CC BY
413
3. Устройство для автоматического регулирования скорости тягового подвижного состава / А. Н. Савоськин, О. Е. Пудовиков. - Патент на изобретение № 2202481, 2003. Опубл. 20.04.2003. - Б. И. № 46.
4. Расчеты и испытания тяжеловесных поездов / Е. П. Блохин, Л. А. Манашкин, Е. Л. Стамблер и др.; ред. Е. П. Блохин. - М.: Транспорт, 1986. - 263 с.
УДК 621.314
В. П. Феоктистов
ОЦЕНКА ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТЯГИ
В статье рассмотрены перспективы развития электрических железных дорог России, показана целесообразность использования систем тяги постоянного и переменного тока.
электрификация, род тока, тяговый двигатель.
Железные дороги в России выполняют основной объем по грузо- и пассажирообороту (до 80% всей перевозочной работы в стране). В развитых странах мира (США, странах Евросоюза, Японии) доля железнодорожного транспорта в перевозочной работе общей транспортной системы значительно ниже, но она имеет четкую тенденцию к росту. Обеспечивается государственная поддержка железнодорожного транспорта, быстро осваиваются новые виды эксплуатационной и коммерческой работы (высокоскоростные пассажирские поезда, интермодальные перевозки, включая контейнерные и контрейлерные маршруты).
Указанные предпочтения (а также конкретные дотации и субвенции) железнодорожному транспорту, в частности перед автомобильным транспортом, определяются в основном теми преимуществами, которые вытекают из применения на железных дорогах электрической тяги. До 80-85% всей перевозочной работы в станах ЕС, Японии и России выполняется электроподвижным составом (ЭПС), что обеспечивает экологическую чистоту, снижает нефтяную зависимость для транспортной системы и для страны в целом, способствует снижению себестоимости перевозок.
Столь значительная роль электрической тяги делает необходимым тщательное осмысление путей ее развития и совершенствования с учетом как достигнутого технического уровня, так и возможностей использования новейших достижений научно-технического прогресса. Одна из главных проблем - применение нескольких систем электрификации, причём исторически первой была система постоянного тока. Затем в Западной Европе и в США была освоена система переменного тока пониженной частоты. Появление наиболее прогрессивной системы переменного тока 25 кВ
50(60) Гц привело к ее быстрому распространению в СССР и Западной Европе (Франция, Англия, Дания, Финляндия, Венгрия, Румыния, Болгария), в ряде стран Юго-Восточной Азии (КНР, Индия, Пакистан). Но некоторые страны сохранили свои традиционные системы электрификации постоянного тока (Италия, Польша, Испания, Бельгия, Нидерланды) или переменного тока пониженной частоты 15 кВ 16% Гц (Германия, Австрия, Швейцария, Швеция, Норвегия) и развивали только эти системы.
В то же время в ряде стран имело место параллельное развитие традиционной системы постоянного тока и новой системы переменного тока промышленной частоты. Наиболее ярким примером является СССР, где темпы электрификации на постоянном и переменном токе были примерно одинаковы.
Таким образом, на перспективу нужна обобщенная оценка систем электрической тяги, включая анализ новых решений в части предложений по применению других систем. При этом следует исходить из полной структурной схемы электрической железной дороги, энергетическую цепь которой составляют следующие компоненты:
первичное электроснабжение; в применяемых у нас системах постоянного и переменного тока эти функции выполняет Единая энергосистема (ЕЭС);
тяговое электроснабжение, включающее тяговые подстанции с питающими их высоковольтными линиями переменного трехфазного тока, контактную сеть, рельсовые цепи для обратного тока, посты секционирования контактной сети;
электроподвижной состав, включая электровозы для вождения грузовых и пассажирских поездов, а также электропоезда для пригородного сообщения.
Анализ всей системы электрической тяги в целом позволяет сделать выводы, что для отечественных железных дорог (системы переменного тока 25 кВ 50 Гц и постоянного тока 3 кВ):
ни одна из применяемых систем не удовлетворяет полностью современным технико-экономическим требованиям, в том числе требованиям электромагнитной совместимости с Единой энергосистемой (ЕЭС);
обе системы имеют значительный потенциал совершенствования (применение асинхронных тяговых двигателей, повышение напряжения в контактной сети - на постоянном токе проработаны предложения по напряжениям 6, 12 и 24 кВ, а на переменном токе имеются участки, работающие на напряжении 50 кВ или по системе 2*25 кВ).
Имеется целый ряд других предложений, но все они, как правило, связаны с перспективами развития силовой электроники и, соответственно, преобразователей электроэнергии для ЭПС. Ранее достаточно остро стоял вопрос о переходе на единую систему электрической тяги, в качестве ко-
торой у нас обоснованно предлагалась система переменного тока. Однако сейчас острота этой проблемы исчезла по следующим причинам:
асимметричная загрузка фаз первичной энергосистемы, генерация реактивной мощности, наличие индуктивного сопротивления тяговой сети -все эти недостатки системы переменного тока еще нельзя считать окончательно устраненными;
массовое производство 2-, 3- и 4-системных электровозов и высокоскоростных электропоездов в Западной Европе и опыт использования 2-системных электровозов ВЛ82 и ЭП10 на отечественных железных дорогах показывают, что при этом практически снимаются трудности эксплуатационного характера, связанные с организацией движения поездов в зоне стыкования разных систем электрификации.
При переходе от коллекторных тяговых электродвигателей к АТД с частотным регулированием на основе современной силовой электроники выясняется, что дополнительное удорожание ЭПС из-за многосистемности не является столь значительным. Однако для вновь электрифицируемых линий, особенно с преимущественно магистральным движением и являющихся продолжением линий, которые уже электрифицированы на переменном токе, система 25 кВ 50 Гц является единственно возможной.
В то же время система постоянного тока в основном сохраняется там, где она существует. Это не исключает перевода отдельных участков постоянного тока на переменный ток, если по причинам эксплуатационнотехнического характера существующая ситуация создает значительные трудности для организации движения поездов. Примером такого обоснованного и успешно реализованного решения является перевод на переменный ток участка Иркутск-Слюдянка на Транссибе. В зарубежной практике столь масштабные решения отсутствуют (нет примеров и менее масштабных проектов). Всё это свидетельствует не столько о живучести системы постоянного тока, сколько об экономической нецелесообразности капитальных вложений на смену базового оборудования (тяговые подстанции, контактная сеть, ЭПС, локомотивные депо и ремонтные заводы).
Учитывая актуальность и перспективность развития и совершенствования электрической тяги, можно сделать следующие выводы:
в перспективе на отечественных железных дорогах следует рассчитывать на наличие обеих систем электрической тяги и соответственно планировать научные и опытно-конструкторские работы;
особое внимание следует уделить массовому применению современной элементной базы силовой электроники и бесколлекторных тяговых электродвигателей;
в перспективе следует рассчитывать на расширение полигона электрической тяги и на дальнейшее вытеснение ею автономной (тепловозной) тяги.
Библиографический список
1. Электрическая тяга на рубеже веков / ред. А. Л. Лисицын. - М.: Интекст, 2000. - 248 с.
2. ГОСТ 6962-75. Транспорт электрифицированный с питанием от контактной сети. Ряд напряжений. - М.: Изд-во стандартов, 1976. - 3 с.
3. Перевод электротяги магистрального участка Зима-Слюдянка с постоянного тока 3,3 кВ на переменный 27,5 кВ / Н. Л. Фукс // Железные дороги мира. - 1997. -№ 2. - С. 3-13.
УДК 621.335.2
В. А. Усов
МЕХАНИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ СИСТЕМЫ КОЛЕСО-РЕЛЬС В РЕЖИМЕ ИЗБЫТОЧНОГО ПРОСКАЛЬЗЫВАНИЯ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ ЛОКОМОТИВА
Из совместного анализа тяговой характеристики и характеристики сцепления получено условие механической устойчивости системы колесо-рельс. Показано, что устойчивый характер реализации силы тяги может иметь место и на падающей ветви характеристики сцепления.
характеристика сцепления, сила тяги, устойчивость, упругое и жесткое проскальзывание, боксование.
Введение
Максимальная сила тяги локомотива ограничена условиями сцепления колес с рельсами. Зависимость силы сцепления от скорости скольжения колесной пары относительно рельсов называют характеристикой сцепления. Чаще характеристику сцепления представляют в относительных величинах в виде K = У(Кск), где K - отношение текущего значения силы сцепления к максимальной (рис. 1).
Восходящая ОМ и промежуточная МА ветви характеристики соответствуют неполному скольжению колесной пары, т. е. нормальному (без бок-сования) процессу реализации силы тяги. Падающая ветвь АВ характеризует режим боксования, которому сопутствуют увеличение скорости скольжения и снижение тягового усилия. Ветвь ВС соответствует уменьшению скорости скольжения.
Реализация силы тяги на восходящей ветви сопровождается упругим скольжением материалов колеса и рельса [2], [3], [4] без явного боксования колесной пары. Считалось, что при появлении жесткого проскальзывания колесная пара переходит в режим полного скольжения, т. е. боксования. Однако, как будет показано ниже, и на восходящей ветви характеристики сцепления возможны жесткие проскальзывания колесной пары относи-
