МОДУЛЬ ТОРМОЗНЫХ РЕЗИСТОРОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА

1. Модуль тормозных резисторов для электроподвижного состава, содержащий установленные на крепежном модуле параллельно друг другу резистивные элементы, отличающийся тем, что резистивные элементы выполнены в виде трубчатых электронагревателей, а крепежный модуль выполнен в виде теплоотводящего радиатора с теплорассеивающими поверхностями и внутренними параллельными цилиндрическими каналами, в которых размещены трубчатые электронагреватели, причем выступающие из этих каналов концы трубчатых электронагревателей, предназначенные для подключения токовыводов, защищены от воздействия влаги.

2. Модуль тормозных резисторов по п.1, отличающийся тем, что крепежный модуль выполнен в виде двух соединенных между собой частей, каждая из которых имеет теплорассеивающую поверхность на одной боковой стороне и продольные полукруглые выемки на другой боковой стороне, выполненные таким образом, что при соединении обеих частей образуются цилиндрические каналы для размещения трубчатых электронагревателей.

Модуль тормозных резисторов для электроподвижного состава.

Полезная модель относится к конструированию тормозных резисторов для электродинамических тормозных систем транспортных средств с электротягой, а конкретно , к тормозным резисторам для элекгроподвижного состава, преимущественно к тормозным резисторам моторных вагонов электропоездов.

Известно, см., например, 1, с.5 -11, 2, с.372 -373, что в настоящее время подвижной состав электрофицированных железных дорог в качестве основной системы торможения использует электродинамические системы торможения («электрические тормоза), при этом традиционные электропневматические колодочно-бандажные тормоза используются в качестве дополнительных и резервных тормозов. Использование электродинамического торможения («электрических тормозов) позволяет резко уменьшить износ тормозных колодок и бандажей, уменьшает загрязнение оборудования поездов и путей металлической пылью, позволяет увеличивать скоростные режимы движения, в том числе на спусках и при подъезде к остановкам, дает возможность автоматизировать процессы управления торможением. Суть происходящих при электрическом торможении процессов заключается в том, что тяговые электродвигатели переходят в генераторный режим. Создаваемый при этом вращающий момент стремится задержать вращение связанных с тяговыми двигателями колесных пар, чем и достигается эффект торможения. Электроэнергия, вьфабатываемая в процессе электрического торможения, поглощается в тормозных резисторах (так называемое «реостатное торможение) или передаетгся в контактную сеть («регенеративное торможение ). Поскольку при электрическом торможении всякое повышение скорости вызывает автоматическое увеличение тормозной силы и, наоборот, понижение скорости уменьшение тормозной силы (при этом колодки и бандажи не нагреваются и не изнашиваются ), то это существенно повышает безопасность движения. В связи с этим, при использовании электрического торможения допустимая скорость движения, в том числе на спусках и при подъездах к остановкам, может бьггь выше, чем при использовании только механического торможения. На скоростных электропоездах применение электрического торможения обязательно, поскольку с ростом скоростей эффективность механического торможения резко падает при одновременном резком усилении износа колодок и бандажей.

При всем разнообразии конкретных схем реализаций (в зависимости от условий применения и решаемых задач) электродинамические тормозные системы транспортных средств с электротягой имеют общие по выполняемой функции элементы, а именно , тормозные резисторы, см., например, 3, 4, 5, 6, 7, 8, которые являются предметом рассмотрения в настоящей заявке. Тормозные резисторы включаются в качестве нагрузки в якорные цепи тяговых электродвигателей при переводе их в генераторный режим, обеспечивая рассеивание (утилизацию) вырабатываемой ими энергии. Тормозные резисторы работают в чрезвычайно тяжелых условиях, обусловленных высокими электрическими и механическими нагрузками, к ним предъявляются повышенные требования по надежности в условиях воздействия окружающей среды. Все это отличает тормозные резисторы от прочих резисторов, используемых в электрических схемах электроподвижного состава, выделяя их в отдельную конструктивную группу.

Основными элементами тормозных резисторов, практически используемых в схемах электрического торможения электровозов и электропоездов, являются плоские литые или объемные ленточные резистивные элемеш-ы. Эти элементы закрепляются в соответствующих дфжателях крепежного модуля и соединяются между собой по определенной электрической схеме - последовательно или последовательно-параллельно, образуя модуль тормозных резисторов. Каждый такой модуль имеет выводы для подключения к электрической цепи и средства для механического закрепления.

Среди резистивных материалов, используемых при изготовлении тормозных резисторов , наибольшее применение получили специальный чугун, нихром и фехраль - в настоящее время, в основном, фехраль. Например, в 9, с.7 -10, рис.1, 2, 3; с.ЗО - 31, рис.22, 23} описаны резистивные модули типа «СЖ и «Е, применяемые в электрических цепях электровозов серий «ВЛ19, «ВЛ22, «С%, «CS, «С, «ЧС и др. Эти резистивные модули содержат плоские литые резистивные элементы из специального чугуна с удельным сопротивлением 0,83 0,86 ом-мм /м. Резистивные элементы закрепляются своими проушинами на изолированных шпильках каркаса крепежного модуля. В зависимости от назначения в таких модулях может содержаться до нескольких десятков резистивных элементов, электрически соединенных между собой последовательно или последовательно-параллельно. Нужное электрическое соединение обеспечивается соответствующей установкой изоляционных и медных щайб на шпильках между отдельными резистивными элементами. Достоинство конструкций с чугунньпии резистивными элементами - дешевизна и простота изготовления, недостаток - тяжеловесность и громоздкость, хрупкость элементов и недостаточно высокая допустимая температура нагрева (до 400°С). Все это послужило причиной вытеснения литых чугунных резисторов и замены их более надежными и эффективными резисторами с ленточными элементами из нихрома Ш1и фехраля.

Среди резисторов с ленточными элементами из нихрома или фехраля, используемых в силовых цепях электровозов и моторньк вагонов электропоездов, наибольшее распространение получили две конструктивные разновидности. Первая разновидность характеризуется зигзагообразным изгибом ленты в виде «гармошки, вторая намоткой ленты в виде спирали на «ребро.

Например, в 9, с. 16 - 17, рис.10; с.54 - 57, рис. 38 описана конструкция модуля тормозных резисторов электровозов серии «К, в котором резистивный элемент выполнен в виде ленгы из сплава МСгзо2( толщиной 0,75 мм. Лента изогнута зигзагообразно («гармошкой) и с боков закреплена между керамическими изолэт-орами, нанизанными на две шпильки. Концы шпилек прикреплены к стальным боковинам несущей рамы, причем на одной из боковин они укреплены жестко, а на другой - с некоторой свободой перемещения, чем достигается компенсация линейного удлинения изоляторов , ленты и самих шпилек при нагреве. С обеих сторон лента усилена метгаллическими пластинами. К ленте крепятся соединительные и выводные шины. Два резистивных элемента, соединенные между собой механически и электрически, образуют модуль, который устанавливается в блок. Блок состоит из шести , установленных друг над другом. Электрическое сопротивление одного резисгивного элемента в модуле составляет , например, 0,1 Ом, допустимый ток 250 А при естественном охлаждении и 667 А при принудительном охлаждении. Основной недостаток конструкции - громоздкость и сложность изготовления, а также недостаточная эффективность теплоотдачи при естественном охлаждении, что не позволяет использовать такую конструкцию в модулях тормозных резисторов, предназначенных для установки на крышах моторных вагонов электропоездов. Несколько повысить коэффициент теплоотдачи моду.11я тормозных резисторов с резистивной лентой в виде «гармошки можно путем оснащения резистивной ленты турбулизаторами, например как предложено в 10. Однако, даже при использовании турбулизаторов эффективность теплоотдачи в таком модуле остается недостаточной, что не позволяет использовать его в конструкциях тормозных резисторов , предназначенных для работы в условиях размещения на крышах моторных вагонов электропоездов.

В качестве тормозных резисторов, устанавливаемых на крышах моторньк вагонов электропоездов, см., например, I, с.46 - 47, рнс. 25, применяются резисторы, использующие резистивные элементы с намоткой ленты в виде спирали «на ребро. Например , в электропоезде «ЭР на крыше моторного вагона размещены четырнадцать модулей тормозных резисторов, каждый из которых включает в себя четыре резистивных элемента типа «КФ из фехралевой ленты 1, с. 35 - 37}. Модули тормозных резисторов установлены на опорных изоляторах и закрыты откидными крышками, обеспечивающими защиту резистивных элементов от непосредственного попадания на них сверху дождя и снега. Номенклатура резистивных элементов, используемых в таких модулях, включает резистивные элементы с величинами сопротивлений 2 Ом; 1,45 Ом; 0,368 Ом; 0,24 Ом; 0,2 Ом, а значения длительных токов - 33 А; 39 А; 76 А; 95 А; 107 А 1, с.37. Тепловая мощность, рассеиваемая каждым таким резистивным элементом, составляет 2150 Вт без принудительного обдува, а при скорости обдува 10 м/сек (т.е. при скорости движения около 40 км/час) увеличивается вдвое.

Типовые конструкции модулей тормозных резисторов и составляющих его резистивных элементов типа «КФ описаны, например, в 2, с.281, рис.185, 1, с.Ю -21, рис.4, 5; с. 36 - 38, рис.25. В этих конструкциях резистивный элемент 1, с. 11, рис.4 содержит свернутую в виде цилиндрической спирали ленту из фехраля Х13Ю4 с удельным сопротивлением 1,26 ом-мм /м и максимально допустимой температурой нагрева 850°С. Фехралевая лента закреплена на ребристом фарфоровом изоляторе, размещенном на стальном держателе. Наличие ребер на изоляторах обеспечивает равномерное размещение ленты вдоль держателя и предотвращает замыкание витков спирали между собой. К концам ленты прикреплены наконечники. На концах держателя выполнены проушины для закрепления резистивного элемента на изолированных шпильках рамы крепежного модуля, в одном модуле обычно устанавливаются четьфе резистивных элемента, масса такого модуля при рассеиваемой мощности около 8 кВт составляет примерно 50 кГ I, с.36 - 38, рис.25.

Аналогичный по конструкции модуль тормозных резисторов, в полной мере пригодный для использования на электроподвижном составе, в том числе для моторных вагонов электропоездов, описанный в 11, принят в качестве прототипа заявляемой полезной модели.

Модуль тормозных резисторов для электроподвижного состава, принятый в качестве прототипа, содержит установленные на крепежном модуле объемные резистивные элементы, каждый из которых содержит фехралевую ленту, намотанную в виде спирали на «ребро. При этом торцевая часть ленты размещается на ребристых фарфоровых изоляторах, установленных на держателях, которые имеют возможность продольного перемещения друг относительно друга в процессе сборки модуля, что обеспечивает прочную фиксацию лекгы на изоляторе. Это повышает надежность работы резистивного элемента в условиях вибрации и ударов и позволяет уменьшить ширину изоляторов. Резистивные элементы в крепежном модуле установлены так, что их продольные оси расположены параллельно и лежат в одной плоскости. Число резистивных элементов в одном модуле, как показано в 11, фиг.1, равно трем. Каждый из резистивных элементов снабжен токовыводами, выполненными из меди.

Достоинством модуля тормозных резисторов, принятого в качестве прототипа, является прочность и надежность конструкции, эффективность теплоотдачи в условиях естественного охлаждения, в том числе, при усгановке на крыше моторного вагона электропоезда. Недостатком является сложность конструкции, что определяется как сложностью выполнения самой ленточной цилиндрической спирали, так и необходимостью использования фарфоровых изоляторов с соответствующей арматурой для закрепления . Также, существенным недостатком является большой вес в расчете на один киловатт рассеиваемой мощности ( кГ/кВт) и большая индуктивность (200 -г 500 мкГн).

Задачей, решаемой заявляемой полезной моделью, является снижение веса в расчете на один киловатт рассеиваемой мощности и уменьшение индуктивности модуля тормозных резисторов при одновременном упрощение конструкции и обеспечении возможности эксплуатации в условиях установки на крышах моторных вагонов электропоездов .

Сущность заявляемой полезной модели заключается в том, что в модуле тормозных резисторов для электроподвижного состава, содержащем установленные на крепежном модуле параллельно друг другу резистивные элементы, указанные резистивные элементы выполнены в виде трубчатых электронагревателей, а крепежный модуль выполнен в виде теплоотводящего радиатора с теплорассеивающими поверхностями и внутренними параллельными цилиндрическими каналами, в которых размещены трубчатые электронагреватели, причем выступающие из этих каналов концы трубчатых электронагревателей, предназначенные для подключения токовыводов, защищены от воздействия влаги.

В частном случае реализации крепежный модуль выполнен в виде двух соединенных между собой частей, каждая из которых имеет теплорассеивающую поверхность на одной боковой стороне и продольные полукруглые выемки на другой боковой стороне, выполненные таким образом, что при соединении обеих частей образуются цилиндрические каналы для размещения трубчатых электронагревателей.

Сущность полезной модели, ее реализуемость и возможность промышленного применения поясняется фигурой, где представлен схематический чертеж общего вида модуля тормозных резисторов в рассматриваемом примере реализации.

Заявляемый модуль тормозных резисторов содержит, см. фигуру, крепежный модуль 1 и установленные в нем резистивные элементы, выполненные в виде трубчатых электронагревателей (ТЭН) 2. Крепежный модуль 1 выполнен в виде теплоотводящего радиатора с теплорассеивающими поверхностями - в рассматриваемом примере реализации с двумя теплорассеивающими поверхностями, образованными продольными ребрами 3 на двух противоположных боковых сторонах - и внутренними параллельными цилиндрическими каналами 4, в которых размещены ТЭН 2.

В рассматриваемом примере реализации модуль тормозных резисторов содержит пять ТЭН 2, установленных параллельно друг над другом.

В рассматриваемом примере реализации крепежный модуль 1 выполнен в виде двух соединенных между собой частей и Ь, каждая из которых имеет продольные ребра 3 на одной боковой стороне и продольные полукруглые выемки на другой боковой стороне, выполненные таким образом, что при соединении обеих частей Ь и Ь образуются цилиндрические продольные каналы 4 для размещения в них ТЭН 2, при этом продольные оси ТЭН 2 располагаются в плоскости стыковки частей Ь и Ь.

Скрепление частей Ь и 12 между собой осуществляется, например, с помощью поперечных резьбовых шпилек (на фигуре не показано).

Выступающие из каналов 4 концы ТЭН 2, предназначенные для подключения токовыводов, защищены от воздействия влаги. Защита от влаги может быть реализована , например, с помощью ушютнительных концевых муфт 5, размещаемых на концах ТЭН 2. В случае необходимости полости каналов 4 с размещенными в них ТЭН 2

могут быть герметизированы с помощью высокотемпературного теплопроводящего герметика.

Для обеспечения возможности подключения к концам ТЭН 2 токовыводов, эти концы выполняются, например, резьбовыми.

Для обеспечения возможности крепления модуля тормозных резисторов на несущей раме (на фигуре не показана) крепежный модуль 1 обеспечивается соответствующими средствами (сквозными отверстиями для шпилек, резьбовыми отверстиями для болтов и пр.).

Сборка модуля тормозных резисторов осуществляется следующим образом. Изготавливаются ТЭН 2 с характеристиками, соответствующими требованиям собираемого модуля. Эти ТЭН 2 оснащаются концевыми ушютнительными муфтами 5 и помещаются в продольные полукруглые выемки одной из частей крепежного модуля 1, например в продольные ползпфз лые выемки первой части ь Затем к первой части Ь крепежного модуля 1 пристыковывается вторая часть Ь, после чего обе части Ь и Ь скрепляются между собой, например стягиваются резьбовыми шпильками, зажимая между собой ТЭН 2.

Собранный таким образом модуль тормозных резисторов скрепляется с другими аналогичными модулями, образуя секции, например секции из шести - семи модулей. В секциях ТЭН 2 электрически соединяются в соответствии с заданной схемой соединения . Секции, например восемь - девять секций на один тяговый двигатель, устанавливаются на крыше моторного вагона, электрически соединяются друг с другом и с соответствующими элементами цепи электродинамического торможения, образуя тормозной резистор соответствующего тягового двигателя. При этом крышек, аналогичных показанным в 1, с.46 - 47, рис.25, защищающих модули тормозных резисторов от попадания на них дождя и снега, не требуется.

Как показывает практика, заявляемый модуль тормозных резисторов, по сравнению с прототипом, характеризуется существенным (в 5 10 раз) снижением веса в расчете на один киловатт рассеиваемой мощности (за счет существенно большей поверхности теплорассеивания и возможности применения легких сплавов для теплооотводящего радиатора), а таюке существенным уменьшением индуктивности (до единиц микрогенри на один модуль).

Заявляемый модуль также характеризуется упрощением конструкции. Упрощение достигается за счет применения ТЭН, которые изготавливаются по отработанной промышленной технологии, позволяющей получать ТЭН с нужными электрическими и тепловыми характеристиками. Реальная номенклатура реализуемых характеристик ТЭН такова, что позволяет осуществить полноценную замену ленточных фехралевых резистивных элементов, применяемых в тормозных резисторах, например резистивных элементов с характеристиками, указанными в 1, с.35 - 37. Существенно упрощает конструкцию и применение крепежного модуля, выполняющего по меньшей мере три функции, а именно, функцию несущего крепежного основания, в котором наиболее простым способом решена проб;юма крепежа резистивных элементов, функцию теплоотводящего радиатора, а также функцию механической защиты для резистивных элементов . Сам крепежный модуль таюке прост в изготовлении - он может выполняться, например, методами штамповки, гибки или литья из легких сплавов.

Из рассмотренного следует, что заявляемая полезная модель осуществима, промышленно применима и решает поставленную задачу по снижению веса модуля тормозных резисторов в расчете на один киловатт рассеиваемой мощности и 5 еньще1шю его индуктивности. Одновременно упрощается конструкция модуля и обеспечивается возможность его эксплуатации в условиях установки на крышах моторных вагонов электропоездов. Совокупность указанных положительных качеств заявляемого модуля

шо

тормозных резисторов обуславливает перспективы по его широкому практическому использованию в электродинамических тормозных системах транспортных средств с электротягой, в том числе в моторных вагонах электропоездов.

Источники информации

1.Л.Д.Капустин, Л.Г.Залесский, М.Т.Глушков. Электропоезд ЭР с рекуперативно-реостатным торможением. М., Трансжелдориздат, I960.

2.В.К.Калинин. Электровозы и электропоезда. М., Транспорт, 1991.

3.Авторское свидетельство СССР (SU) № 1393672 (А1), кл. В60 L 7/22, опубл. 07.05.88.

4.Авторское свидетельство СССР (SU) № 1395531 (А1), кл. 860 L 7/22, опубл. 15.05.88.

5.Патент СССР (SU) № 1454243 (A3), кл. В60 L 7/00, опубл. 23.01.89.

6.Патент РФ (RU) № 2035322 (С1), кл. В60 L 7/22, опубл.20.05.95.

7.Патент РФ (RU) № 2077145 (С1), кл. В60 L 7/22 опубл. 10.04.97.

8.Патент РФ (RU) № 2148506 (С1), кл. В60 L 7/04, Н02 РЗ/12, опубл. 10.05.2000.

9.А.И.Смирнов, А.Н.Стукалкин. Сопротивления в электрических цепях электровозов . М., Транспорт, 1965.

10.Авторское свидетельство СССР (SU) № 519770, кл. Н01 СЗ/10, Н01 С 1/08, В60 L 7/02, опубл. 30.06.76.

11.Авторское свидетельство СССР (SU) № 1647665 (А1), кл. Н01 СЗ/00, опубл. 07.05.91 (прототип).