Зачем тепловозу один генератор и много электродвигателей? Не проще ли вращать колёса напрямую?

Данный пост навеян вот этим постом.

Наверняка многие из вас в курсе, что на территории России ещё есть неэлектрофицированные участки железных дорог, по которым не могут курсировать электровозы. Вместо них роль тягового локомотива берут на себя тепловозы. В этих локомотивах происходит сжигание дизельного топлива в дизельном двигателе, от чего тот начинает вырабатывать механическую энергию. Однако эта механическая энергия не передаётся да железнодорожные колёсные пары напрямую.

Вот взять к примеру любой большегрузный автомобиль или автобус: там механическая энергия, которая состоит из скорости вращения коленвала и его крутящего момента, передаётся на колёса через посредников. И этими посредниками являются сцепление, коробка передач, карданные валы, редуктор-дифференциалы и полуоси. Но в ж/д тепловозах всё не так. Нет там на дизеле ни коробки передач, ни всего остального. Вместо всех этих механических трансмиссионных решений применяется так называемая электромеханическая трансмиссия. И состоит она из тягового электрического генератора и электродвигателей от 6 шт и более.

И отсюда возникает вопрос: зачем все эти сложности? Не проще ли делать трансмиссию для тепловозов как в любом грузовике?

Чтобы разобраться в этой ситуации, необходимо для начала определиться с габаритами и массой. Так например масса железнодорожного состава может достигать нескольких тысяч тонн. Согласитесь, что сдвинуть её с места и разогнать до нужной скорости, пусть даже по ровным рельсам, очень непросто. Особенно, если сравнивать с массой гружёной фуры, которая и до 100 тонн не дотягивает. Иными словами, локомотив должен обладать не только высокой мощностью, но очень высоким крутящим моментом на колёсных парах, чтобы сдвинуть ж/д состав с места.

На фото: Главный генератор предназначен для преобразования механической энергии вращения коленчатого вала дизеля в электрическую энергию, которая используется для питания ТЭД тепловоза. При пуске дизеля главный генератор обеспечивает раскрутку коленчатого вала (применяется в качестве стартера).

А теперь давайте представим, как это может выглядеть в реальных условиях. Для получения максимального момента на маховике дизеля, ему нужно выйти на рабочие обороты. Он не может находиться в заклиненном состоянии и выдавать пиковый крутящий момент. И вот как раз в этом месте появляется сцепление, которое неминуемо будет изнашиваться, пока дизель вращается, а поезд трогается с места. Плюс ко всему такому дизелю понадобится гигантская коробка передач.

Её размеры, даже с учётом последних достижений в области машиностроения, будут сопоставимы с размерами самого дизельного двигателя. А вот её надёжность будет оставлять желать лучшего, особенно учитывая то, что для плавного и безопасного разгона там должно быть около 50 - 60 передач. Разумеется её обслуживание не может стоить дёшево. А в случае поломки одной из передач другие передачи будут страдать, т.к. будут вынуждены включаться не на своих режимах.

На фото: Станина, десять главных и десять добавочных полюсов составляют магнитную систему главного генератора.

Это сообщение отредактировал pupperman - 29.11.2023 - 23:30

И таким образом конструкторы пришли к выводу: то, что ещё сносно работает на дизельных большегрузных фурах, не будет исправно работать в ж/д локомотивах. К тому же гигантское количество карданных валов и ведущих мостов на колёсных парах - это тоже та ещё головная боль. Потому что для их вращения от одной коробки передач понадобится раздаточная коробка неимоверных размеров. В итоге было решено даже не пытаться вводить это в эксплуатацию такую механическую трансмиссию, а заменить на привычную уже сейчас электромеханическую трансмиссию.

На фото: Подшипниковый щит служит для размещения якорных подшипников.

Это сообщение отредактировал pupperman - 29.11.2023 - 23:29

Но отсюда возникает встречный вопрос: а почему электро-механическая трансмиссия так хорошо справляется с высокими моментами при трогании с места огромного состава, после чего отлично выходит на высокие скорости при его разгоне?

Здесь нужно отдать должное коллекторным двигателям постоянного тока. Всё дело в том, что они выдают свой максимальный крутящий момент уже с нуля об/мин. Т.е. они, находясь в заклиненном состоянии, когда ж/д состав ещё стоит, но уже пытается тронуться с места, выдают на колёсные пары через ведущие редуктора все свои сотни килоньютон-метров крутящего момента. А не сгорают они, потому что находятся под принудительным обдувом центробежными вентиляторами. Иными словами для них и режим полного заклинивания является нормой и режим высоких скоростей тоже является нормой. Это как раз то, чем не может похвастаться ни один ДВС и уж тем более дизель.

На фото: Якорь - вращающаяся часть генератора, которая служит для размещения в нем проводников рабочей обмотки (в которых наводится ЭДС).

Это сообщение отредактировал pupperman - 29.11.2023 - 23:29

В свою очередь тяговый генератор, который запитывает эти электромоторы, вращается с той же скоростью, что и дизель тепловоза. Также важно отметить то, что у каждой колёсной пары есть свой тяговый электродвигатель, что также избавляет конструкцию от сложных трансмиссионных решений. К тому же эти шесть и более электромоторов можно включать между собой как угодно, чтобы регулировать мощность. Можно их все включить последовательно и очень плавно тронуться. Можно последовательно-параллельно, чтобы тронуться чуть резче. А можно все параллельно, чтобы разогнаться с рывком.

Такая электромеханическая трансмиссия с использованием одного генератора и множества электромоторов с редукторами мало того что дешевле, так ещё и гораздо надёжнее, чем если бы вместо неё стояла обычная механическая трансмиссия с коробкой передач и прочими узлами и агрегатами.

Источник

Можно комментить!

На фото: показан тяговый электродвигатель колёсной пары с косозубой передачей

Сразу вспомнил про эту тему, что на ж/д и в России и в США распространены такого типа тепловозы вроде как.

Это сообщение отредактировал pupperman - 29.11.2023 - 23:32

На белазах та же схема.

Размещено через приложение ЯПлакалъ

Еще забыл добавить - адовый крутящий момент завяжет тепловоз в узел вокруг кардана )))
В принципе, есть локомотивы с механической трансмиссией, но это маломощные, на узкоколейках.

Ну, это все и так логично и понятно.
Плюс тормозить моторами можно. Не помню, что за электричка, ещё старая - на крыше реально тэны с радиатором стояли, тормозить и тепло рассеивать.
Интересно, а сейчас также? Или все же какой-то накопитель есть?

Размещено через приложение ЯПлакалъ

Обычный последовательный гибрид.
Сейчас и машин по схожему принципу полно, где 1.5т дает электричество, правда там еще батарея и стоит несколько электромоторов лошадей на 600 и все это шикарно едет.
Но там вся эта схема внутри, как и на тепловозе.
А у того грузовика шланг(провод), зарядки снаружи, т.е. он должен быть просто электрическим, а генератор к нему уже тупо приваяли, иначе бы все эти провода были внутри.

Сейчас вроде как при торможении обратно в контактную сеть отдают - рекуперация типа, современная элементная база частотников позволяет.

Электродизель мобиль дешевле, выходит?

А еще вышеописанная теоретически механическая схема потребовала бы охрененного количества трансмиссионного масла.
Меня вот вопрос одолевает почему крупную строительную технику не переводят с гидравлического привода на электрический, раньше возможно гидравлика дешевле была, но сейчас вроде электродвигатели условно подешевели, при этом в разы проще в эксплуатации и обслуживании или с учетом того что гидравлическую систему все равно оставлять придется все таки выгоднее перемещаться на гидравлике?

А вот и мультики

У гидравлики есть масса своих преимуществ, главные - лучшее соотношение размер/мощность, простота, нечувствительность к погодным условиям и относительная стойкость к высоким температурам и к перегрузкам. Опять же - простота реализации линейных приводов.

Или даже "малесь" покруче:

Тесла семи , Белаз, катерпиллер, либхер и т.д. входят ли у автора в категорию любые грузовики. если да, то у него пиздеж в тексте выделенный жирным...

Про большегрузы ты напиздел.
Такие карьерные машины, как белаз, катерпиллер, комацу, кейс и прочие подобные тяжеловозы работают по такому же принципу: дизель крутит генератор. В мостах Электромоторы на привод.
И все карьерные экскаваторы монструозные на ведущих шестернях имеют электропивод. никакой транстмиссии на прямую от дизеля. Только через генератор.

Ну возьмем образный бобкет, там дизелек крутит насос/ы, тот в свою очередь гидромоторы, но плюсом же там еще и ковш, т.е. все завязано на одну систему, а если привод будет электрическим а ковш останется на гидравлике, это гемор.

В троллейбусах был аккум мощности в виде маховика. Тоже вещь!

А как кстати паровозы обходились без генератора с электродвигателями? Там вполне себе мех трансмиссия была вроде. И вполне себе массово до 1950ых катались, когда могли уже и электродвигатели прикрутить.

Я правда не разбираюсь.

ага

я кстати по своей юности думал что АЭС это такие огромные преобразователи напрямую радиации в эл. энергию, наподобие как фотоэлемент при воздействии света вырабатывает эл. энергию. а оно вон как оказалось, что вызвало во мне когнитивный-диссонанс.

Я думаю даже если он чуть больше соляры жрет, это в перспективе окупится дешевизной эксплуатации. Электродвигатель бесщеточный практически вечный, ломаться там нечему просто, а когда магниты "подсядут" рама уже разложится, обслуживание сведется к замене 2 подшипников и сальников на двигатель, ну и антифриз менять (я так думаю жидкостное охлаждение у них) который менять гораздо реже чем масло и стоит он в сравнении с ним копейки.

Какая трансмиссия в паровозах?
Шатун от парового цилиндра (читай, двигла) шел напрямую на колесо.

Ну к слову 2ТЕ116У двумя секциями тянет до 6000 тонн.
Но америкосы от Дженерал Электрик у нас одной секцией таскают тот же вес..

Это сообщение отредактировал smilexxx - 29.11.2023 - 23:57