Глава 4. Электрооборудование путеукладочных машин

Аккумуляторные батареи

Источниками электрической энергии для работы двигателя и низковольтного оборудования на специальном подвижном составе (СПС) являются аккумуляторная батарея и генератор. Они включаются в цепь электрооборудования параллельно, а их совместная работа обеспечивается специальным прибором, называемым реле-регулятором. Напряжение в электрической сети ССПС обычно составляет 24В.

Аккумуляторная батарея служит для пуска двигателя стартером и питания всех потребителей электрической энергии при неработающем или работающем с малой частотой вращения коленчатого вала двигателе. Она состоит из нескольких соединенных последовательно аккумуляторов, количество которых определяет общее напряжение аккумуляторной батареи. Напряжение одного заряженного аккумулятора приблизительно равно 2В.

Простейший свинцово-кислотный аккумулятор представляет собой две свинцовые пластины, погруженные в водный раствор концентрированной серной кислоты. При пропускании через пластины электрического тока на одной из них, соединенной с плюсовым полюсом источника тока, образуется двуокись свинца, а на второй, соединенной с минусовым полюсом источника,— чистый свинец. Заряженный таким образом аккумулятор способен сохранять накопленную электрическую энергию, а при подключении к нему нагрузки — отдавать ее, разряжаясь до исходного состояния. Процессы зарядки и разрядки аккумулятора являются обратимыми и могут быть выражены следующим уравнением:

При зарядке аккумулятора электрическая энергия постороннего источника превращается в химическую, накапливаемую пластинами аккумулятора, а при разрядке накопленная энергия вновь превращается в электрическую, расходуемую на питание потребителей.

На двигателях ЖДСМ в основном устанавливаются аккумуляторные батареи (АКБ) типа 6ТСТ-182ЭМС.

Техническая характеристика

Номинальное напряжение, В ………………………………………….12

Емкость при 20-часовом режиме

разряда и температуре

электролита 30° С, А-ч……………………………………………………182

Зарядный ток, А ………………………………………………………..18,0

Разрядный ток, при 10-часовом режиме, А ……………………………..16,5

Емкость электролита, л………………………………………………….11,5

 

Также могут использоваться батареи 6ТСТ-132 или 6СТ-190. Маркировка аккумуляторной батареи позволяет определить ее важнейшие характеристики: первая цифра 6 показывает количество последовательно соединенных аккумуляторов, т. е. характеризует напряжение аккумуляторной батареи; буквы СТ означают, что аккумуляторная батарея стартерного типа, т. е. позволяет осуществлять кратковременную разрядку током большой силы, буква Т перед буква-ми СТ — конструкция батареи приспособлена для эксплуатации в тяжелых условиях; число (182 или 190) после букв указывает емкость батареи в ампер-часах при 20-часовом разрядном режиме (сила разрядного тока соответственно 9,1 или 9,5 А); последующие буквы характеризуют материал моноблока (Э — эбонит, Т — термопласт, П — пластмасса асфальтопековая) и сепараторов (Р — мипор, М — мипласт, С — стекловолокно). В настоящее время наравне с вышеуказанной маркировкой аккумуляторных батарей применяется упрощенная, например С₂₀=132 А·ч, С₂₀=182 А·ч, С₂₀=190 А·ч,

Аккумуляторная батарея состоит из эбонитового или пластмассового моноблока 8 (рис. 4.1.), разделенного на шесть изолированных друг от друга объемов, в которые заливается электролит и устанавливаются собранные вместе полублоки плюсовых 3 и минусовых 1 пластин. Между разноименными пластинами размещаются сепараторы из микропористого эбонита (мипора), микропористой пластмассы (мипласта) или стекловолокна. Для лучшего использования активной массы плюсовых пластин каждая из них при сборке размещается между минусовыми, которых поэтому всегда на одну больше, чем плюсовых, а сепараторы 2 устанавливаются ребристой поверхностью в сторону плюсовых пластин, чем обеспечивается лучший доступ к ним электролита. Все пластины изготовлены из свинца с добавлением 6...8 % сурьмы, а в плюсовые пластины, кроме того, добавляется 0,1.-.0,2 % мышьяка. Сурьма и мышьяк увеличивают механическую прочность пластин и улучшают литейные свойства сплава.

Плюсовые пластины, прочность которых вследствие окисления при эксплуатации уменьшается больше, чем отрицательных, имеют несколько большую толщину.

Ячейки решеток пластин с обеих сторон заполняются активной массой, после чего пластины подвергаются специальной электрохимической обработке, в результате которой большая часть активной массы плюсовых пластин превращается в темно-коричневую перекись свинца, а минусовых пластин — в серый губчатый свинец. Аккумуляторная батарея с такими пластинами может храниться длительное время без электролита (в сухозаряженном состоянии). После заливки электролита аккумуляторная батарея может без дополнительной зарядки отдавать потребителям до 75...89 % номинальной емкости. Каждая пластина в нижней части имеет по две ножки, которыми опирается на специальные ребра, выполненные на дне моноблока. В пространстве а между этими ребрами скапливается осыпающаяся при эксплуатации аккумуляторной батареи активная масса пластин (шлам), тем самым предотвращается преждевременное замыкание разноименных пластин.

 

рис. 4.1. Аккумуляторная батарея:

1 – минусовая пластина; 2 – сепаратор; 3 – плюсовая пластина; 4 – предохранительный щиток; 5 – баретка; 6 – штырь; 7 – плюсовая схема; 8 – моноблок; 9 – уплотнительная мастика; 10 – пробка; 11 – крышка аккумулятора; 12 – межэлементное соединение; 13 – вентиляционное отверстие; 14 – минусовая клемма; а – пространство для шлама

Установленные в секции моноблока пластины с сепараторами закрываются сверху хлорвиниловыми предохранительными щитками 4, защищающими кромки сепараторов от повреждений при измерении уровня или плотности электролита. После этого каждая секция (аккумулятор) закрывается крышкой 11 из эбонита или кислотостойкой пластмассы, которая по краям герметизируется специальной мастикой. В крышке имеются два отверстия для выводных штырей 6 полублоков плюсовых и минусовых пластин, а также отверстие для заливки электролита, закрываемое пробкой 10, и вентиляционное отверстие 13 для выхода газов, выделяющихся при зарядке аккумуляторов. Аккумуляторы соединяются между собой свинцовыми перемычками, внутри которых для обеспечения прохождения тока большой силы уложены толстые медные проводники.

Выходные клеммы аккумуляторной батареи образуют выводные штыри крайних аккумуляторов, причем диаметр плюсовой клеммы 7 больше, чем минусовой 14. Минусовая клемма батареи соединяется через выключатель с корпусом ЖДСМ («массой»), а плюсовая — с изолированной клеммой стартера.

Неисправности аккумуляторных батарей. При эксплуатации в аккумуляторных батареях могут появляться следующие неисправности: повышенный саморазряд, окисление полюсных клемм, возникновение трещин в мастике, сульфатация или короткое замыкание пластин.

Повышенный саморазряд возникает вследствие загрязнения электролита или поверхности аккумуляторной батареи, а также из-за применения для доливки обычной (не дистиллированной) воды, содержащей щелочи или соли. Саморазряд считается повышенным, если превышает 2 % в сутки. При таком саморазряде быстро снижается плотность электролита. Для устранения неисправности следует протереть поверхность батареи чистой ветошью, а следы пролитого электролита нейтрализовать 10 %-ным раствором нашатырного спирта или кальцинированной соды. Загрязненный электролит необходимо заменить.

Окисление полюсных штырей  увеличивает сопротивление внешней электрической цепи. Устраняется неисправность зачисткой штырей и наконечников проводов. После зачистки штыри и наконечники проводов смазать тонким слоем технического вазелина.

Трещины в мастике устраняются путем оплавления мастики (с помощью электропаяльника) или замены негодной мастики на новую.

Сульфатация пластин – это неисправность, при которой на пластинах образуется крупнокристаллический сернокислый свинец (он отличается от обычно наблюдаемого при нормальном разряде аккумуляторной батареи). Крупные кристаллы сульфата свинца затрудняют проникновение электролита внутрь активной массы пластин, в результате чего уменьшается их рабочая поверхность. Основным признаком этой неисправности является быстрое повышение напряжения и температуры электролита при заряде аккумуляторной батареи, а плотность электролита повышается незначительно. Такая аккумуляторная батарея быстро разряжается из-за малой емкости.

Причинами этой неисправности являются длительное нахождение батареи в разряженном состоянии, частая ее эксплуатация при низком уровне электролита, повышенная плотность электролита.

Небольшая сульфатация пластин может быть устранена специальными режимами заряда и разряда батареи. Значительную сульфатацию пластин устранить не всегда удается, такая бата-рея подлежит капитальному ремонту.

Короткое замыкание в одном из аккумуляторов является следствием осыпания активной массы, разрушения сепараторов, а также коробления пластин при разряде батареи большими токами. Признаками короткого замыкания внутри аккумулятора являются отсутствие или малая ЭДС, кипение электролита, значительное падение напряжения, резкое снижение плотности электролита. Аккумуляторная батарея с коротким замыканием для дальнейшей эксплуатации непригодна. Она подлежит ремонту.

Генераторы двигателей ЯМЗ

На двигатели ЯМЗ устанавливаются трехфазные синхронные генераторы Г-273В, Г-288Е, 74.3701, 63.3701 переменного тока с электромагнитным возбуждением со встроенными выпрямительными блоками. Генераторы выполнены по одно конструктивной схеме, однако несколько отличаются по техническим характеристикам и имеют отдельные конструктивные особенности, указанные в тексте параграфа. Устройство генератора показано на примере генератора Г273В.

Генератор Г273В (трехфазная синхронная электрическая машина переменного тока электромагнитного возбуждения) установлен на кронштейне, закрепленном на верхней крышке шестерен распределения. Передняя опора генератора крепится к кронштейну болтом и гайкой, задняя — болтом и регулировочной втулкой, ввернутой в заднюю опору кронштейна.

Генераторная установка Г-273В состоит из трехфазного синхронного генератора переменного - тока, встроенных выпрямительного блока БПВ 24-45 и интегрального регулятора напряжения Я120М12.

Техническая характеристика генератора Г-273В

Номинальная мощность Вт........................................ 800

Номинальное напряжение, В........................................ 28

Выпрямленный ток, А, не менее.................................. 28

Начальная частота вращения ротора

при температуре окружающей среды и

генератора 25±10°С и напряжении 28 В,
об/мин, не более:

при токе нагрузки 10 А............................................ 1550

при токе нагрузки 20 А............................................. 2100

Напряжение настройки ИРН (регулируемое напряжение генератора) в положении посезонной регулировки «лето» при токе нагрузки 20 А, частоте вращения ротора генератора 3500±200 об/мин, температуре окружающей среды 25±10°С и включенной аккумуляторной батарее должно находиться в пределах 27,0-28,0 В, а при положении посезонной регулировки «зима» должно быть на 1,5-3 В выше.

Ток возбуждения, А..................................................... 3,4

Давление щеточных пружин

на щетки. Н, (кгс),............................................. 2,2±0,030

(0.22±0,03)

Генераторная установка Г-273В имеет устройство посезонной регулировки напряжения, которая осуществляется винтом, находящимся на кожухе щеткодержателя. При вывернутом винте обеспечивается летняя регулировка, при ввернутом до упора винте - зимняя регулировка.

Интегральный регулятор напряжения Я120М12 - изделие неразборное и неремонтоспособное.

Генератор 74.370 может быть установлен на двигатели вместо генератора Г-273В.                                                            .
          Техническая характеристика генератора 74.3701

Номинальное напряжение, В..............................................28

Выпрямленный ток, А........................................................35

Частота вращения при температуре

окружающей среды (25±10) °С и

напряжении 26 В при работе с

самовозбуждением, мин-1, не более:     

при токе нагрузки 10А.......................................... 1500

при токе нагрузки 20 А...........................................1900

Ток возбуждения. А....................................................3,5±0,2

Давление на щетки при сжатии

пружины до 11,5мм, Н.......................................0,044±0,0035

Генератор 74.3701 имеет встроенные выпрямительный блок БПВ И-60-02 и интегральный регулятор напряжения Я120М12.

Генератор Г-288Е работает в комплекте с регулятором напряжения 11.3702.

Техническая характеристика генератора Г-288Е

Номинальное напряжение, В........................................ 28

Номинальный ток, А.......................................................47

Начальная частота вращения при  

Температуре окружающей среды и генератора

 25±100°С и напряжении 28 В, об/ мин, не более:

без нагрузки....................................................... 1180

при токе нагрузки 30А.......................................1900

Ток возбуждения, А...............................................1,6±0,1

Давление щеточных пружин при

сжатии пружины до 17,5мм, Н(кгс)…………….. 2,0-2,4

(0,20-0,24)

Масса генератора без шкива, кг.................................. 10

Выпрямительный блок..................................... БПВ7-100

или ББГ-71

Генератор 74.370 может быть установлен на двигатели вместо генератора Г-273В.                                                            .
          Техническая характеристика генератора 74.3701

Номинальное напряжение, В..............................................28

Выпрямленный ток, А........................................................35

Частота вращения при температуре

окружающей среды (25±10) °С и

напряжении 26 В при работе с

самовозбуждением, мин-1, не более:     

при токе нагрузки 10А.......................................... 1500

при токе нагрузки 20 А...........................................1900

Ток возбуждения. А....................................................3,5±0,2

Давление на щетки при сжатии

пружины до 11,5мм, Н.......................................0,044±0,0035

 

Генератор 63.3701 имеет встроенный выпрямительный блок БПВ8-100-02 и работает в комплекте с регулятором напряжения 21.3702.

Техническая характеристика генератора 63.3701

Номинальное напряжение, В..............................................28

Выпрямленный ток, А........................................................150

Частота вращения при температуре

окружающей среды (25±10) °С и

напряжении 26 В при работе с

самовозбуждением, мин-1, не более:

     без нагрузки……………………………………….1400

при токе нагрузки 10А.......................................... 1850

при токе нагрузки 20 А...........................................2350

Ток возбуждения. А....................................................3,5±0,2

Давление щеточных пружин, Н (кгс)....................................3+1 (0,3+1)

Генератор (рис. 4.2.) состоит из статора 16, ротора 13, крышек З и 18, выпрямительного блока с выводом 4, вентилятора 19 и шкива 20.

рис. 4.2. Генератор Г273В:

1 – вал ротора; 2 –полюс ротора; 3 –задняя крышка; 4 –вывод выпрямительного блока; 5 – контактные кольца; 6 –крышка заднего подшипника; 7 – задний подшипник ротора; 8, 22 –гайка; 9 –вывод «Ш»;  10 –щеткодержатель; 11, 12 - щетка; 13 – ротор; 14 – обмотка ротора; 15 – стяжной болт; 16 – статор; 17 – обмотка статора; 18 – передняя крышка; 19 – вентилятор; 20 – шкив; 21 – передний подшипник ротора; 23 – распорная втулка

Статор представляет собой пакет, набранный из пластин электротехнической стали толщиной 0,5 мм. Две крайние пластины имеют толщину 2 мм. Обмотка статора — трехфазная, соединена по схеме «звезда» и удерживается в пазах с помощью клиньев. Каждая фаза имеет по шесть непрерывно намотанных катушек. В каждой катушке 20 витков провода. Концы фаз подсоединены к выводам выпрямительного блока, установленного в задней крышке генератора. Крышки и статор генератора соединены стяжными болтами.

Выводы обмотки возбуждения подсоединены к контактным кольцам 10, которые своими основаниями напрессованы на вал ротора 1. Вал ротора вращается в двух шарикоподшипниках 7 и 21 закрытого типа, заполненных смазкой при сборке. Между шкивом 20 и передним подшипником 21 установлена распорная втулка 23 и вентилятор 19.

В крышке 3 сделаны вентиляционные отверстия, против которых установлен выпрямительный блок. Сверху на крышке крепится щеткодержатель 10, в направляющих отверстиях которого размещены две угольные щетки 11 и 12 прямоугольного сечения, прижатые пружинами к контактным кольцам 5. Через отверстия в крышке 18 вентилятор 19 подает охлаждающий воздух в генератор. На этой же крышке выполнен прилив с резьбовым отверстием для крепления натяжной планки, с помощью которой регулируется натяжение приводного ремня генератора.

Выпрямительный блок состоит из трех моноблоков, в каждом из которых имеется два выпрямительных р–n -перехода из кремниевых диодов (выпрямителей), соединенных в трехфазную двухполупериодную мостовую схему. Диоды обеспечивают номинальную и максимальную величину выпрямленного тока и номинальную величину напряжения. Все они встроены попарно (прямой и обратной полярности) в три радиаторные секции, отлитые из цинкового сплава. Место сопряжения радиаторной секции и корпуса выпрямительного блока покрывается слоем эпоксидной смолы.

Корпус выпрямительного блока является изолятором, отлитым из волокнита, и имеет подковообразную форму с отверстиями для пропуска воздуха из генератора. Крепится корпус к крышке 3 генератора в четырех точках, две из которых являются выводами выпрямительного блока. Минусовая шина прикреплена винтом к крышке 3, плюсовая прижата болтом-клеммой «+» к корпусу блока. Вывод плюсовой клеммы-болта изолирован. Выводы «+» и «Ш» на крышке 18 служат для присоединения к соответствующим клеммам регулятора напряжения, а вывод «—» соединяется с винтом массы регулятора напряжения, обозначенным буквой «М».