда в этой поездке состоит в недостаточно интенсивном разгоне поезда на 261-м и 262-м километрах и недоиспользовании площадки на 264-м километре для повышения скорости движения и кинетической энергии поезда.

Во второй опытной поездке (см. рис. 22) при массе поезда 3600 т осуществлен режим ведения, более близкий к расчетному. Ток двигателей поддерживался близким к значению, соответствующему ограничению по сцеплению, но не превышал его; максимальная скорость движения на площадке (264-й километр) достигла 48 км/ч при работе тяговых двигателей с ослабленным возбуждением на 33-й позиции. Постепенный переход на низшие позиции при следовании по подъему на 265- 267-м километрах обеспечил движение с постоянным замедлением 3,4 км/ч в 1 мин. При этом сила инерции поезда составила 6,3 тс, а сила тяги электровоза - около 39 тс.

Масса поезда 3200 т достаточно близка к расчетной по сцеплению при движении с установившейся скоростью по подъему 10,7 %«, однако в результате использования легких элементов профиля (264-й километр) для разгона поезда и постепенного снижения его скорости на наиболее трудной части перегона удалось провести поезд массой 3600 т, т.е. на 400 т больше, без превышения расчетного ограничения по сцеплению. Такой режим для данного перегона был рекомендован как рациональный, и машинисты успешно применяют его.

Аналогичный режим ведения поезда используют в случаях, когда масса состава ограничена сцеплением колес с рельсами. На участках, имеющих тяжелые подъемы значительной длины (15-30 км), по которым локомотив с поездом следует с большими нагрузками продолжительное время, как правило, проявляется ограничение по нагреванию электрических машин.

Влияние режима ведения поезда на нагревание обмоток двигателей . Чтобы не допустить превышения температуры обмоток электрических машин, необходимо ограничивать время протекания тока в зависимости от его значения. Для тяговых двигателей электровозов наибольшие допустимые токи и соответственно время их протекания следующие:

 Электровоз ВЛ8

Ток, А.......... 360 400 450 500 550 600

Время, мин...... 55 28 15 9 6 5

Электровозы ВЛ10, ВЛ10У, ВЛ11

Ток, А....................450 400 550 600 650 680

Время, мин............50 30 13 8 6 5

Электровоз bj160к

Ток, А....................500 550 600 650 700

Время, мин............68 37 21 15 1!

Электровозы BJI80 всех индексов

Ток, А ..................830 1200

Время, мин............60 4

Подъемы значительной крутизны, но небольшой протяженности поезд преодолевает за сравнительно небольшое время, и электрические машины не успевают нагреваться до максимальной допустимой температуры, хотя токи при этом могут превышать номинальные. Если же подъем затяжной, то продолжительное движение с большими нагрузками вполне может вызвать нагрев обмоток электрических машин выше допустимого. В таких случаях, чтобы уменьшить нагрузку и температуру нагрева обмоток электрических машин, переходят на более низкие ступени ослабления возбуждения (ОП2 вместо ОПЗ, ОП1 вместо ОП2), а иногда используют даже полное или нормальное возбуждение.

Для примера сопоставим результаты двух опытных поездок на одном из участков Московской дороги. В обоих случаях поезда одинаковой массы были проведены по тяжелому подъему протяженностью 14 км, однако температура нагрева обмоток двигателей оказалась неодинаковой, поскольку режимы ведения поездов были различными. В одном случае электровоз с поездом вступил на подъем при ступени ослабления ОП4 и следовал в таком режиме 5 км, затем на протяжении 6 км локомотивная бригада применяла ступень ослабления ОПЗ. Остальные 3 км электровоз проследовал на ОП2 и ОП1, а также при полном возбуждении. Превышение температуры нагрева тяговых двигателей при этой поездке достигло 132 °С, т.е. превысило допустимое на 12 "С.

В другом случае четвертую ступень ослабления возбуждения не применяли, электровоз с поездом вступил на подъем и проследовал 10 км на ступени ОПЗ. На остальных четырех километрах локомотивная бригада применяла ступени ОП2, ОП1 и полное возбуждение. Превышение температуры нагрева обмоток двигателей в этом случае достигло лишь 117 °С, т.е. было на 15 °С ниже, чем в первом случае, хотя время хода увеличилось всего лишь на 0,5 мин.

На участках, где действует ограничение по сцеплению и возникают ограничения по нагреванию электрических машин, эффективным является максимальное использование кинетической энергии поезда,

 поскольку это позволяет уменьшить ток и тем самым снизить температуру нагрева электрических машин в процессе движения по подъему.

Из рис. 23 следует, что чем выше скорость подхода электровоза с поездом к началу подъема, тем ниже температура нагрева якорной обмотки тягового двигателя НБ-406 (начальная температура нагрева якорной обмотки 60 °С).

Особенно важно иметь большую скорость перед подъемом, расположенным после вредного спуска. Как известно, вредными называют спуски, на которых по условиям безопасности движения необходимо применять регулировочное торможение для того, чтобы скорость поезда не превысила максимальную разрешенную. Таким образом, к вредным относятся спуски, создающие удельное дополнительное сопротивление движению, которое превышает удельное сопротивление движению данного поезда. Для примера укажем, что увеличение скорости с 80 до 100 км/ч в месте сопряжения вредного спуска с подъемом крутизной 8 %о позволяет проследовать 1,3-1,4 км по подъему на выбеге.

Возможность использования кинетической энергии для преодоления подъема при ограничении массы поезда по нагреванию машин подтверждается рис. 24. Чем выше скорость подхода поезда к подъему, тем меньше время движения по нему, а следовательно, и температура нагрева обмоток электрических машин локомотивов.

Для ЭПС постоянного тока особое внимание следует уделять режимам ведения при пониженном напряжении на токоприемнике. В таких случаях на участках, где норма массы поеззов ограничена по нагреванию тяговых двигателей, возможно превышение допустимой температуры их обмоток, так как пониженное напряжение приводит к снижению скорости и увеличению времени движения под током, Кроме того, понижение напряжения приводит к уменьшению частоты вращения якоря двигателя вентилятора, что влечет за собой ухудшение охлаждения тяговых двигателей. В подобных случаях машинисты, чтобы увеличить скорость движения, применяют более глубокое ослабление возбуждения, а это приводит к увеличению нагрузок. В условиях ухудшения вентиляции это может привести к еще большим превышениям температуры обмоток тяговых двигателей. Поэтому на участках, где масса поезда ограничена нагреванием обмоток тяговых двигателей, при пониженном напряжении на токоприемнике ослабление возбуждения следует использовать с осторожностью.

Остановимся теперь на роли тягово-эксплуатационных испытаний. Из практики известны случаи, когда применение оптимальных режимов ведения поездов, разработанных и уточненных при тягово-эксплуатационных испытаниях, позволило организовать устойчивое вождение поездов, масса которых превышает расчетные значения. В ходе таких испытаний устанавливают лучшие режимы вождения поездов. Полученные результаты, так же как и опыт работы лучших машинистов, являются основой для разработки рациональных режимов вождения поездов, используются для обучения и инструктажа локомотивных бригад, разработки местных инструкций по технологии вождения поездов.

Местные инструкции для локомотивных бригад по рациональным режимам вождения поездов должны содержать не только рекомендации, разработанные для определенных условий, но и знакомить локомотивные бригады с основными принципами, которыми следует руководствоваться для обеспечения максимального использования мощности локомотивов.

Работа по обучению локомотивных бригад рациональным режимам вождения поездов должна включать в себя не только теоретическое обучение, но и практический показ. Весьма полезен аналитический разбор отдельных поездок с указанием допущенных ошибок. Нельзя представлять рекомендуемый режим ведения поезда в качестве застывшего свода правил с указанием, где и какую позицию контроллера машиниста следует применять, где и как производить торможение и т.д. Обучение и инструктаж локомотивных бригад рациональным режимам вождения поездов должны основываться на глубоком понимании ими существа физических процессов, связанных с движением поезда, управлением локомотивом, регулированием его мощности.

4 3dK. 531