39. Тепловозы, оснвные части тепловозов

ТЕПЛОВОЗ - автономный локомотив, на котором в качестве силовой энергетической установки используется тепловой поршневой двигатель внутреннего сгорания - дизельный двигатель, величина эффективного кпд которого достигает 40—45%. Применение дизельного двигателя вместо паросиловой энергетической установки паровоза обеспечивает высокий уровень кпд тепловоза (26-31%), превышающий кпд паровоза в 4-5 раз.

К тепловозам, как к типу локомотивов, относят также такие специализированные виды автономного пассажирского моторвагонного подвижного состава, энергетическими установками которых служат двигатели внутреннего сгорания, как дизель - поезда, состоящие из моторных и прицепных вагонов, и автомотрисы - рельсовые автобусы.

Энергетическая цепь (последовательность этапов преобразования энергии) автономного локомотива состоит обычно из трех последовательных звеньев: теплового генератора, который преобразует химическую энергию топлива в тепловую энергию теплоносителя; теплового двигателя, преобразующего тепловую энергию теплоносителя в механическую работу вращения своего вала, и передаточного механизма (передачи), расположенного между выходным валом теплового двигателя и ведущими колесными парами и необходимого для преобразования момента и скорости вращения вала двигателя, передаваемых на колеса, в соответствии с требованиями тяги.

С точки зрения преобразования энергии энергетическая установка тепловоза (рисунок) имеет одно звено - тепловозный дизель Д, который совмещает функции теплового генератора и теплового двигателя. В цилиндре дизеля химическая энергия топлива Т в результате его горения (реакции окисления — соединения с кислородом атмосферного воздуха АВ) преобразуется в тепловую энергию продуктов сгорания (газов), которая при помощи поршня и кривошипно-шатунного механизма преобразуется в механическую работу вращения вала двигателя.

Общее устройство

Важнейшей частью тепловоза является его первичный двигатель - тепловозный дизель. На магистральных тепловозах применяются многоцилиндровые 4-и 2-тактные дизельные двигатели средней быстроходности (частота вращения вала n на номинальном режиме 750-1000 об/мин), на промышленных тепловозах и дизель-поездах используют более легкие быстроходные дизели (1350-1600 об/мин). Дизель поездного тепловоза обычно имеет 12-16 цилиндров диаметром 200-300 мм. Мощность дизелей магистральных тепловозов различного назначения находится в диапазоне от 880-1000 до 4400-4700 кВт.

Экипажная часть магистрального тепловоза состоит из колесных пар с буксами, объединенных в 2-, 3-или 4-осные тележки с упругим (рессорным) подвешиванием и опорно-возвращающими устройствами. К экипажной части обычно относят кузов и главную раму с ударно-сцепными устройствами - автосцепкой. Главная рама воспринимает и передает от ведущих колесных пар к составу через автосцепки горизонтальные продольные силы (тяги и торможения), служит основанием для размеще­ния силовой энергетической установки и вспомогательного оборудования, передает их вес через тележки и колесные пары на рельсы. Главная рама тепловоза как основа конструкции, определяющая срок его службы в целом, является одним из самых металлоемких элементов: при длине рамы 16-18 м ее масса составляет 10-15% общей массы тепловоза. Тележки могут поворачиваться относительно продольной оси опирающейся на них главной рамы на небольшой угол (3-5°) в горизонтальной плоскости. Такое устройство экипажной части облегчает прохождение кривых участков пути. У промышленных 2- и 3-осных тепловозов малой мощности ведущие колесные пары могут размещаться непосредственно в главной раме, как у паровозов. Кузов тепловоза также размещается на главной раме и защищает его оборудование от внешних воздействий. Тепловозы имеют кузовы вагонного (закрытого) типа (обычно магистральных тепловозов) и капотного типа (у маневровых и промышленных). Кузов вагонного типа образует машинное помещение с проходами для обслуживания энергетической установки; капотный кузов накрывает энергетическую установку сверху, поэтому доступ к ней обеспечивается через боковые дверцы в капоте. Для возможности прохода локомотивной бригады и ремонтного персонала на тепловозах с капотным кузовом устраивают с обеих сторон продольные и по концам рамы поперечные площадки; капотный кузов легче и дешевле. Такой тип кузова применяют на магистральных тепловозах в США, где это возможно по климатическим условиям.

Кузова тепловозов

Общее устройство магистральных тепловозов в значительной мере однотипно. Грузовые тепловозы отечественного производства (например, 2ТЭ10 или 2ТЭ116) состоят из двух одинаковых секций, соединенных между собой стандартной автосцепкой, что допускает возможность отдельной работы каждой секции. Секция с кузовом вагонного типа имеет свою кабину машиниста, где расположен пульт управления. При совместной работе обе секции управляются с поста управления головной секции. Источником энергии служит дизель, основная часть вырабатываемой им энергии передается тяговому генератору (постоянного тока), вал которого соединен с коленчатым валом дизеля. Дизель и генератор установлены на общей поддизельной раме и составляют единый агрегат - дизель-генератор, который, как наиболее тяжелый узел, расположен в средней части главной рамы. Это обеспечивает более равномерное распределение нагрузок на колесные пары, которые объединены в две 3-осные тележки.

Части тепловоза

Главная рама состоит из двух мощных продольных несущих элементов — хребтовых балок, изготовленных из двутаврового стального проката и усиленных накладками, и двух боковых стенок кузова. Продольные балки соединены несколькими поперечными перегородками из листа, а по концам - литыми поперечными балками, образующими стяжные ящики, предназначенные для установки автосцепок. В средней части продольные балки соединены также двумя по­перечными шкворневыми балками над каждой тележкой. В горизонтальной плоскости балки главной рамы объединены сверху и снизу листами настила, верхний настил образует пол машинного помещения кузова.

На оси каждой колесной пары подвешены тяговые электродвигатели, которые питаются током от тягового генератора и преобразуют его энергию в механическую работу, приводя во вращение (через тяговые редукторы) колесные пары. Применяются электрические передачи постоянного тока (тепловозы типа 2ТЭ10) и передачи переменно-постоянного тока (2ТЭ116), при которых генератор вырабатывает переменный ток, а тяговые двигатели питаются выпрямленным током через промежуточный полупроводниковый преобразователь.

Для привода агрегатов вспомогательного оборудования тепловоза часть мощности от вала дизеля отбирается через передний и задний распределительные редукторы. С передним редуктором связаны тормозной компрессор и двухмашинный агрегат, состоящий из возбудителя (генератора, питающего током обмотки главных полюсов тягового генератора) и вспомогательного генератора, который служит источником для питания вспомогательных электрических цепей низкого напряжения (управления, освещения, заряда аккумуляторной батареи и т.п.). От вала заднего редуктора через гидроредуктор приводится вентилятор охлаждающих устройств тепловозного дизеля. Вентилятор просасывает воздух извне через секции радиаторов, отводя теплоту от воды системы охлаждения дизеля.

Секции расположены с обеих сторон шахты охлаждающих устройств.

Кузов тепловоза вагонного типа 2ТЭ10 состоит из лобовой, боковых и торцевой стенок и крыши, по периметру основания опирается на раму. По длине кузов разделен на несколько частей: передняя часть - кабина машиниста, средняя часть - машинное (дизельное) помещение, где размещается дизель-генератор и часть вспомогательного оборудования, и концевая часть — шахта, где размещены охлаждающие устройства дизеля. Часть кузова между кабиной машиниста и дизельным помещением отведена для высоковольтных камер, в которых размещены электрические аппараты силовых и вспомогательных цепей. По обе стороны дизеля под полом размещены элементы аккумуляторной батареи, которая служит для электрического пуска дизеля В качестве стартера используется тяговый генератор, работающий при этом в режиме двигателя.

Запас топлива содержится в баке, подвешенном к раме в средней ее части. Воздух для работы дизеля засасывается из атмосферы через воздухоочистители, размещенные с обеих сторон (в боковых стенках кузова), турбокомпрессорами и центробежным нагнетателем. Тяговые электрические машины имеют воздушное охлаждение. Для отвода теплоты от них служат три вентилятора, один для охлаждения генератора и два — для охлаждения тяговых электродвигателей.

Магистральные тепловозы с электрической передачей других серий имеют в общем такую же компоновку силового и вспомогательного оборудования. Их устройство может принципиально отличаться наличием некоторых новых или дополнительных узлов. Например, грузовой тепловоз 2ТЭ121 (рисунок ниже) имеет электрическую передачу переменно-постоянного тока, поэтому на нем непосредственно над генераторным агрегатом, который объединяет тяговый и вспомогательный генераторы, размещена силовая выпрямительная установка. Кроме того, тепловоз имеет единую, централизованную систему воздушного охлаждения тягового электрооборудования, которая включает в себя общий блок воздухоочистителей и вентилятор

Компоновка тепловоза

Внешний вид тепловоза и размещение оборудования зависят от конструкции его кузова. Грузовые тепловозы имеют кузов вагонного типа, который состоит из каркаса, выполняемого из стального профильного проката, наружной и внутренней обшивки из металлического листа и теплоизоляции между ними. Продольные элементы каркаса кузова частично (например, нижняя часть боковых стенок) используются для усиления главной рамы (увеличения жесткости). В стенках и крыше кузова имеются проемы, через которые осуществляется подвод воздуха извне для работы и охлаждения дизеля и тягового электрооборудования, а также выброс нагретого воздуха от вентилятора охлаждающих устройств дизеля.Кузов имеет эксплуатационные проемы (окна в кабине и боковых стенках, двери в боковых и торцевых стенках); технологические и ремонтные проемы (например, в крыше для доступа к отдельным узлам), которые выполняются в виде люков с крышками. В грузовом тепловозе средняя часть крыши кузова (над машинным помещением), которая находится между кабиной машиниста и отсеком высоковольтных камер с передней стороны и задней частью с шахтой охлаждающих устройств, выполняется съемной для возможности извлечения дизель-генератора в сборе при ремонте или замене.

С целью снижения общего веса кузова и главной рамы на пассажирских тепловозах иногда каркас боковых стенок выполняют в виде несущих раскосных ферм, воспринимающих совместно с главной рамой вертикальные и продольные нагрузки, такой кузов называют несущим. С этой же целью каркас и обшивку на пассажирских тепловозах выполняют из алюминиевых сплавов.

На маневровых и промышленных тепловозах, имеющих кузов капотного типа, кабина машиниста располагается между передним и задним капотами и возвышается над ними. Кузов состоит из пяти частей: камера охлаждающих устройств с диффузором вентилятора, капот над двигателем, капот над высоковольтной камерой, кабина машиниста и капот над аккумуляторной батареей. Между собой части кузова соединяют болтами. Камера охлаждающих устройств и кабина машиниста приварены к главной раме. Капот над двигателем съемный, по периметру присоединяется к смежным частям кузова и к главной раме болтами. Боковые стенки капота выполнены в виде ряда дверок, обеспечивающих доступ к агрегатам тепловоза. На крыше капотов расположены люки, закрытые крышками, используемые для выемки крупных узлов дизеля, передачи и привода агрегатов (аккумуляторов, компрессора, турбокомпрессора и т. п.). На торцах кузова имеются люки для набора песка и скобы для доступа к ним. Вокруг капотов на настиле рамы устроены передняя, задняя и боковые площадки с внешним ограждением. Кабина машиниста дает возможность хорошего обзора, т. к. имеет окна со всех четырех сторон, что особенно важно при выполнении маневровой работы на ж.-д. станциях.

40. Электрический подвижной состав. Электро поезда, их назначение; особенности вагонов, из кооторых состоит электропоезд.

На электропоездах устанавливают тяговые двигатели постоянного тока с питанием от контактной сети напряжением 3000 В и двигатели пульсирующего тока, питающиеся через преобразователи от контактной сети напряжением 25 000 В. Тяговые двигатели имеют последовательное возбуждение. Все изложенное выше о коммутации, реакции якоря, конструкции тяговых двигателей электровозов относится и к тяговым двигателям электропоездов. Мощность тяговых двигателей электропоездов значительно ниже, чем двигателей электровозов, и в часовом режиме составляет 200 кВт. На каждом моторном вагоне установлено по четыре тяговых двигателя и, следовательно, десятивагонный электропоезд приводят в движение тяговые двигатели общей мощностью 4000 кВт.

Сравнительно небольшая мощность тяговых двигателей и специфика режима работы электропоездов позволяют применить систему самовентиляции; вентилятор устанавливают на валу двигателя. При самовентиляции внутри двигателя создается разрежение, которое способствует проникновению пыли и снега внутрь двигателя. Поэтому на электропоездах забор воздуха осуществляется в верхней части кузова вагона. Воздух проходит через очистительные фильтры и отстойные камеры, а затем через гибкие патрубки, которые соединяются с тяговыми двигателями. При разгоне электропоезда в течение некоторого времени тяговые двигатели работают с током, большим номинального (продолжительного режима) значения. Скорость движения и расход воздуха невелики, что вызывает быстрый нагрев обмоток двигателя. Затем почти во всех случаях происходит движение электропоезда в режиме выбега с достаточно высокой скоростью и торможение. Температура тягового двигателя к очередному пуску после стоянки успевает значительно снизиться.

Пуск тяговых двигателей электропоездов постоянного тока производится при включенном пусковом реостате на последовательном соединении тяговых двигателей моторного вагона с последующим переходом на последовательно-параллельное соединение (по два двигателя в каждой цепи). Напомним, что для электровозов такое соединение условно считают параллельным. При таком способе пуска потери электроэнергии в пусковых реостатах моторного вагона снижаются до 33% всей энергии, затраченной на пуск, вместо 50%, если бы пуск производился без перегруппировки тяговых двигателей . Это очень важно в условиях пригородного движения со сравнительно частыми остановками и пусками электропоездов.

Переход с одного соединения двигателей на другое осуществляется по мостовой схеме. Как и на электровозах, для увеличения числа скоростных характеристик в электропоездах используется ослабление возбуждения. Обычно применяют две его ступени. Направление движения изменяют, переключая обмотки возбуждения.

На электропоездах переменного тока ЭР9 всех индексов к вторичной обмотке трансформатора по мостовой схеме подключена выпрямительная установка, собранная из кремниевых диодов; она питает пульсирующим током тяговые двигатели. Тяговые двигатели соединены постоянно в две параллельные группы: по два последовательно в каждой группе. Для регулирования подводимого напряжения и, следовательно, скорости движения вторичная обмотка трансформатора имеет восемь секций с одинаковыми напряжениями в каждой секции; напряжение каждой секции вторичной обмотки трансформатора при холостом ходе составляет 276 В. Следовательно, максимальное напряжение вторичной обмотки равно 276*8= 2208 В.

В силовую цепь электропоездов, помимо тяговых двигателей, входят в основном те же аппараты, что и на электровозах,— токоприемники, реверсоры, аппараты защиты и т. п. Работой аппаратов силовой цепи управляют с помощью контроллеров машиниста. Но, в отличие от электровозов, необходимые переключения при пуске, разгоне и движении осуществляются автоматически. Применение автоматического управления стало возможным, потому что в отличие от поезда с электрическим локомотивом в голове, где масса состава может изменяться в больших пределах, масса электропоезда определяется в основном тарой вагоне, т. е. практически постоянна. Автоматические переключения происходят под контролем реле ускорения, которое срабатывает в зависимости от значения тягового тока.

Основным групповым аппаратом, производящим все переключения в силовой цепи моторного вагона ЭР2, служит реостатный контроллер, в электропоездах ЭР9 — главный контроллер.

Главная рукоятка контроллера машиниста, с помощью которого управляют работой тяговых двигателей, имеет только четыре положения вместо более трех десятков на электровозах. При постановке ее в положение 1 реостатный контроллер под контролем реле ускорения, поворачиваясь и производя соответствующие переключения, выводит из цепи управления ступени пускового реостата при последовательном соединении тяговых двигателей. В положении 2 главной рукоятки контроллера машиниста включается первая, а затем автоматически вторая ступень ослабления возбуждения. Положение 3 главной рукоятки контроллера соответствует параллельному соединению двигателей. Все необходимые переключения также осуществляются под контролем реле ускорения. Если главная рукоятка контроллера машиниста установлена в положение 4, производится дальнейший разгон электропоезда, так как автоматически поочередно включаются две позиции ослабления возбуждения. Кроме того, главная рукоятка контроллера машиниста имеет маневровое положение, в котором при включенном пусковом реостате и последовательно соединенных двигателях электропоезд перемещается с низкой скоростью.

Столько же положений имеет главная рукоятка контроллера машиниста электропоездов ЭР9. В зависимости от ее положения под контролем реле ускорения поворачивается вал главного контроллера. В результате изменяется число подключенных к выпрямительной установке секций вторичной обмотки трансформатора, а также ступеней ослабления возбуждения.

Защита силовых цепей электропоездов аналогична защите таких цепей на электровозах: начиная от быстродействующего или главного выключателя и кончая защитой от радиопомех. Для предохранения буксовых подшипников колесных пар от электрокоррозии устанавливают по два заземляющих устройства на каждую тележку моторного вагона.

Для обеспечения работы электропоездов устанавливают вспомогательные машины: мотор-компрессоры, мотор-генераторы, мотор-вентиляторы, электронасосы для циркуляции охлаждающего масла в тяговом трансформаторе моторных вагонов ЭР9, расщепитель фаз и др.

В отличие от электровозов двигатели мотор-компрессоров электропоездов постоянного тока работают при номинальном напряжении 1,5 кВ. Для получения напряжения 1,5 кВ устанавливают специальную машину постоянного тока, называемую делителем напряжения.

Все тележки моторных и прицепных вагонов являются двухосными с двойным рессорным подвешиванием. Первая ступень рессорного подвешивания расположена в буксовом узле и называется надбуксовым подвешиванием, а вторая, расположенная в центре тележки,— центральным подвешиванием. В рессорном подвешивании применены только цилиндрические пружины. Листовые рессоры не применяют, поскольку они обладают значительным внутренним трением между листами. При движении электропоезда возникают высокочастотные колебания, которые не гасятся листовыми рессорами. Эти колебания передаются вагону в виде шума, тряски, вибрации. Цилиндрические же пружины, не имея внутреннего трения, обеспечивают вагону плавный и бесшумный ход. В устройстве тележек предусмотрены и другие дополнительные гасители колебаний.

Колесные пары моторных и прицепных вагонов электропоездов имеют разную конструкцию. Колесная пара моторного вагона, как и на электровозе, состоит из колесных центров, на которые насаживают бандажи. На них имеется также подшипниковый узел редуктора. Колесная пара прицепного вагона состоит только из оси и двух цельнокатаных колес.

На электропоездах ЭР2 и ЭР9П (М, Е) применено рамное подвешивание тяговых двигателей. Тяговый привод односторонний, состоит из большого цилиндрического прямозубого колеса и шестерни, которые заключены в литой корпус, обеспечивающий неизменную централь, и эластичной муфты. Эластичная муфта передает вращающий момент от двигателя к зубчатой передаче и компенсирует несоосность валов двигателя и шестерни, возникающую в результате взаимного перемещения полностью подрессоренного двигателя и неподрессо-ренной колесной пары при движении вагона.

Автоматическая локомотивная сигнализация (АЛСН) и поездной автостоп, хстаповленные в головных вагонах электропоездов, повышают безопасность движения, способствуют повышению пропускной способности железных дорог. Устройства АЛСН допускают проследование желтого огня путевого светофора со скоростью не более 60 км/ч. Когда на локомотивном светофоре горит красный огонь, скорость не должна превышать 20 км/ч. При превышении указанных скоростей движения сработает автостоп и произойдет принудительная остановка электропоезда, предотвратить которую машинист уже не может. Основным прибором автостопа является электропневматический клапан, связывающий электрическую часть с пневматической тормозной системой электропоезда.

Оборудование электропоездов в основном располагают под кузовами вагонов. Под кузовом моторного вагона на электропоезде постоянного тока располагают пусковые реостаты, резисторы ослабления возбуждения, индуктивные шунты, быстродействующий выключатель и др. На крыше устанавливают токоприемник, устройство для защиты от радиопомех, разрядники, опорные изоляторы с соединяющей шиной для параллельной работы токоприемников электропоезда. В лобовой части вагона устроены два шкафа: один для высоковольтных аппаратов (реле ускорения, счетчик, амперметр и др.), другой — для низковольтной аппаратуры.

В головном и прицепном вагонах под кузовом установлены аккумуляторная батарея, мотор-компрессор, генератор управления и другое оборудование. Головной вагон имеет кабину машиниста с аппаратами, необходимыми для управления электропоездом.

В электропоездах ЭР9П(М, Е) также основное оборудование расположено под вагонами, в том числе тяговый трансформатор, сглаживающие реакторы и др. Главный выключатель установлен на крыше моторного вагона.Пассажирский вагон — железнодорожный вагон, предназначенный для размещения пассажиров при их перевозке с обеспечением необходимых удобств в составе пассажирских поездов. Пассажирский вагон — основная часть пассажирского вагонного парка, в состав котоpoгo входят также вспомогательные вагоны пассажирского парка: вагоны-рестораны, багажные вагоны, почтовые вагоны.

Пассажирский вагон ОАО «РЖД»

Интерьер пассажирского вагона ОАО «РЖД»

Пассажирский вагон по способу перемещения разделяются на:

несамоходные (вагоны локомотивной тяги), используемые в дальнем и межобластном сообщении, составляют основную часть (более 70 процентов) пассажирского парка.

самоходные, являющиеся, как правило, составными единицами поездов постоянного формирования моторвагонного подвижного состава — электросекций и дизель-поездов. В зависимости от дальности следования поездов в них используют различные пассажирские вагоны: спальные, купейные или некупейные (открытого типа), с креслами или жёсткими местами для сидения.

Механическое оборудование

1 Кузов. Предназначен для перевозки пассажиров или грузов, его конструкция зависит от типа вагона.

2 Рама. Является основанием кузова. Состоит из продольных и поперечных балок, жёстко связанных между собой. На ней размещаются ударно-тяговые приборы и часть тормозного оборудования.

3 Ходовая часть. Предназначена для безопасного движения вагона по рельсовому пути с необходимой плавностью и наименьшим сопротивлением движению. Состоит из колёсных пар, буксовых узлов, рессорного подвешивания

4 Ударно-тяговые приборы. Предназначены для сцепления вагонов между собой и с локомотивом, удержания их на определённом расстоянии друг от друга, смягчения действия растягивающих и сжимающих усилий, которые возникают в процессе движения. Состоят из автосцепного оборудования и упругих переходных площадок с буферными комплектами.

5 Автотормозное оборудование. Предназначено для искусственного сопротивления движению поезда или остановки. Используются тормоза: ручные, электромагнитные, электрические, пневматические, электропневматические.

Теплотехническая система

1 Автоматика

2 Энергоснабжение

3 Коммуникации

4 Отопление и вентиляция.

Системы жизнедеятельности

1 Внутреннее обустройство (интерьер). Предназначено для удобного размещения пассажиров и багажа в вагонах и создания необходимых условий для работы проводника. Подразделяется на несъёмное, то есть постоянно находящееся на вагоне (мебель, столики, поручни, ступеньки), и съёмное (постельные принадлежности, веники, коврики, пылесосы, вёдра).

2 Системы безопасности: сигнализация утечек тока на корпус,

3 Водоснабжение. Предназначена для обеспечения пассажиров питьевой водой, удовлетворения их бытовых нужд, пополнения системы отопления между заправками.

4 Освещение: основное (люминесцентное), дежурное, служебное, аварийное (лампы накаливания).

5 Система отопления. Предназначены для поддержания установленного температурного режима внутри вагона, вне зависимости от температуры окружающей среды и скорости движения воздуха. Кроме того система отопления должна подогревать воздух, подаваемый в вентиляционную установку, обеспечивать подогрев воды в системе горячего водоснабжения, а также обогревать головки водоналивных и сливных труб.

6 Вентиляция и кондиционирование воздуха. Предназначена для обеспечения необходимого воздухообмена и подпора воздуха в вагон, препятствующего проникновению пыли, а также неочищенного воздуха, зимой не подогретого, а летом — не охлаждённого, через неплотности ограждения.

Кузова всех пассажирских вагонов выполнены в виде металлической коробки, состоящей из рамы с полом, двух боковых и двух торцевых стен, крыши и концевых перегородок, отделяющих тамбур от пассажирского помещения. Конструкция кузова встречается двух вариантов:

1. С хребтовой балкой (в отечественных вагонах)

2. Без хребтовой балки (в вагонах Германии и Венгрии)

Кузов имеет каркас, образованный балками пола, стойками боковых стен и дугами крыши. Снаружи каркас покрыт стальным листом толщиной 3 мм. Внутренняя обшивка стен выполнена из дерево-плиты толщиной 19 мм или из фанеры толщиной 10 мм. Перегородки из плиты толщиной 25 мм. Пол настилают плитами толщиной 19 мм.[1]

В стены, потолок и пол пространства между металлическими листами и внутренней обшивкой закладывают теплоизоляцию — пенополистирол. Сохранение тепла в вагоне зависит от состояния термоизоляции и качества её укладки, а также соблюдения режима отопления проводником.

Двери всех вагонов подразделяются на наружные металлические и внутренние из деревянных или фанерных плит, облицованных пластиком и армированных металлическим каркасом. Для облегчения входа в вагон с низких платформ, наружные двери снабжены подножками с откидывающейся ступенькой. На всех пассажирских вагонах окна бывают: опускные (опускаются на 1/3 часть окна), глухие (не открываются), окна с термопакетами и аварийные (опломбированы, после открытия закрыть нельзя).

Ходовые части вагона представляют, как правило, две двухосные тележки, которые имеют связь с кузовом, обеспечивающую свободу взаимных угловых перемещений в трёх плоскостях, а также передачу продольных тяговых и тормозных усилий.

На каждом конце вагона установлено ударно-тяговое и переходное устройство, состоящее из автосцепного устройства с поглощающим аппаратом (для передачи продольных нагрузок в поезде), амортизаторов буферного типа и опирающейся на них переходной площадки (с мостиком и уплотнительной рамкой), образующей замкнутый тоннель между сцепленными вагонами.

Все пассажирские вагоны оборудованы тормозной системой — комплексом устройств, состоящим из автоматического (электро)пневматического тормоза и механической тормозной рычажной передачи, установленных на кузове и вагонных тележках, а также кран экстренного торможения. Основным помещением для пассажиров является купе.

Ходовые части

Современные пассажирские вагоны, находящиеся в эксплуатации в странах бывшего СССР, оборудованы тележками типа КВЗ-ЦНИИ I и КВЗ-ЦНИИ II, которые выпускаются с 1965 года. С недавнего времени в России Тверской вагоностроительный завод начал устанавливать на свои вагоны тележки безлюлечного типа с дисковыми тормозами и кассетным подшипником, в том числе рассчитанные на скорость до 200 км/ч.

Технические данные тележки КВЗ-ЦНИИI:

скорость — до 160 км/ч

масса — 7,4 тонн

база — 2,4 метра

колёсная пара — РУ-950 (роликовая унифицированная)

Тележка состоит из следующих основных узлов:

рама

балки, в зависимости от конструкции

две колёсные пары с буксами

два комплекта центрального подвешивания

два комплекта буксового подвешивания

тормозная рычажная передача с двухсторонним нажатием колодок

Колёсная пара

Колёсная пара является наиболее ответственной частью вагонной тележки. От её состояния зависит плавность хода и безопасность движения. Колёсная пара состоит из оси и двух колёс. Расстояние между внутренними гранями колёс при скорости поезда до 120 км/ч должно быть 1440 мм ± 3, а при скорости свыше 120 км/ч — 1440 +3 −1 мм.

Ось состоит из двух буксовых шеек, двух предподступичных, двух подступичных частей и одной средней части. Колесо состоит из ступицы, диска и обода (обод имеет гребень и поверхность катания).

Обыкновенное и полное освидетельствование колёсной пары

Полное освидетельствование проводится при формировании колёсной пары, а также при обточке колёсной пары по прокату, при ремонте колёсной пары, после крушений и аварий. На торце колёсной пары ставят клейма, согласно правилам маркировки. На правом торце оси: номер завода-изготовителя оси, номер пункта, перенесшего знаки маркировки, номер оси, клейма ОАО «РЖД», дата изготовления оси, знак формирования. На левом торце оси: дата и место формирования, место и дата полного освидетельствования. На ободе колеса: год изготовления колеса, марка стали, номер плавки, номер завода-изготовителя, номер колеса, принадлежность государству (20 — Россия). Обыкновенное освидетельствование проводится перед каждой подкаткой колёсной пары под вагон. При этом проводится диагностирование элементов для выявления трещин, проверяется соответствие всех размеров и износов установленным нормам.

Неисправности колёсной пары

Прокат — это естественный износ поверхности катания колеса при соприкосновении с рельсом и тормозными колодками. При чрезмерном прокате гребень может повреждать или срезать болты рельсовых креплений. При превышенном размере проката необходимо восстановить профиль поверхности катания обточкой на колёсопрокатном станке.

Ползун — это протёртость на поверхности катания колеса, которая образуется при заклинивании колёсных пар (неисправность, если зажаты тормозными колодками при не отпущенных тормозах, движение юзом), когда они не вращаются, а скользят по рельсам. Ползун вызывает сильные удары колеса о рельсы во время движения, может разрушиться как колесо, так и рельс.

Навар — это неисправность, при которой появляется смещение металла на поверхности катания.

Тонкий гребень — уменьшение толщины гребня до 25 мм и менее (Правилами Технической Эксплуатации установлена толщина гребня не более 33 мм).

Оборудование

На пассажирских вагонах смонтировано следующее оборудование:

Внутреннее

Климатическое

Санитарно-техническое

К внутреннему оборудованию пассажирского вагона относятся устройства, составляющие интерьер вагона и выполняющие его планировку в соответствии с назначением (перегородки между помещениями, облицовка стен, пола и потолка, места для лежания или сидения пассажиров, размещения багажа, а также окна, двери, различная арматура). Каждый пассажирский вагон имеет систему электроснабжения, обеспечивающую питание электроэнергией всех его потребителей (устройства отопления, освещения).

К климатическим устройствам пассажирского вагона относится комплекс оборудования — установки отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, необходимые для обеспечения в вагоне нормальных температурных условий и воздухообмена.

В санитарно-техническое оборудование пассажирского входят санитарные узлы и система водоснабжения. До недавнего времени устройство санитарных узлов было таково, что их нельзя было использовать при прохождении поезда через селитебные зоны. Использованная вода и нечистоты сбрасывались прямо на пути. С этим связано существование санитарных зон, когда при прохождении через крупные города туалеты в вагонах закрываются на несколько часов. С оборудованием вагонов биотуалетами проблема постепенно решается.

Системы электроснабжения пассажирских вагонов

Четыре основные системы: Отличаются типом источника питания и способом доставки на вагон электроэнергии.

автономная

смешанная

централизованная

централизованная высоковольтная

Автономная система

Система распределения смонтирована на распределительном щите в служебном купе проводника. На вагонах с автономной системой электроснабжения имеется полный комплект устройств, необходимых для работы:

источник питания

потребители

система распределения энергии.

Источник питания предназначен для получения электрической энергии. На пассажирском вагоне имеется минимум два источника питания:

аккумуляторная батарея

генератор

При движении питание производится от генератора. Вал генератора приводится во вращение с помощью механической передачи, которая называется приводом генератора. У большинства пассажирских вагонов генератор начинает работать на скорости около 35 км/ч. Если скорость движения меньше, то питание осуществляется от аккумуляторной батареи. В качестве генераторов используют следующие виды электрических машин:

генераторы постоянного тока (на более старых вагонах)

генераторы переменного тока

Мощность любого генератора составляет примерно:

8-12 киловатт на вагонах без кондиционера

28-32 киловаттa на вагонах с кондиционером (привод генератора — редуктор от средней части оси колесной пары)

Если скорость движения поезда мала или он не движется, то напряжение на выходе генератора отсутствует либо не достаточно для питания потребителей. Если поезд движется с высокой скоростью, то напряжения генератора становится выше ЭДС аккумуляторной батареи. При этом ток в аккумуляторной батарее меняет направление и она становится одним из потребителей (накапливает электрическую энергию). Обратный диод предотвращает разряд аккумулятора через обмотку неработающего генератора, когда поезд не движется.

При автономной системе электроснабжения напряжение составляет:

52 В на вагонах без кондиционирования

110 В на вагонах с кондиционированием

Автономная система с генератором переменного тока

Генератор переменного тока подключается к аккумуляторной батарее через трёхфазный выпрямитель. Все потребители рассчитаны на постоянный ток, как и в предыдущей системе.

Смешанная система электроснабжения

При смешанной системе электроснабжения у пассажирского вагона имеются все те источники питания, что и при автономной. Дополнительно к ним имеется подвагонная высоковольтная магистраль, по которой высокое напряжение (3000 вольт) подаётся от электровоза, если поезд следует по электрифицированному участку. 3000 вольт на каждом вагоне используют только для питания комбинированного отопления.

ТЭНы, расположенные в отопительном котле, при подключении к ним напряжения 3000 вольт нагреваются и нагревают теплоноситель (вода, антифриз). Теплоноситель циркулирует по отопительным трубам и отапливает вагон.

На вагонах со смешанной системой электроснабжения имеется два рабочих напряжения:

низкое (54/110 В)

высокое (3000 В)

Централизованная система электроснабжения с вагоном-электростанцией

При такой системе электроснабжения подвагонные генераторы с приводом от колёсной пары не устанавливают. На вагонах имеется только аккумуляторная батарея небольшой ёмкости. Чтобы заряжать аккумулятор, в состав поезда включают специальный вагон, не предназначенный для перевозки пассажиров. Этот вагон называют вагон-электростанция. Внутри находятся мощные генераторные установки. Энергии, вырабатываемой этими генераторами, достаточно для питания всех вагонов поезда.

Вагоны-электростанции бывают мотор-генераторными и дизель-генераторными. Мотор-генераторные электростанции работали в составе скоростного поезда «Аврора».

Для подачи электроэнергии от вагона-электростанции к каждому вагону на таких поездах предусматривается подвагонная магистраль с напряжением 380 вольт.

Централизованная высоковольтная система питания

Используется на «Невском экспрессе», «Красной стреле» и «Столичном экспрессе» (Москва-Киев), а также на поезде "Жигули" (Самара - Москва). При такой системе вместо генератора под вагоном установлен специальный блок электроснабжения (БЭВ), состоящий из электронных преобразователей. Питание 3000 вольт, поступающее от электровоза, преобразуется в переменный ток и понижается до необходимого уровня, а затем используется для питания потребителей.

Основные технические характеристики

Линейные размеры пассажирского вагона:

длина вагона (расстояние между торцевыми стенками вагона) — 23,6 метра

с учётом автосцепок — 24,75 метра

База вагона (расстояние между шкворнями) — 17 метров

Тара вагона (собственная масса вагона в полном экипировании, но без пассажиров) не более – 58 тонн

Осность (количество осей под вагоном) — 4 оси

Населённость (количество мест)

Эксплуатационные характеристики

Для оценки эксплуатационно-технических и экономических преимуществ конструкции пассажирского вагона при одинаковом комфортном уровне обычно используются следующие показатели:

относительная масса тары — масса вагона, приходящаяся на одно пассажирское место

погонная населённость — число пассажирских мест, приходящихся на единицу длины (1 метр) вагона по осям автосцепок.

У пассажирского вагона дальнего следования, используемых в парке РЖД, относительная масса тары составляет около 1500 кг на одно место в спальных вагонах открытого типа и 950 кг — в купейных; на 1 метр длины населённость соответственно — 1,42 и 2,1 пассажира.

Знаки и надписи

На торцевой стене пассажирского вагона трафаретом наносят (в соответствии с Альбомом "Знаки и надписи на пассажирских вагонах" 0082-05 ПКБ ЦЛ):

место приписки вагона (ЛВЧД №…)

дата последнего деповского ремонта (ДР)

дата и место последнего заводского ремонта (КР1, КР2)

весенне-осеннее «оздоровление» (ТО-2)

дата единой технической ревизии (ТО-3)

знак «высокое напряжение»

высота автосцепки над уровнем головки рельса (980—1080)

На боковой стороне вагона наносят:

у входной двери рабочего тамбура: тару вагона, количество посадочных мест.

в центре вагона логотип железнодорожной компании и номер вагона:

Например: 003 24736 (в 2 строки). Где: 0 — род вагона (пассажирский), 03 — код железной дороги, 2 — тип вагона, 473 — порядковый номер, 6 — контрольная цифра

Типы вагонов:

0 — спальный

1 — купейный

2 — плацкартный

3 — межобластной

4 — почтовый

5 — багажный

6 — ресторан

Тормоз 292.jpg

7 — служебный

8 — принадлежащий частным компаниям

На всех вагонах также нанесён трафарет с указанием типа воздухораспределителя. Например, надпись Тормоз 292 ставится на вагонах, имеющих воздухораспределитель номер 292.

Виды и сроки ремонта

В соответствии с приказом Министерства транспорта Российской Федерации от 13.01.2011 г. № 15 «О внесении изменений в приказ Министерства путей сообщения Российской Федерации от 4 апреля 1997 г. № 9Ц» для поддержания пассажирских вагонов в исправном состоянии существует система их осмотра и ремонта:

ТО-1 — техническое обслуживание первого объёма. Осуществляется перед отправлением вагона в рейс, а также в пунктах оборота на пунктах технического осмотра.

ТО-2 — техническое обслуживание второго объёма. Проводится перед летними или зимними перевозками. Выполняется в период с 15 марта по 25 мая или с 5 сентября по 31 октября.

ТО-3 — техническое обслуживание третьего объёма (единая техническая ревизия). Проводится через год после капитального, заводского, деповского ремонта или с момента постройки.

ДР — деповской ремонт. Он проводится в депо, к которому приписан вагон, по пробегу 500 (или 600) тысяч километров (36 месяцев).

КР-1 — капитальный ремонт первого объёма. Осуществляется на заводе или депо через шесть (для вагонов с дисковыми тормозами-через восемь) лет после постройки вагона. Далее через 6 (8) лет.

КР-2 — капитальный ремонт второго объема. Проводится один раз в 18 лет на заводе. Меняется теплоизоляция, электропроводка.

КВР — капитально-восстановительный ремонт. Проводится один раз в 27 (или 28) лет после постройки.

Перспективы развития

При конструировании пассажирских вагонов новых типов решаются следующие задачи:

повышение комфортабельности и безопасности поездок пассажиров

обеспечения охраны окружающей среды (применение устройств для предотвращения загрязнения пути)

облегчения тары вагонов, путём применения в несущей конструкции нержавеющих сталей и лёгких сплавов

повышения конструкционной скорости до 140—160 километров в час для массовых вагонов дальнего следования (скоростных вагонов) путём улучшения характеристик ходовых частей, тормозного оборудования, применения кузова обтекаемой формы с высокими аэродинамическими качествами.

повышение пассажировместимости за счёт применения двухэтажных вагонов.поезд.

К электрическому подвижному составу относятся электровозы и электропоезда. В зависимости от рода применяемого тока различают электроподвижной состав постоянного и переменного тока, а также двойного питания.

Основные данные об электроподвижном составе отечественных железных дорог приведены в таблице.

таблица

схема электровоза ВЛ80К

схема электровоза ВЛ80К

Электрический подвижной состав включает в себя механическую часть, пневматическое и электрическое оборудование.

электровоз ВЛ-11

К механической части относятся кузов и тележки (экипажная часть).

Электрическое оборудование — это тяговые электродвигатели, аппараты управления и устройства защиты, токоприемники, вспомогательные электрические машины, аккумуляторная батарея, а на электровозах и электропоездах переменного тока и двойного питания — также тяговый трансформатор и преобразователи тока (выпрямители).

Кузов электровоза служит для размещения в нем кабины машиниста, электрических машин и аппаратов. Каркас кузова выполняют из металла, его наружная обшивка обычно состоит из стальных листов, а кабина машиниста имеет также внутреннюю обшивку с тепло- и звукоизоляцией.

У четырех- и шестиосных электровозов кабины машиниста расположены с обеих сторон кузова, а у двухсекционных — на одном конце каждой секции.

Электровоз ВЛ-80

В кабине машиниста монтируют аппараты управления, контрольно-измерительные приборы и тормозные краны. В средней части кузова установлена высоковольтная камера с электрической аппаратурой силовых цепей. Вспомогательные машины — мотор-компрессоры, мотор-вентиляторы, генераторы тока управления — расположены между высоковольтной камерой и кабинами машиниста или переходами из секции в секцию.

Рама кузова опирается на тележки через специальные опорные устройства.

Тележка электровоза состоит из рамы, колесных пар с буксами, рессорного подвешивания и тормозного оборудования. К тележкам крепят тяговые электродвигатели. У электровозов с несочлененными тележками тяговые усилия передаются упряжными приборами (автосцепками), расположенными на раме кузова.

Рама тележки представляет собой конструкцию, состоящую из двух продольных балок — боковин и соединяющих их поперечных балок. Рама воспринимает вертикальную нагрузку от кузова и через рессорное подвешивание передает ее на колесные пары. Рама тележки, передающая также тяговые и тормозные усилия, должна обладать высокой прочностью.

Колесные пары воспринимают вес электровоза, на них передается крутящий момент тяговых электродвигателей. Кроме того, на колеса воздействуют удары от неровностей пути. Поэтому качеству изготовления колесных пар и содержанию их в исправном состоянии уделяют особое внимание. Колесную пару формируют из отдельных элементов: оси, двух колесных центров с бандажами (или безбандажных для цельнокатаных колес) и зубчатых колес тяговой передачи. Оси колесных пар заканчиваются шейками, на которые опираются буксы с роликовыми подшипниками.

Рессорное подвешивание является промежуточным звеном между рамой тележки и буксами. Оно служит для смягчения толчков и ударов при прохождении колесами неровностей пути и равномерного распределения нагрузки между колесными парами. Основные элементы рессорного подвешивания таковы: листовые рессоры, пружины, балансиры, амортизаторы различной конструкции и связующие элементы. Чтобы повысить эффективность рессорного подвешивания, в него вводят резиновые элементы, гасящие небольшие толчки и колебания.

На современных электровозах применяют, как правило, индивидуальный привод. При этом различают два вида подвески тяговых электродвигателей — опорно-осевую и рамную.

При опорно-осевой подвеске одна сторона остова тягового электродвигателя опирается на ось колесной пары с помощью двух моторно-осевых подшипников, а другая подвешена к поперечной балке рамы тележки с помощью пружинного устройства. Передача тягового усилия осуществляется через зубчатое зацепление.

При рамной подвеске двигатель расположен над осью колесной пары и прикреплен к раме тележки.

Такая подвеска позволяет уменьшить динамические силы, действующие на тяговые двигатели, особенно при прохождении ко­лесной пары через неровности пути, а также облегчает доступ к двигателям для осмотра. В то же время при рамной подвеске усложняется передача тягового усилия от вала двигателя к колесной паре, так как необходимы специальные шарнирные или упругие элементы, компенсирующие перемещения колесной пары относительно рамы тележки.

В качестве тяговых электродвигателей на электровозах постоянного тока применяют в основном двигатели с последовательным воз­буждением. Они рассчитаны на номинальное напряжение 1500 В.

Скорость движения электровоза постоянного тока можно регулировать изменением напряжения, подаваемого на тяговые двигатели, или соотношения тока якоря и тока возбуждения.

Напряжение варьируют включением последовательно с тяговыми электродвигателями резисторов и перегруппировкой тяговых электродвигателей. При перегруппировке двигателей их соединяют друг с другом последовательно, последовательно-параллелно или параллельно.

В последние годы выполнены работы по осуществлению импульсного регулирования напряжения с использованием управляемых полупроводниковых вентилей — тиристоров.

Основными аппаратами управления электровозом являются кон­троллеры машиниста, устанавливаемые в каждой кабине управления.

Контроллер непосредственно не связан с силовой цепью электровоза. Все переключения в силовой цепи осуществляются приборами, имеющими пневматические или электромагнитные приводы, связанные низковольтными электрическими цепями с контроллером.

Такая система позволяет управлять с одного поста несколькими локомотивами и исключает попадание высокого напряжения на аппараты управления. Включение и выключение вспомогательных машин, получающих питание от контактной сети, производится кнопками и тумблерами, установленными на панели в кабине машиниста.

Устройства защиты от перегрузок и коротких замыканий цепи тяговых электродвигателей представлены быстродействующим вы­ключателем, дифференциальным реле и реле перегрузки.

Токоприемник соединяет силовую цепь электровоза с контакт­ным проводом. Электровозы имеют по два токоприемника, при движении в нормальных условиях работает один из них. В некоторых случаях, например при разгоне с тяжелым составом или при гололеде, поднимают одновременно оба токоприемника.

К вспомогательным электрическим машинам электровоза отно­сятся мотор-вентиляторы, мотор-компрессоры, мотор-генераторы и генераторы тока управления.

Мотор-вентилятор служит для воздушного охлаждения пусковых резисторов и тяговых электродвигателей, что способствует более полному использованию их мощности.

Мотор-компрессор питает тормозную систему поезда и пневматические устройства электровоза сжатым воздухом.

Мотор-генератор применяют на электровозах с рекуперативным торможением для питания обмоток возбуждения тяговых электродвигателей при их работе в режиме рекуперации.

Генератор тока управления предназначен для питания цепей управления, наружного и внутреннего освещения и заряда аккумуляторной батареи, являющейся резервным источником питания тех же цепей.

Вспомогательные машины электровоза приводятся в действие от контактной сети.

Трансформаторы выполняют с интенсивным циркуляционным масловоздушным охлаждением.

В качестве выпрямителей обычно применяют полупроводниковые (кремниевые) вентили — диоды, а в последнее время — также управляемые кремниевые вентили — тиристоры, которые позволяют отказаться от механических ком­мутирующих аппаратов.

Скорость электровоза переменного тока регулируют изменением напряжения, подводимого к тяговым электродвигателям, путем подключения их к различным выводам вторичной обмотки трансформатора или выводам автотрансформаторной обмотки. При таком способе регулирования отсутствует необходимость в использовании пусковых реостатов и перегруппировке двигателей. На элек­тровозах переменного тока тяговые электродвигатели все время соединены друг с другом параллельно. Это улучшает тяговые свой­ства электровоза и упрощает электрические цепи.

Электровозы переменного тока помимо вспомогательного оборудования, применяемого на электровозах постоянного тока, оснащены мотор-насосами, обеспечивающими циркуляцию масла, которое охлаждает трансформатор, и мотор-вентилятором для охлаждения трансформатора и выпрямителя.

В качестве вспомогательных машин на электровозах переменного тока чаще всего применяют трехфазные асинхронные электродвигатели. Трехфазный ток получают из однофазного с помощьюпреобразователей, называемых расщепителями фаз.

В ряде случаев целесообразно применение электровозов двойного питания, у которых возможно переключение электрического оборудования для работы на участках постоянного и переменного тока. Двойное питание предусмотрено на электровозах ВЛ82 и ВЛ82М.

Для пригородного и междугородного пассажирского сообщения на электрифицированных линиях используют электропоезда, со­стоящие из моторных и прицепных вагонов. В зависимости от пас­сажиропотоков поезда формируют из 4, 6, 8, 10 или 12 вагонов.