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HISTÓRIA DA TECNOLOGIA, TECNOLOGIA, OBJETOS AO REDOR DE NÓS
Locomotiva elétrica. História da invenção e produção
Diretório / A história da tecnologia, tecnologia, objetos ao nosso redor Uma locomotiva elétrica é uma locomotiva não autônoma acionada por motores de tração instalados nela, alimentada por eletricidade de uma rede elétrica externa através de uma rede de contatos alimentada por subestações de tração (com menos frequência também de baterias de bordo). Até o início do século XIX, carvão e minério eram transportados de minas e minas ao longo de trilhos de ferro fundido. Vagões carregados e vazios eram movidos por cavalos. As primeiras locomotivas eram locomotivas a vapor. A primeira locomotiva ferroviária foi construída pelo inglês R. Trevithick em 1803 para um dos trilhos da mina. Seguindo-o, as locomotivas a vapor foram construídas por outros inventores, mas essas locomotivas a vapor não receberam ampla aplicação prática. A mais bem sucedida foi a locomotiva a vapor de J. Stephenson, construída em 1814. Em 1829, a locomotiva a vapor "Rocket" de Stephenson venceu as locomotivas a vapor de outros designers em uma competição em Wrenhill, cujo objetivo era escolher o melhor projeto de locomotiva para a ferrovia Liverpool-Manchester. J. Stephenson tornou-se o fundador do transporte ferroviário. No século 1834, locomotivas a vapor foram construídas em muitos países. Na Rússia, a primeira locomotiva a vapor foi construída em XNUMX por pai e filho E.A. e eu. Cherepanov.
A primeira locomotiva elétrica foi construída em meados da década de 1890 nos Estados Unidos. Era uma locomotiva elétrica de corrente contínua que recebia energia de subestações de tração. Na URSS, a primeira linha ferroviária eletrificada com trens elétricos de várias unidades apareceu em 1926, as primeiras locomotivas elétricas - em 1933. Com o tempo, a tração elétrica e a diesel substituíram o vapor de quase todas as inúmeras rodovias do nosso país. A ferrovia recebe eletricidade de grandes usinas. A corrente trifásica de alta tensão deles é fornecida às subestações e lá é convertida na corrente necessária para tração. Nos primeiros anos de eletrificação de seções suburbanas das ferrovias da URSS, as subestações de tração forneciam uma corrente contínua de 1500 V a um fio de contato de cobre suspenso acima da via, e uma corrente contínua de 3000 V foi usada nas primeiras seções principais. ferrovias, aplicar corrente alternada monofásica com frequência de 1960 Hz de tensão aumentada (1970 kV). Isso permitiu construir subestações de tração não depois de 50 a 25 quilômetros, como com corrente contínua, mas depois de 20 a 30 quilômetros, ou seja, reduzir seu número pela metade ou três e tornar as subestações mais simples e baratas. O aumento da tensão permite reduzir a seção transversal do fio de contato, que requer muito cobre. Isso reduz o custo da rede de contatos. No teto da locomotiva elétrica, são fixados coletores de corrente - pantógrafos, que são pressionados contra o fio de contato e transmitem corrente elétrica aos motores de tração da locomotiva elétrica. Os motores estão localizados sob o corpo da locomotiva elétrica em cada um de seus eixos. As primeiras locomotivas elétricas domésticas tinham 6 eixos colocados em 2 bogies de três eixos, o que significa 6 motores. Mais tarde, começaram a ser produzidas locomotivas elétricas mais potentes, com 8 eixos em 4 bogies de dois eixos e com motores. Cada motor com a ajuda de um sistema de engrenagens gira "seu" rodado e, assim, coloca a locomotiva elétrica em movimento. A corrente, tendo passado pelo pantógrafo para os motores de tração e realizado trabalho neles, entra em parte nos trilhos, que servem como segundo fio, e depois retorna pelos fios de sucção para a subestação de tração. A grande vantagem de uma locomotiva elétrica é sua economia. Durante a descida, seus motores funcionam como geradores de corrente elétrica, que flui de volta para a rede. Este modo é chamado de frenagem regenerativa (da palavra latina "recuperatio" - "receber de volta"). A eficiência de uma locomotiva elétrica atinge 88-90 por cento. O corpo de uma locomotiva elétrica é semelhante a um vagão. Em ambas as extremidades há cabines de controle. Isso permite que a locomotiva se mova em qualquer direção - o motorista só precisa se mover de uma cabine para outra. As locomotivas elétricas de oito eixos têm dois corpos conectados entre si por uma passarela fechada. O corpo da locomotiva contém equipamentos elétricos - caixas de resistência, contatores, interruptores, além de todos os tipos de máquinas auxiliares - motogeradores, compressores, ventiladores, etc.
Agora, na Rússia, são operadas locomotivas elétricas de corrente monofásica alternada (tensão de alimentação - 25 kV e frequência - 50 Hz), bem como corrente contínua (tensão - 3 kV). Estas são poderosas locomotivas de carga domésticas da série VL e da série de passageiros tchecoslovaca ChS. Uma locomotiva elétrica de passageiros da série ChS4 com capacidade de 5100 kW desenvolve uma velocidade de até 160 quilômetros por hora e uma locomotiva elétrica da série VL85 com capacidade de 10020 kW - até 110 quilômetros por hora. A VL85 é a locomotiva elétrica mais potente do mundo. Ele deve seu nascimento ao BAM. Para a operação bem-sucedida da linha principal Baikal-Amur, era necessária uma locomotiva elétrica poderosa e confiável. Especialistas propuseram várias opções para novas locomotivas elétricas de carga AC. Aqui está o que Oleg Kurikhin escreve na revista "Technology - Youth": “Alguns se propuseram a produzir apenas trechos de quatro eixos e, dependendo do peso dos trens e do perfil da via, formar locomotivas de 8, 12 e 16 eixos. -duas das mesmas máquinas. Mas nem sempre foi possível para combinar de maneira ideal o peso do trem e da locomotiva e, às vezes, devido ao excesso de potência desta última, o custo do transporte aumentou. Segundo outros, além dessas locomotivas elétricas, deveriam ter sido feitas seções de 6 eixos com bogies de dois eixos. Então, com o mesmo tipo de motores de tração, redutores e sistemas de controle, seria possível compor máquinas de 8, 10, 12, 14, 16 e 18 eixos, adaptando-as a condições específicas. Em ambos os casos, as seções foram planejadas para ser de cabine simples, embora alguns especialistas fossem a favor de cabine dupla de 4 e 6 eixos. E, no entanto, no final, os esforços se concentraram em uma locomotiva de 12 eixos para trens de carga pesada e estradas com perfil difícil."
Estudos teóricos do trem de corrida de locomotivas elétricas, tão novos para a prática doméstica, foram realizados no Instituto Tecnológico e de Projeto de Pesquisa de Engenharia Elétrica de Locomotivas (VELNII) e no Instituto de Engenheiros Ferroviários de Rostov-on-Don (RIIZhT). Como resultado, decidimos projetar uma locomotiva elétrica de 12 eixos, na qual cada uma das duas seções estava localizada em três bogies de 2 eixos com acionamento elétrico individual. Ao dirigir trens pesados, a nova locomotiva deveria dar um efeito econômico de mais de 200 mil rublos por ano (à taxa de 1980), que se tornou a base para incluir a futura máquina no oficial "Tipo de locomotivas elétricas principais" . Para verificação experimental dos cálculos na Usina Elétrica de Locomotivas de Novocherkassk, foi feito um modelo de locomotiva, em agosto-setembro de 1981 foi testado em diferentes velocidades e seções da pista, confirmando a alta qualidade do trem de rolamento. O projeto da locomotiva elétrica VL85 foi realizado pelo vice-diretor da VELNII V.Ya. Sverdlov. Em maio de 1983, a primeira amostra foi construída, no verão - a segunda. Após uma corrida experimental de 5000 quilômetros, o VL85-001 foi apresentado ao Ministério das Ferrovias para teste, que terminou com bastante sucesso. “A parte mecânica do VL85 foi feita de tal maneira”, escreve Kurikhin, “para que o corpo fosse montado em bogies de dois eixos com um suporte axial e, no futuro, suspensão de estrutura de suporte de motores de tração, as seções conectados por um acoplador automático, a carroceria foi projetada levando em consideração uma força longitudinal de até trezentas toneladas. dois motores de tração conectados em paralelo. Muita atenção foi dada ao layout, ventilação da carroceria e motores de tração, sistema de controle e redução do consumo de energia para as próprias necessidades da locomotiva." Pela primeira vez na prática nacional, um sistema de controle automatizado (ACS) foi instalado no VL85, construído com base em microprocessadores e outros microeletrônicos, o que permitiu acelerar suavemente o trem até a velocidade necessária com uma determinada corrente de tração motores. Depois disso, o ACS manteve velocidade constante em pista plana e realizou frenagem elétrica nas descidas. Além disso, ela controlava a recuperação, freando até parar completamente, a distribuição de força com impulso duplo. Graças a ela, foi possível aumentar a aceleração em seis por cento, a desaceleração do trem - em dez por cento. Comparado com o VL80R, o consumo de energia na nova locomotiva diminuiu em mais de um terço, e seu retorno à rede de contatos aumentou quase 1,2 vezes no modo de recuperação. O sistema de controle automatizado garantiu a operação confiável da locomotiva com flutuações na tensão fornecida na faixa de 19-29 kV. E aqui estão alguns dados técnicos da locomotiva elétrica VL85. Peso de acoplamento - 288 toneladas. Dimensões: comprimento - 45 metros, largura - 3,16 metros, altura - 5,19 metros. A força de tração no modo horário a uma velocidade de 49,1 quilômetros por hora é de 74 toneladas. Primeiro, ambas as locomotivas elétricas foram testadas no anel da usina de Novocherkassk, depois a dinâmica e o impacto na pista VL85-001 foram testados na estrada do norte do Cáucaso, e as características de tração e energia da VL85-002 foram testadas no VNIIZhT experimental anel em Shcherbinka. Em seguida, as locomotivas foram entregues para operação experimental nas linhas Belorechenskaya - Maykop, Mariinsk - Krasnoyarsk - Taishet, Abakan - Taishet - Lena. A Comissão Estadual classificou-os como a categoria de qualidade mais alta e recomendou que a NEVZ produzisse cinco dessas máquinas em 1985 e iniciasse sua produção em massa no próximo ano. A partir da terceira locomotiva, os melhores motores de tração NB-514 começaram a ser utilizados e a modernização continuou. Em janeiro de 1995, 272 dessas locomotivas elétricas foram produzidas. Eles entraram nos trilhos das principais linhas de Urais do Sul, Krasnoyarsk, Sibéria Oriental e Baikal-Amur. Infelizmente, nos últimos anos, o volume de tráfego diminuiu significativamente, o poderoso VL85 geralmente trabalha com uma quantidade razoável de subcarga, o que aumenta significativamente o custo da entrega de mercadorias por ferrovia. Como costuma acontecer, tive que usar as recomendações de especialistas que, na década de 1970, propuseram produzir locomotivas elétricas CA de duas cabines de 6 eixos com três truques de 2 eixos, mais adequados para trens de 4 a 5 mil toneladas. O Ministério das Ferrovias encomendou essa locomotiva, designada VL65. Em combinação com VL80 e VL85, eles devem garantir uma rotatividade normal de carga nas estradas AC. Autor: Musskiy S.A.
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