По многочисленным просьбам читателей на вкладке этого журнала публикуется электрическая схема тепловоза ЧМЭЗ. Ранее она уже представлялась в журнале «Локомотив», в частности, в № 11 и 12 за 2006 г. При этом подробно были рассмотрены основные цепи и возможные неисправности, поэтому схему в этом номере сопровождает лишь небольшой пояснительный текст.
Электрическая схема тепловоза ЧМЭЗ имеет ряд особенностей. В отличие от большинства других серий, на этом локомотиве всем проводам, которые связаны друг с другом, присвоены одинаковые номера. Это упрощает нумерацию, но затрудняет определение назначения конкретных проводов. Еще одна особенность схемы — отсутствие на ней обозначения выхода электрических цепей на панели зажимов (на так называемые клеммные рейки).
Минимум защитных блокировок в электрических цепях упрощает электрическую схему, но требует от машиниста повышенного внимания к возможному возникновению неисправностей. В частности, схема не предусматривает защиту дизеля от пуска при неисправности маслопрокачивающего насоса, не ограничивает время вращения коленчатого вала при неудавшемся пуске, не исключает включения нагрузки тягового генератора на высоких позициях контроллера и др. Чтобы лучше ориентироваться в электрической схеме, надо знать основные принципы нумерации проводов, приведенные в табл. 1.
Большим подспорьем при поиске причин неисправностей и их устранении является основная панель зажимов РШ4, расположенная в аппаратной камере. Однако, как уже было отмечено, зажимы этой панели на схеме не обозначены. Чтобы освоить навыки пользования панелью РШ4, важно уяснить основной принцип ее построения. Номера зажимов соответствуют номерам закрепленных на них проводов. За небольшими исключениями численные обозначения зажимов приведены в порядке возрастания номеров.
На панель зажимов вынесены не все провода, а только те, которые связывают аппараты, установленные в камере (распредщите) с оборудованием, находящимся вне камеры. При этом провода, отходящие от зажимов в направлении внутрь аппаратной камеры, соединяются с оборудованием камеры, а те, что отходят от аппаратной камеры, — идут к внешним приборам.
Свои особенности имеют и обозначения контактов электрических аппаратов. Сами аппараты (реле, контакторы и др.) могут обозначаться буквами или буквами с цифрами. У контакторов тепловоза имеется по одному главному, т.е. силовому контакту. Поэтому главные контакты контакторов обозначены так же, как и сами контакторы, например, КВ, КД1, КП2. В то же время, каждый из аппаратов имеет несколько контактов в цепях управления.
Чтобы их различать, этим контактам присвоены свои номера, состоящие из обозначения аппарата и номера контакта. Так, КМР2 — это второй контакт реверсивного барабана контроллера, КВ1 — первый вспомогательный контакт контактора КВ, а РУЗЗ — третий контакт реле РУЗ.
Питание цепей управления. Для подготовки цепей управления к работе и подачи на них питания необходимо включить рубильник аккумуляторной батареи ОБА, а затем автомат АВ220 «Управление». После включения рубильника ОБА напряжение аккумуляторной батареи подается на общий плюсовой провод 200 и минусовые провода. При включении автомата АВ220 питание поступает на провод 220, в результате чего включается контактор КУ, и получает питание общий плюсовой провод цепей управления 202. После этого цепи управления подготовлены для дальнейших операций.
Пуск и работа дизеля. Для пуска дизеля дополнительно к уже приведенным операциям включают автомат АВ251 «Двигатель маслопрокачивающего насоса», реверсивную рукоятку контроллера переводят в положение «Пуск», ставят в рабочее положение выключатель ВОД1 и нажимают кнопку КНПД1. Сразу после включения ВОД1 получают питание включающая и удерживающая катушки блок-магнита ЭМОД. Когда блок-магнит срабатывает, его включающая катушка закорачивается контактами ЭМОД, и якорь остается в рабочем положении только с помощью удерживающей катушки.
Дальнейшая последовательность включения аппаратов наглядно видна по электрической схеме. Сразу после нажатия кнопки КНПД1 включаются контактор маслопрокачивающего насоса КМН, а также пусковой контактор КД1 и реле времени РВ, загорается лампа Л17, встроенная в кнопку КНПД1. Вспомогательный контакт КМН2 шунтирует контакт кнопки КНПД1, после чего ее можно отпустить. Одновременно с включением реле РВ происходит заряд конденсатора С1.
Размыкающий контакт КМН1 (255, 280) разрывает цепь питания катушки реле РВ. Последнее остается включенным пока происходит разрядка конденсатора С1. Это время, отведенное на прокачку масла, составляет 25 — 30 с. Когда реле РВ отключается, его размыкающий контакт РВ1 собирает цепь питания катушки пускового контактора КД2. В результате этого замыкается цепь от аккумуляторной батареи на якорную обмотку, а также обмотку дополнительных полюсов и пусковую обмотку тягового генератора. Происходит вращение якоря тягового генератора вместе с коленчатым валом дизеля.
Когда дизель начинает работать самостоятельно, на зажимах вспомогательного генератора появляется напряжение 115 В, которым запираются последовательно соединенные диоды Д31 и Д32. В результате исчезает разность потенциалов на катушке контактора КМН, и он отключается. Одновременно его вспомогательный контакт КМН2 разбирает цепь пуска дизеля. Благодаря наличию сдвоенных конденсаторов СЮ пусковые контакторы отключаются с задержкой приблизительно в одну секунду. Это необходимо для уменьшения подгара главных контактов пусковых контакторов, а также для более устойчивого пуска дизеля.
Возбуждение вспомогательного генератора и зарядка аккумуляторной батареи. После пуска дизеля питание цепей управления и освещения тепловоза осуществляет вспомогательный генератор ВГ. Он же обеспечивает и зарядку аккумуляторной батареи. «Плюс» якорной обмотки ВГ с цепями управления связан через провод 150, предохранитель П150, диод Д4 и провод 200, нагрузку цепей управления, общий «минус», провод 105, предохранитель П100, провод 101 с «минусом» ВГ.
Цепь зарядки аккумуляторной батареи замкнута от провода 200 через резистор R21, плюсовой нож рубильника ОБА, элементы аккумуляторной батареи, минусовой нож рубильника ОБА, провод 24, шунт амперметра А2, провод 101, «минус» ВГ. Требуемое напряжение 115 В на выходе ВГ поддерживается регулятором напряжения PH, который управляет возбуждением ВГ.
Управление частотой вращения коленчатого вала дизеля. Данные цепи — одни из самых сложных и разветвленных на тепловозе. В этих цепях задействованы контакты контроллера машиниста КМЗ, КМ4, КМ5, реле РУ1, РУ2, РУЗ и РУ5, РСМД1 и РСМД2, а также контакты оконечного выключателя ОВ. В свою очередь, в цепи катушек некоторых из названных реле включены контакты других аппаратов, выполняющих защитные функции.
Первичное звено в цепях управления частотой вращения коленчатого вала — набор комбинаций контактов КМЗ, КМ4 и КМ5 главного вала контроллера машиниста. Как известно, один контакт может иметь два положения: включенное и выключенное. Все сочетания приведенных положений двух контактов могут создать уже четыре комбинации, а трех контактов — восемь, что как раз соответствует числу позиций контроллера.
Логика этих комбинаций проста. На нулевой и первой позициях контроллера все три контакта разомкнуты. При первой ступени повышения частоты вращения (2-я позиция) замыкается один контакт КМЗ. Далее — на 3-й позиции контакт КМЗ размыкается, но замыкается контакт КМ4. Затем на 4-й позиции замкнуты оба этих контакта. На 5-й позиции они вновь размыкаются, но замыкается контакт КМ5, который остается замкнутым при наборе всех последующих позиций вплоть до 8-й. При наборе 5 — 8-й позиций сочетания замкнутых и разомкнутых положений контактов КМЗ и КМ4 повторяются и соответствуют 1 — 4-й позициям.
Отсюда вытекает несложная логика развертки кулачков главного вала контроллера. Контакт КМЗ замкнут на четных позициях, контакт КМ4 — на 3, 4, 7 и 8-й позициях, а контакт КМ5 — на позициях от 5-й и выше. В результате получаются индивидуальные сочетания замыкания контактов на каждой из позиций. Контакт КМЗ замыкает цепь катушки реле РУ1 и РУ4, контакт КМ4 — цепь катушки реле РУ2, контакт КМ5 — цепь катушки реле РУЗ. Поэтому сочетания включенного и выключенного положений этих реле соответствуют тому же закону. Реле РУ4 служит «дублером» реле РУ1, они включаются одновременно, но контакты реле РУ4 в рассматриваемых цепях участия не принимают.
При помощи контактов реле РУ1, РУ2 и РУЗ формируется электрический сигнал, соответствующий установленной позиции контроллера. Контакты этих реле включены последовательно. По схеме видно, что провод 75 запитывается при нулевой и первой позициях контроллера, когда все три реле выключены. В случае перевода главной рукоятки контроллера, независимо от того, происходит это под нагрузкой или на холостом ходу, на каждой позиции получает питание конкретный провод, как указано в табл. 2.
Конечным элементом управления частотой вращения коленчатого вала является сервомотор регулятора СМД. Вал сервомотора вращается и через редуктор поворачивает кулачок затяжки всережимной пружины. Реле РСМД1 и РСМД2 служат пускателями сервомотора, причем, реле РСМД1 включает сервомотор в сторону увеличения затяжки всережимной пружины, а реле РСМД2 — в сторону уменьшения затяжки.
Оконечный выключатель ОВ служит промежуточным звеном в рассматриваемых цепях. На его вход по проводам, приведенным в табл. 2, поступает сигнал о набранной позиции, а выходные провода ОВ связаны с катушками реле РСМД1 и РСМД2. Кулачок ОВ закреплен на том же валу, что и кулачок затяжки всережимной пружины. Конфигурация кулачка ОВ, а также его расположение на валу и контактов таковы, что пока угол поворота вала соответствует позиции рукоятки контроллера, реле РСМД1 и РСМД2 выключены, и вал сервомотора СМД не вращается.
Как только происходит рассогласование из-за перевода рукоятки контроллера на другую позицию, появляется напряжение на соответствующем проводе, и через контакты ОВ ток подается на катушку реле РСМД1 или РСМД2. Сервомотор включается, и его вал поворачивает кулачок до тех пор, пока не восстановится соответствие позиции контроллера и положения вала кулачка затяжки всережимной пружины регулятора. При этом размыкаются контакты ОВ в цепи катушек реле РСМД1 или РСМД2.
Следует иметь в виду, что в этих цепях принимает участие также реле РУ5. При наборе позиций контроллера катушка этого реле получает питание через контакт КВ1 при работе под нагрузкой или через контакт КМР2 на холостом ходу (реверсивная рукоятка контроллера установлена в положение «Пуск»). Данное реле служит для уменьшения нагрузки генератора при срабатывании реле боксования РБ1 или РБ2, а также в случае недостаточного давления масла при наборе 5-й и последующих позиций. При отключении реле РУ5 его контакты РУ52 и РУ53 размыкают цепь питания реле РСМД1 и замыкают цепь питания реле РСМД2. В результате частота вращения коленчатого вала автоматически снижается до минимальной.
Приведение тепловоза в движение. Эти цепи можно разделить на две основные части: цепи управления, а также силовые и возбуждения. Цепи управления приведением тепловоза в движение отличаются большим количеством защитных блокировок. Перед троганием с места реверсивную рукоятку переводят в положение «Вперед» или «Назад». При этом замыкается контакт реверсивного барабана контроллера, соответственно, КМР4 или КМРЗ.
Питание от вспомогательного генератора поступает по проводу 202 через один из этих контактов на соответствующий вентиль реверсора ВПР1 («Вперед») или ВПР2 («Назад»). Вал реверсора разворачивается в нужном направлении. При этом замыкается вспомогательный контакт реверсора Р2 или Р1, напряжение подается на провод 218, чем подготавливается цепь питания катушек аппаратов управления тягой.
В случае набора первой позиции контроллера замыкаются последовательно соединенные контакты КМ2 и КМ7, питание подается на провода 204 и 205. Через цепь блокировочных контактов напряжение поступает на катушки контактора КВ, а также поездных контакторов КП1, КП2 и КПЗ. Последовательность включения блокировочных контактов в данных цепях хорошо видна по схеме. Вспомогательный контакт КВ1 собирает цепь на катушку реле РУ5.
Главные контакты поездных контакторов замыкают силовую цепь от тягового генератора на тяговые электродвигатели. Главный контакт КВ собирает цепь питания обмотки возбуждения тягового генератора, вспомогательный контакт КВ2 — цепь независимой обмотки возбуждения возбудителя, а последовательно соединенные контакты РУ51 и РУ54 — цепь параллельной обмотки возбуждения возбудителя. Тепловоз приходит в движение.
Цепи сигнализации неисправностей. Для сигнализации о возникших неисправностях служит блок сигнальных ламп, в котором имеются лампы ЛСО «Пожар», ЛСБ «Боксование», ЛСД1 «Неисправность 1-го дизеля», ЛСД2 «Неисправность 2-го дизеля», ЛСИ «Пробой изоляции». Кроме того, в этих цепях участвуют реле РЗС и зуммер (звуковой сигнал) ЗС,
О срабатывании одного из пожарных датчиков сигнализирует лампа ЛСО. Датчики установлены в районе турбовоздуходувки, над фильтрами тонкой очистки топлива и в аппаратной камере. Когда лампа ЛСО включается, следует незамедлительно проверить отсутствие возгорания в отмеченных зонах. Если возникает боксование тепловоза, то через контакты РБ12 и РБ22 замыкается цепь лампы ЛСБ, а через контакты РБ13 и РБ23 — зуммера ЗС.
При перегреве воды или масла дизеля ток проходит через катушку реле РЗС, замкнутый контакт термореле РТВ или РТМ и лампу ЛСД1. Благодаря наличию контактов РЗС1 и РЗС2, реле РЗС и зуммер ЗС прерывисто включаются и выключаются. Также происходит мигание лампы ЛСД1.
В случае пробоя изоляции силовой цепи включается и становится на механическую защелку реле заземления РЗ. В результате происходит прерывистое включение и выключение лампы ЛСИ и зуммера ЗС.
Таким образом, зуммер ЗС может сигнализировать о нескольких неисправностях. Если он ритмично включается и выключается синхронно с миганием лампы ЛСД1 или ЛСД2, то это свидетельствует о неисправности дизеля, соответственно, 1-го или 2-го тепловоза. Когда аналогичное происходит совместно с лампой ЛСИ, имеет место пробой изоляции силовой цепи. При боксова-нии колесных пар зуммер срабатывает одновременно с лампой ЛСБ, но не прерывисто, а в течение времени, пока происходит боксование.
Прочие цепи тепловоза ЧМЭЗ значительно проще, чем рассмотренные в статье. Они легко читаются непосредственно по электрической схеме и не требуют дополнительных пояснений.