Кузова электроподвижного состава и компоновка оборудования

Глава 2. КУЗОВА ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА И КОМПОНОВКА ОБОРУДОВАНИЯ 2.1. Общие положения Механическая часть ЭПС предназначена для восприятия и пере дачи веса локомотива на рельсы, а также для создания силы тяги и преодоления сопротивления движению. В настоящее время электровозы в целом и механическая часть в частности проектируются с учетом следующей научной концепции: изготовляют и эксплуатируют не локомотивы, а самоходные тяго вые единицы (секции), которые имеют различное число осей и объе диняются в локомотивы в любой комбинации и на любой стадии их существования. Существуют четырехосные и шестиосные секции (рис. 2.1, а, б). Компоновочную основу таких секций образует тяговый модуль. В его состав входят: двухосная тележка с двигателями и все обо рудование, обеспечивающее работу тележки как отдельной тяго вой единицы, в том числе блок силового электрооборудования, устройства управления, системы защиты, охлаждения, диагнос тирования и др. Таких модулей может быть два или три на секции. Рис. 2.1. Четырехосные (а) и шестиосные (б) секции локомотива: К — кабина управления; ТМ — тяговый модуль; Тр — трансформаторный от сек; ОЛ — общелокомотивное оборудование; СО — секционное оборудование 14 При этом элементы всех модулей одинаковы и, следовательно, вза' имозаменяемы. Кроме тяговых модулей, образующих основу секций как тяговых единиц, в состав каждой секции входит оборудование, обеспечива' ющее работу секции как самоходной единицы — системы токосъе' ма, системы механического торможения, устройства общей защи' ты. Наконец, на каждой секции должны быть кабина и комплекс оборудования и устройств управления, рассчитанных на любое чис' ло тяговых модулей. Изнашиваемые при эксплуатации, требующие ремонта или заме' ны узлы и детали на всех локомотивах должны быть унифицирован' ными (одинаковыми). Различными могут быть лишь кузова, кото' рые в течение расчетного срока эксплуатации не изнашиваются и поэтому не содержат ремонтируемых узлов и деталей. Осевая формула — условная характеристика типа экипажа локо' мотива, отражающая число секций, тележек, колесных пар в одной тележке, связь между тележками, тип тягового привода. В России принята цифровая запись (20–20), за рубежом — буквенная (В0–В0). Наиболее распространенные формулы эксплуатируемых односек' ционных локомотивов: • 30–30 — электровоз с двумя несочлененными тележками, те' лежка имеет три колесные пары, каждая колесная пара имеет инди' видуальный привод (локомотивы ЧС2Т, ЧС2К, ЧС4, ЧС4Т); • 20–20–20 — односекционный локомотив, имеющий три несоч' лененные тележки, каждая тележка имеет две колесные пары с ин' дивидуальным приводом (ВЛ65, ЭП1, ЭП1М, ЭП10). Распространенные формулы многосекционных локомотивов: • 2(20–20) — двухсекционный электровоз, каждая секция имеет две несочлененные тележки, тележка имеет две колесные пары, каж' дая пара — индивидуальный привод (ВЛ10, ВЛ11, ВЛ80, ЧС6, ЧС7); • 2(20–20–20) — двухсекционный электровоз, каждая секция имеет три несочлененные тележки, тележка имеет две колесные пары, каждая пара — индивидуальный привод (ВЛ85, ВЛ15). На европейских железных дорогах число движущих осей приня' то обозначать латинскими буквами: В — две движущие оси, С — три, D — четыре. Для определения числа и типа вагонов, входящих в состав элект' ропоезда или поезда метрополитена, используют важную характе' 15 ристику — составность. Цифрами указывается число вагонов и их групп, а буквами — тип вагонов: М — моторный, П — прицепной, Г — головной с кабиной управления. Отечественные электропоезда могу эксплуатироваться по схеме от 4' (Г+М+М+Г) до 12'вагонного исполнения на крупных железнодо' рожных узлах (Г+М+П+М+П+М+П+М+М+П+М+Г). В электро' поездах ЭР2, ЭР9 и ЭМ2 (ЭМ4) соотношение между моторными и прицепными вагонами всегда одинаково. Электрооборудование электропоездов серий ЭР2Т и пришедших им на смену ЭД допуска' ет добавление в секцию (М+П) дополнительного прицепного ваго' на. Таким образом, электропоезда ЭД могут иметь в своем составе нечетное число вагонов. На метрополитене для вагонов серии 81'717/81'714 («номерные») применяется схема 2ГМ+6М и для серий — 81'740 и 81'741 («Ру' сич») — 2ГМ+3М. К механическому оборудованию (экипажной части) ЭПС отно' сятся колесные пары с буксовыми узлами, система рессорного под' вешивания, рамы тележек, тяговый привод, система связи тележек с кузовом и сам кузов. Механическая часть должна соответствовать следующим требо' ваниям: • иметь прочность и надежность в эксплуатации как в целом, так и отдельных узлов; • выдерживать нагрузки статического, динамического и ударно' го характера; • обеспечивать определенные показатели динамического каче' ства локомотивов; • обеспечивать заданный срок службы как своих отдельных эле' ментов, так и верхнего строения пути; • обеспечивать удобство эксплуатации и ремонта отдельных эле' ментов; • не иметь чрезмерно сложную и дорогую конструкцию. 2.2. Основные узлы механической части ЭПС Механическая часть состоит из следующих основных элементов: 1. Кузов — самый крупный по массе и объему узел локомотива или моторного вагона, служит для размещения оборудования, бри' гады или пассажиров и для защиты их от внешних воздействий. 16 2. Тележки — предназначены для направления движения кузова по рельсовому пути. В тележках расположен тяговый привод и ко' лесные пары. Через тележки обеспечивается передача всех вертикаль' ных и поперечных сил между кузовом и колесными парами, а также передача сил тяги и торможения. 3. Буксовые узлы — обеспечивают беспрепятственное вращение колесной пары относительно невращающихся частей, а также пере' дают тяговые и тормозные усилия от колесной пары на раму тележки. 4. Колесные пары — передают нагрузки от рамы тележки через буксовый узел на путь и обратно, участвуют в процессе создания силы тяги и торможения. 5. Тяговый привод — служит для создания силы тяги; включает в себя тяговый двигатель и тяговую передачу, приводящую во враще' ние колесную пару. 6. Ударно'тяговые приборы — предназначены для передачи силы тяги на раму тележки или раму кузова и соединения подвижного со' става между собой. 7. Тормозные устройства (колодочные или дисковые) — служат для механического торможения. Кроме того, к механической части относятся: рессорное подве' шивание (одна или две ступени), узлы опирания кузова на тележки и передачи продольных сил между тележкой и кузовом, упругие по' перечные связи между ними и противоразгрузочные устройства. 2.3. Типы кузовов электроподвижного состава Классификация кузовов выполняется по двум признакам: 1. По назначению — кузова подразделяют на локомотивные (электровозные и тепловозные) и вагонные (к ним относят кузова вагонов электропоездов и дизель'поездов). 2. По внешнему виду — разделяют на кузова вагонного (рис. 2.2, а) и капотного (рис. 2.2, б) типа. У кузовов вагонного типа боковые стенки разнесены на максималь' ное расстояние, допускаемое габаритом подвижного состава, поэтому локомотивная бригада может обслуживать оборудование не выходя из кузова. В кузове капотного типа боковые стенки и крыша закрывают только силовые агрегаты, оборудование и отдельно кабину машиниста. Капотный кузов проще в изготовлении, чем кузов вагонного типа, легче поддается разборке при ремонте. Кузова капотного типа обычно 17 а б Рис. 2.2. Кузов вагонного (а) и капотного (б) типов применяют на маневровых локомотивах и локомотивах промышлен' ного транспорта. 3. По способу восприятия сил — выделяют кузова с несущей ра' мой и цельнонесущие. У кузовов с несущей рамой все внешние на' грузки воспринимает главная рама, основой которой являются две мощные продольные балки, часто называемые хребтовыми (если они расположены вблизи продольной оси симметрии рамы). Стенки и 18 крыша кузова практически не несут нагрузки. В зависимости от их расположения относительно рам тележек различают кузова неохва' тывающего и охватывающего типов. В кузовах неохватывающего типа хребтовые балки расположены над рамой тележки. При этом центр тяжести поперечного сечения главной рамы находится на значительной высоте над продольной осью автосцепок, и в раме при приложении продольных сил одно' временно с напряжениями растяжения или сжатия возникают зна' чительные напряжения от изгиба. В кузовах охватывающего типа продольные балки главной рамы разносят на наибольшее расстояние, допускаемое габаритом, и рас' полагают их так, чтобы они охватывали раму тележки. При кузовах охватывающего типа внешний осмотр тележек затруднен, так как часть тележек закрыта рамой кузова (например, на ВЛ80, ВЛ65, ВЛ85, ВЛ10, ВЛ11). Цельнонесущие кузова могут быть ферменными, оболочковыми или выполненными по типу сотов. Ферменные кузова (рис. 2.3) име' ют каркасные стенки, образующие с рамой кузова раскосую ферму, воспринимающую нагрузки, действующие на кузов. Боковые стен' ки, а иногда и крыша жестко связаны с рамой и представляют собой единую конструкцию, все элементы которой совместно восприни' мают внешние нагрузки. Рис. 2.3. Кузов ферменный цельнонесущий 19 Стенки оболочковых кузовов проектируют так, чтобы силы, дей' ствующие на кузов, воспринимались также и обшивками боковых стенок, крыши и кабины. Конструкция сотовых кузовов имеет структуру, один из вариан' тов которой приведен на рис. 2.4. Этот тип кузова применяется в за' рубежном локомотивостроении на пассажирских локомотивах и электропоездах. Сотовая структура является более легкой по срав' нению с другими и, кроме того, используется как «жертвенная зона» при возможных столкновениях, так как обладает высокой энерго' поглощающей способностью. Характеристики структуры, в том числе размеры, определяют' ся в зависимости от допустимой скорости смятия конструкции, сум' марных последствий столкновения и имеющегося пространства для монтажа. Тенденция к облегчению конструкции кузова благопри' ятна с точки зрения столкновений, поскольку снижается энергия, подлежащая гашению. Основной проблемой является размещение структуры в конструкции вагона. В вагонах пригородных и межоб' ластных поездов возникают проблемы, связанные с требованием оптимального использования внутреннего пространства и необхо' димостью размещения сминаемых элементов для обеспечения бе' зопасности при столкновении. К недостаткам сотовой конструкции относится ее зависимость от направления действия силы, однако для железнодорожного подвиж' ного состава это практически не имеет значения, поскольку здесь направление движения задано. Наиболее эффективны с точки зре' Рис. 2.4. Сотовые элементы кузова 20 ния поглощения энергии алюминиевые соты с шестигранными ячей' ками, показавшие во всех испытаниях наилучшие результаты, одна' ко их стоимость довольно высока. По своим свойствам к ним при' ближаются менее дорогие сотопласты, изготовленные на основе син' тетических материалов. Самыми легкими кузовами являются сотовые кузова, а также цельнонесущие кузова охватывающего типа, а самыми тяжелыми — кузова неохватывающего типа с несущей рамой. Как правило, цель' нонесущие кузова применяют для пассажирского ЭПС, а кузова с несущей рамой — для грузовых электровозов. 4. По аэродинамическим качествам различают кузова: • необтекаемые (для грузовых локомотивов); • полуобтекаемые (для пассажирских локомотивов); • обтекаемые (на высокоскоростном транспорте); 5. По материалам конструкции применяют кузова: • стальные; • из алюминиевых сплавов; • пластмассовые. 2.4. Основные элементы кузова Рама и стенки кузова. На отечественных грузовых электровозах применяют рамы охватывающего типа, которые представляют со' бой конструкцию с большим числом сварных соединений, поэтому для обеспечения заданных геометрических размеров их собирают в стендах в «заневоленном» состоянии. При проектировании рам ку' зовов необходимо учитывать условия прочности для сварных швов: швы должны быть минимальными, их расположение должно быть максимально симметрично относительно нейтральной оси сечения свариваемой конструкции. Кузова грузовых отечественных электровозов (ВЛ80, ВЛ10) име' ют несущую раму (рис. 2.5), которая состоит из развитого жесткого упряжного бруса 1, 9 воспринимающего усилия автосцепки и пере' дающего их далее на две хребтовые балки 7 охватывающего типа. Эти балки связаны двумя шкворневыми балками 2 и двумя балками'опо' рами 5 со стальными конусами 6 под резиновые конуса — амортиза' торы тягового трансформатора. Кроме того, для создания жесткос' ти имеются легкие продольные 3 и поперечные 4 балки. Упряжной брус, как и остальные части, сварен из стали Ст3. 21 Рис. 2.5. Главная рама электровоза ВЛ80 Для установки поглощающего аппарата автосцепки имеется со' ответствующих размеров проем с упорными угольниками. Шквор' невая балка сварена из четырех листов толщиной 10—12 мм, на ее концах расположены четыре стакана 8 под боковые опоры, а в сред' ней части внизу — обечайка 14 с литым фланцем 13 и вверху — ци' линдрическая втулка 10. Шкворень 12 имеет соединение на горячую посадку во фланце 13 и скользящую — во втулке 10, ограниченную ограничителем 11. На грузовых электровозах нашли распространение и цельнонесу' щие кузова. Каркас кузова электровоза СС21000 французских желез' ных дорог выполнен из низколегированной стали, его боковые стен' ки представляют собой фермы с треугольной решеткой. Узлы фермы внизу связаны поперечными балками рамы кузова, а вверху — кры' шевыми дугами. Верхний пояс боковых несущих стенок работает при изгибе ку' зова в вертикальной плоскости от вертикальной нагрузки на сжатие. 22 Вся конструкция имеет большую жесткость не только в вертикаль' ной, но и в горизонтальной плоскости. Вагоны существующих электропоездов имеют несущие кузова. В решетке и обшивке кузовов применены обычные и специальные профили из стали марок Ст2, Ст3. Толщина обшивки боковых сте' нок и пола 1,5—3 мм; для увеличения жесткости применяют гофри' рованные листы. Продольные элементы вместе с обшивкой (оболочкой) восприни' мают продольные силы; поперечные элементы, образуя замкнутый жесткий контур, сохраняют форму поперечного сечения кузова. Кузов вагона электропоезда состоит из рамы, боковых и торцо' вых стенок и крыши. Кузов выполнен цельнометаллическим. Кар' кас вагона представляет собой систему замкнутых колец (попереч' ные балки рамы, вертикальные стойки и дуги), обшитых стальными гофрированными листами толщиной 1,5—2,5 мм. Конструкция рам кузовов моторного и прицепного вагонов оди' накова. Отличаются они только вспомогательными элементами (бал' ками, кронштейнами), служащими для подвески оборудования. Основанием вагона является рама (рис. 2.6), выполненная из про' дольных 3, 8, 9, 10 и поперечных 7, 12 элементов, соединенных свар' кой. По концам рамы имеются короткие хребтовые балки 6, служа' щие для установки поглощающего аппарата и соединения буферного бруса 5 со шкворневой балкой 1. Продольные и поперечные элемен' ты рамы выполнены из штампованных или катаных профилей. Про' дольные балки имеют Z'образное сечение, а поперечные выполнены из швеллеров. В раме устроен воздуховод вентиляции двигателей 4. Буферный брус 5 представляет собой балку корытообразного се' чения, штампованную из листовой стали толщиной 8 мм. В средней части вертикальной стенки сделан прямоугольный вырез для розет' ки автосцепки 2. Буферный брус головных вагонов имеет очертание, соответствующее обтекаемой форме головной части вагона. Шкворневая балка 1 коробчатого сечения выполнена из сталь' ных листов толщиной 10 мм. В средней части балки находятся гнез' до шкворня (на моторном вагоне) или верхний пятник (на прицеп' ном вагоне), а по концам — боковые скользуны. От середины шквор' невой балки отходят два раскоса 13, служащих для передачи тяговых и ударных усилий к боковым продольным балкам 11, между которы' ми расположены поперечные балки. 23 24 Рис. 2.6. Рама кузова моторного вагона электропоезда Хребтовая балка 6 коробчатого сечения сварена из стальных лис' тов: боковых — толщиной 8 мм, верхнего — 6 мм и нижнего — 10 мм. Внутри полости заклепками прикреплены литые упорные кронш' тейны, служащие для установки между ними поглощающего аппа' рата и тягового хомута автосцепки. Сверху рамы кузова приварен металлический пол из стальных гоф' рированных листов толщиной 1,8 мм, который является одним из не' сущих элементов кузова, придающих ему значительную жесткость. Боковая стенка кузова вагона состоит из вертикальных стоек Z'образного сечения толщиной 3 мм, приваренных к боковым про' дольным балкам рамы кузова и связанных вверху продольным угол' ком. Снаружи стенку обшивают стальными гофрированными листа' ми толщиной 2 мм для надоконного пояса и 2,5 мм — для остальных частей. Подоконный лист в нижней части выполнен с равномерным изгибом, которым он прилегает к боковым продольным балкам рамы кузова. Торцовые стенки имеют каркас, состоящий из двух крайних сто' ек; двух средних, образующих дверной проем, и горизонтального швеллера, соединяющего стойки вверху. К каркасу приварена обшив' ка из стальных гофрированных листов толщиной 2 мм. Лобовая стенка головного вагона образована двумя средними и двумя крайними вертикальными стойками из швеллеров, к которым приварена горизонтальная сварная балка, имеющая П'образное пе' ременное сечение. Сварная балка расположена в середине лобовой стенки. Каркас лобовой стенки прикреплен к буферному брусу рамы вагона средними стойками, для чего стойки выпущены вниз на 330 мм. Верхнюю часть лобовой стенки занимают окна. Каркас крыши вагона сваривают из стальных дуг Z'образного сечения. Для придания жесткости конструкции крыши используют гофрированные листы. В местах соединения крыши с боковыми стенками устанавливают водосточный карниз, препятствующий по' паданию влаги внутрь вагона. На крыше моторного вагона приварены тумбы для установки то' коприемников, а также приспособления для крепления переходных мостиков и установки крышевого оборудования. Сбоку над входны' ми дверями имеются прямоугольные отверстия с установленными в них жалюзями, обеспечивающими забор воздуха, необходимого для охлаждения тяговых двигателей и вентиляции вагона. 25 Вагоны оборудованы подножками, обеспечивающими вход в ва' гон как с высоких, так и с низких платформ. Подножки расположе' ны у входных раздвижных дверей. Нижняя ступенька подножки съемная, прикреплена болтами. При эксплуатации ЭПС на участ' ках с высокими платформами подножку перекрывают рифленым стальным фартуком, закрепляемым болтами. На раме головного вагона внизу расположен путеочиститель, слу' жащий для сбрасывания с пути посторонних предметов, которые могут вызвать сход электропоезда с рельсов во время движения. Пу' теочиститель состоит из стального листа с вырезами (для уменьше' ния массы) и вертикальных и горизонтальных ребер жесткости. Вни' зу путеочиститель имеет регулировочную планку, при помощи кото' рой изменяют высоту его расположения над рельсом по мере износа колес и просадки рессорного подвешивания. У порожнего вагона эта высота должна быть не менее 250 мм. Для обеспечения безопасности людей и защиты их от поражения электрическим током кузов моторного вагона гибким медным про' волочным шунтом электрически соединен с рамой тележки, кото' рая, в свою очередь, таким же шунтом соединена с буксой колесной пары и через нее с рельсом. Оптимальная конструкция кузова должна быть не только проч' ной, но и имеющей минимальный вес. Для облегчения кузова в ва' гоностроении широко применяют сплавы алюминия. Текущее со' держание такого подвижного состава проще, а расходы на него мень' ше, чем на ЭПС со стальными кузовами. Отдельные части кузова можно соединять клепкой, точечной сваркой и сваркой в среде защитного (инертного) газа. Очень хоро' шее соединение дает клепка, однако она является трудозатратной операцией и требует больших расходов. Точечная сварка требует дорогостоящего автоматизированного оборудования, кроме того ее применение связано с большими тех' нологическими трудностями. Расходы на точечную сварку можно считать оправданными только при изготовлении большой серии под' вижного состава. Расходы на сварку в среде защитного газа значительно ниже. При подборе материала кузова алюминиевый сплав выбирают таким обра' зом, чтобы при сварке происходила лишь незначительная потеря проч' ности в месте соединения. Метод сварки не должен вызывать больших 26 расходов на защитный газ и электроды. Так, в Германии, применяют главным образом сплавы алюминия, цинка и магния, которые хорошо удовлетворяют требованиям прочности, свариваемости, антикоррози' онной стойкости и не требуют больших затрат. Из'за высокой стоимо' сти сварки в вагоностроении алюминиевые кузова создают из экстру' зионных профилей, получаемых прессованием, которые соответству' ют условиям их нагрузки и конструкции данного узла, а также снижают до минимума необходимость сварки отдельных частей. В Японии построено большое количество электропоездов серии 301 с кузовами из сплава алюминия, цинка и магния, который вос' станавливает свою прочность при сварке без какой'либо термичес' кой обработки после естественного охлаждения при нормальной тем' пературе. В химический состав сплава входят (в %): Cu — не менее 0,2; Mg 0,5—2; Si — не менее 0,35; Zn 3,8—5,5; Fe — не менее 0,4; Cr 0,06—0,3; Mn — не менее 0,9; Ti — не менее 0,01. Сплав имеет прочность на разрыв более 35 кгс/мм2 (35·107 Па), предел текучести более 28 кгс/мм2 (28·107 Па) и применяется для наиболее ответственных деталей: боковых балок рамы, хребтовых и шкворневых балок, упоров тяговых приборов. Для стоек, крышевых дуг и обшивки использованы сплавы алюминия с несколько мень' шим содержанием титана или без него. В локомотиво' и вагоностроении в последнее время широкое при' менение получили полимерные материалы — пластмассы, обладаю' щие малой плотностью: они в 5'6 раз легче стали и в 2 раза легче алю' миния. Некоторые типы этих материалов — поропласты и пеноплас' ты — имеют плотность в 10 раз меньшую, чем плотность пробки. Все пластики являются антикоррозионными материалами и об' ладают высокой стойкостью к воздействию воды, кислот, щелочей, нефтепродуктов и других агрессивных сред. Многие типы пластмасс обладают значительной морозостойкостью и теплостойкостью, со' храняя эти свойства при температурах от –60 до +200 °С. Пластики обладают хорошими теплоизоляционными свойства' ми. Некоторые их них, изготовляемые как термо' и звукоизоляци' онные материалы, имеют очень низкий коэффициент теплопровод' ности. Пластмассы не подвержены гниению, газо' и водонепрони' цаемы, износоустойчивы. Многие пластики отличаются высокой прочностью, а некоторые из них не уступают по прочности метал' лам и являются прекрасным конструкционным материалом. 27 Свойство пластичности, присущее им при определенных услови' ях, дает возможность придавать получаемым изделиям желаемую форму с последующим ее сохранением. В Германии несущие части и детали кузова выполняются из пластмассы мультопрен. Снижение массы кузова такого вагона по сравнению со стальным кузовом дос' тигло 50 %. Важная особенность конструкции этих вагонов — воз' можность сборки кузова из отдельных заранее изготовленных эле' ментов, а следовательно, и быстрая замена поврежденных частей. Особый интерес представляют стеклопластики, которые изго' товляются с наполнителем из стеклянной ткани, матов, сетки или стеклянного волокна. Эти пластики обладают значительно боль' шей прочностью и сопротивляемостью действию химических реа' гентов, чем другие пластмассы. Стеклопластики лучше металлов поглощают вибрационные воздействия, имеют небольшой коэф' фициент температурного расширения, устойчивее, чем обычные пластики, к воздействию длительных нагрузок и обладают более высокой теплоемкостью. Другим материалом, получившим распространение для изготов' ления кузовов, является поропласт (мипора), благодаря его высо' ким термо' и звукоизоляционным свойствам. Однако существенным недостатком мипоры является ее высокая влагоемкость и значитель' ная потеря при этом термоизоляционных свойств, что вызывает не' обходимость специальной гидроизоляции (укупорки) мипоры ка' ким'нибудь пленочным пластиком. Сочетание стеклопластиков с по' ропластами нашло широкое распространение в вагоностроении. Кабина машиниста. Согласно ГОСТ 12.2.056'81 кабина должна быть рассчитана на одновременное присутствие трех лиц: машини' ста, помощника машиниста и машиниста'инструктора. В нашей стране кабины машинистов электровозов рассчитаны на правосто' роннее движение, в связи с чем рабочее место машиниста находится с правой стороны, а помощника машиниста — с левой. В кабине рас' положено оборудование управления электровозом: контроллер ма' шиниста, блоки автоматов цепей управления, сигнальные индика' торы, тормозные краны, измерительные приборы, радиостанция (рис. 2.7). Для создания приемлемого микроклимата кабины обору' дуют калориферами и кондиционерами, а их стены и потолок отде' лывают звукоизолирующими материалами. 28 Рис. 2.7. Пульт управления кабины электровоза ЭП10 Крыша кузова, как и его стенки, предназначена для защиты обо' рудования от атмосферного воздействия. Крыша по всей длине имеет проемы для обеспечения монтажа и демонтажа блоков оборудова' ния при постройке и ремонтах электровозов. Проемы закрыты кры' шевыми люками с мягкими уплотнителями. 2.5. Компоновка оборудования Объем оборудования, которое необходимо разместить в кузове, зависит от многих факторов: системы энергоснабжения, способа регулирования работы тяговых двигателей и их мощности, колесной формулы, массогабаритных характеристик оборудования, требова' ний к его охлаждению, климатических условий, требований по об' служиванию оборудования. Максимальные поперечные размеры кузова ограничены габари' том, а длина электровоза влияет на его экономические показатели — такие как его полезная длина (по условиям длины приемо'отправоч' ных путей), стоимость депо и ремонтных сооружений (канав, пес' козаправочных пунктов, ремонтных цехов), расход материалов, раз' меры производственных площадей. Поэтому длину электровоза стре' мятся по возможности сокращать. Предельная минимальная длина кузова электровоза (секции) оп' ределяется экипажной частью, т.е. размещением под кузовом задан' 29 ного числа осей (тележек) с учетом ударно'тяговых приборов (авто' сцепок). Расположение на подвижном составе электрического, пневмати' ческого и другого оборудования должно соответствовать следующим основным условиям: • удобное обслуживание оборудования, наблюдение за его ра' ботой при эксплуатации и условия для ремонта с соблюдением тре' бований техники безопасности; • минимальные протяженность и аэродинамическое сопротив' ление вентиляционных систем с воздуховодами; • объединение максимально возможного числа оборудования по функциональным и конструктивным параметрам в блоки; • минимально возможная длина электрических и пневматичес' ких коммуникаций; • максимальное использование несущих конструкций рам, кар' касов кузова в качестве оснований для крепления оборудования; • соблюдение правильной развески ЭПС; • соблюдение необходимых изоляционных расстояний. На электровозах постоянного тока оборудование располагают в двух продольных блоках с тремя проходами (рис. 2.8, а): один проход со' впадает с продольной осью электровоза, два других — находятся меж' ду блоками и боковыми стенками кузова. Один или два прохода ис' Рис. 2.8. Расположение оборудования на локомотивах: а — продольное с тремя проходами; б — смешанное с двумя проходами; в — поперечное 30 пользуются для доступа к оборудованию и для перехода из кабины в кабину односекционного локомотива или из секции в секцию много секционного. Иногда применяют смешанную схему — два продоль ных прохода с отдельными поперечными проходами (рис. 2.8, б). На электровозах ВЛ80 имеется только один боковой проход, а вся остальная площадь используется для размещения оборудования вдоль продольной оси локомотива. Оборудование скомпоновано в блоки с силовым электрооборудованием, панели аппаратуры управ ления и вспомогательных цепей. При поперечной компоновке (например, на электровозах ВЛ85) основное оборудование расположено в прямоугольных плоских бло ках, установленных перпендикулярно продольной оси электровоза, между которыми выполнены короткие поперечные служебные про ходы (рис. 2.8, в). На электровозах со ступенчатым регулированием напряжения ТЭД (ВЛ80Т, ВЛ80С) с целью сокращения длины электрических ком муникаций оборудование для регулирования напряжения (группо вой переключатель, переходные реакторы) устанавливают на верх ней крышке тягового трансформатора. Рядом с трансформатором располагают преобразовательные установки, сглаживающие реакто ры, вентиляционные установки. Над тележками устанавливают блоки силовых агрегатов с обору дованием для управления ТЭД (реверсивным и тормозным переклю чателями, линейными контакторами, отключателями, приборами ослабления возбуждения, защитнокоммутационной аппаратурой), а также вентиляторными установками. Такая компоновка позволяет максимально уменьшить длину воздуховодов и подсоединительных проводов к ТЭД. Блоки электроснабжения (распределительные щиты), электронные блоки управления располагают в непосред ственной близости от кабины управления. Для снижения уровня вибрации и шума в кабине машиниста глав ные компрессорные агрегаты устанавливают на максимально воз можном удалении от кабины (в торцовом отсеке или в задней высо ковольтной камере). Существенного снижения уровня вибрации можно добиться подрессориванием оборудования. Силовое электрооборудование находится в высоковольтных ка мерах и шкафах, которые оборудуют блокирующими устройства ми, исключающими доступ к нему при поднятых токоприемниках 31 или наличии напряжения на них. Высоковольтные камеры изго тавливают со сплошными или сетчатыми металлическими ограж дениями (дверцами). На крышах электровозов устанавливают оборудование, обеспе чивающее электрическое соединение электровоза с контактной се тью. К нему относят токоприемники и их отключатели, индуктив ные катушки для подавления радиопомех, разрядники, соединитель ные шины, проходные изоляторы. На электровозах переменного тока на крыше также устанавливают главные выключатели, проходные трансформаторы напряжения и тока, межсекционные разъедините ли. Кроме того, там могут располагаться главные и запасные резер вуары пневматической системы, змеевики для охлаждения сжатого воздуха, поступающего от компрессора, заборные жалюзи от венти ляционных систем, выбросные жалюзи блоков пусковых и тормоз ных резисторов и т.д. На магистральных электровозах устанавливают по два токопри емника. В нормальных условиях работает задний по ходу движения токоприемник, но при неблагоприятных условиях токосъема (напри мер, при гололеде) используют оба токоприемника. Чтобы не воз никло отжатие контактного провода при одновременной работе двух токоприемников, необходимо разносить токоприемники на значи тельное расстояние друг от друга. На электропоездах оборудование располагают под вагоном и на крыше. Оборудование, требующее защиты от атмосферных осадков, размещают в подвагонных ящиках, а также в тамбурных шкафах. Такое расположение требует применения дополнительных уплотне ний, защищающих оборудование от попадания влаги, снега и пыли. 2.6. Статическая развеска подвижного состава* В процессе компоновки локомотива статическая развеска позволяет осуществить такое взаимное расположение его узлов и агрегатов, при кото ром было бы реализовано наивыгоднейшее распределение нагрузок от ко лесных пар на рельсы. В практике проектирования локомотивов принят допуск на неравномерность распределения нагрузки по осям, равный 3 %. Развеска может быть продольной, т.е. в продольной вертикальной плос кости, и поперечной, т.е. в поперечной вертикальной плоскости, с развес кой тележек и без нее. Для определения нагрузки от кузова на тележки выполняется только развеска надтележечного оборудования, расположенного внутри кузова. Для 32 точного определения нагрузок от колесных пар на рельсы, кроме развески надтележечного строения локомотива, требуется также произвести и раз веску тележек. Если развеска тележек не производится, то предполагается, что вес их частей распределяется равномерно. При продольной развеске надтележечного строения локомотив представ ляется как плоская балка, находящаяся в статическом равновесии сил, со здаваемых весом каждого узла и группы деталей. Для того чтобы определить нагрузки от кузова и рамы с оборудованием, приходящихся на опоры передней и задней тележек, нужно по схеме эки пажной части и данным весовой ведомости (табл. 2.1) составить эскиз про дольной развески локомотива по образцу (см. рис. 2.9). Эскиз должен быть выполнен в масштабе по длине локомотива (соблюдение масштаба по вы соте необязательно). Продольная развеска надтележечного строения заключается в опреде лении его центра тяжести и нахождении расстояния от этой точки до мни мых центральных опор тележек. Точки размещения шкворневых устройств тележек или центры окружностей, проведенных через боковые опоры, рас положенные сверху на рамах тележек симметрично относительно продоль ных и поперечных осей, называются мнимыми центральными опорами. Для выполнения необходимых расчетов и оформления развески в соот ветствии с эскизом и весовой ведомостью нужно составить ведомость раз вески по форме табл. 2.1, вычислить и записать в ней моменты, создавае мые весами узлов относительно условной оси моментов. M i = Gi li , (2.1) где Gi — вес узла, кН; li — плечо приложения веса узла относительно условного центра моментов, м. 33 34 Рис. 2.9. Схема статической развески локомотива За условную обычно принимают ось, проходящую через центр головки передней автосцепки. В тех случаях, когда за условную принимают иную ось, дается оговорка в конце ведомости развески. Определяют центр тяжести надтележечного строения, вес которого пе' редается на опоры тележек. Координаты центра тяжести надтележечного строения определяется по формуле n хц.т = ∑Gi li i =1 G . (2.2) Установив центр тяжести надтележечного строения, тележки локомо' тива располагают на одинаковом расстоянии от центра тяжести. Перемещение центра тяжести проектируемого локомотива достигается небольшим перемещением отдельных узлов на раме или с помощью балла' стов. Подрессоренный вес, приходящий на буксы одной тележки: Pт = Gт nт + Gi , (2.3) где Gт — подрессоренный вес тележки, кН; nт — количество тележек. Нагрузка от одной колесной пары на рельсы 2П = Рт m0 + g, (2.4) где т0 — количество осей тележки; g — неподрессоренный вес тележки, прихо' дящийся на одну ось, кН. Для проверки расчетов полученная величина нагрузки от одной колес' ной пары на рельсы сравнивается с заданной; расчетная величина не долж' на превышать заданную. Контрольные вопросы 1. Каково назначение механической части? 2. Что такое тяговый модуль? Какие элементы конструкции элек' тровоза входят в его состав? 3. Что такое осевая формула и что она показывает? 4. Какие требования предъявляются к механической части элект' ровоза и электропоезда? 35