2717

2717	Министерство транспорта Российской Федерации
	Федеральное агентство железнодорожного транспорта

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Муниципальный пассажирский транспорт»

КОНСТРУКЦИИ И РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению курсового проекта

для студентов специальности 140606 «Электрический транспорт» очной и заочной форм обучения

Составитель: Е.В. Шищенко

Самара

2010

1

УДК 621.3

Конструкции и расчет электрической и механической части электрического транспорта : методические указания к выполнению курсового проекта для студентов специальности 140606 «Электрический транспорт» очной и заочной форм обучения / составитель : Е.В. Шищенко. – Самара : СамГУПС, 2010. – 26 с.

Утверждены на заседании кафедры МПТ 24 ноября 2010 г., протокол № 8. Печатаются по решению редакционно-издательского совета университета.

Цикл работ связан с изучением конструкции и основных процессов, происходящих в оборудовании подвижного состава городского электрического транспорта (трамвайные вагоны, вагоны метрополитена, троллейбусы отечественного и зарубежного производства).

Составитель: Шищенко Елена Вячеславовна

Рецензенты: к.п.н, доцент кафедры «Автомобили и станочные комплексы» Л.Б. Гаспарова (СамГТУ); к.т.н., профессор кафедры «Муниципальный пассажирский транспорт» С.А. Привалов (СамГУПС)

Редактор И.А. Шимина Компьютерная верстка Е.А. Самсонова

Подписано в печать 27.12.2010. Формат 60×90 1/16. Усл. печ. л. 1,6. Тираж 50 экз. Заказ № 320.

© Самарский государственный университет путей сообщения, 2010

2

ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Дисциплина «Конструкции и расчет электрической и механической части электрического транспорта» является специальной дисциплиной. Студенты специальности 140606 «Электрический транспорт» выполняют курсовой проект по механическому оборудованию подвижного состава городского электрического транспорта – трамвайных вагонов, вагонов метрополитена, троллейбусов.

Работа над курсовым проектом способствует углублению знаний, полученных студентами на лекциях, способствует более тщательному ознакомлению их с современными конструкциями ходовой части отечественного и зарубежного подвижного состава, методикой расчетов элементов механического оборудования и получают представление об эскизном проектировании.

Входе выполнения курсового проекта студенты решают планировочные задачи с определением массогабаритных показателей трамвайных вагонов, вагонов метрополитена и троллейбусов; решают задачи по распределению массы кузова по тележкам, осям или мостам ходовой части, исходя из соответствующих критериев и поставленных условий.

Курсовой проект состоит из пояснительной записки и графической части. Пояснительная записка выполняется на листах формата А4 и включает в себя титульный лист, содержание, введение, исходные данные, расчетную часть, заключение. Графическая часть выполняется на миллиметровой бумаге формата А3.

Введение должно содержать информацию о поставленных в курсовом проекте задачах и их актуальности и быть объемом не более 1 страницы.

Исходные данные студенты получают согласно номеру своего варианта. Номер варианта студенту сообщает преподаватель.

Расчетная часть состоит из двух основных частей, взаимосвязанных друг с другом: решения планировочной задачи и определения масс подвижного состава. Все расчеты выполняются с указанием формул сначала в буквенном виде, с расшифровкой каждого символа, а затем с подставлением соответствующих данных. Все формулы номируются цифрами (1), (2) и т. д.

Взаключение пишутся выводы о выполненной работе.

Графическая часть содержит эскиз планировки кузова в двух проекциях, разрабатываемого подвижного состава и расчетную схему нагрузок. Графическая часть выполняется в соответствии с требованиями стандартов.

3

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВЫПОЛНЕНИИ ПЛАНИРОВОЧНОЙ ЗАДАЧИ

Решение планировочной задачи необходимо для определения массогабаритных показателей подвижного состава. Массогабаритными показателями подвижного состава являются:

-масса экипажа М;

-масса пассажиров Мпас при расчетном наполнении;

-масса тары экипажа Мт;

-масса кузова, приходящаяся на ось, тележку или мост Мi;

-отношение массы тары Мт, к габаритной площади Sгаб по наружному очертанию кузова экипажа, выражаемое коэффициентом удельной массы ks;

-отношение массы пассажиров Мпас при номинальной вместимости к массе тары экипажа Мт, выражаемый коэффициентом использования массы kм.

Масса экипажа М выражается как:

	М = Мт + Мпас .	(1.1)
	Масса пассажирской нагрузки Мпас определяется как:
	Мпас = Еmпас = ( Есид + Ест )mпас,	(1.2)
где	Есид и Ест – расчетное количество мест в вагоне или троллейбусе соответственно
для сидящих и стоящих пассажиров;
	mпас = 70 кг – расчетная масса одного пассажира;
	Е – полная расчетная вместимость вагона или троллейбуса при заданном
коэффициенте наполнения α.
	Массу тары экипажа можно определить формулой (1.3):
	n
	Мт = Мк + ∑ mn ,	(1.3)
где	Мк – масса кузова без пассажиров;
	n
	∑ mn = m1 + m2 + ... + mn – масса тележек или мостов ходовой части;

n – количество тележек или мостов под кузовом вагона или троллейбуса. Нумерация элементов ходовой части производится от первой по ходу движения

оси или тележки (m1) до последней (тп). Для двухосных троллейбусов и четырехосных вагонов трамвая и метрополитена масса тележек или мостов под кузовом определяется

как	n	+ m2 ,	для	трехосных	шарнирно-сочлененных	троллейбусов
	∑ mn = m1

n

∑ mn = m1 + m2 + m3 и т. д.

4

При проектировании подвижного состава массу тары экипажа Мт подсчитывают суммированием масс всех элементов механического, электрического и прочего оборудования, либо находят взвешиванием изготовленного образца. При ориентировочных расчетах масса тары может быть определена по формулам (1.4):

Мт = кs Sгаб ; Sгаб = Д Ш .

(1.4)

где Sгаб – габаритная площадь экипажа.

Масса тары экипажа, приходящаяся на 1 м2 габаритной площади, определяемая коэффициентом удельной массы ks является важной характеристикой конструктивного совершенства подвижного состава, материалоемкости, стоимости производства и себестоимости эксплуатации. Общая тенденция состоит в стремлении к снижению показателя ks. У современных трамвайных вагонов отечественного и зарубежного производства этот показатель колеблется от 350 до 700 кг/м2, у троллейбусов – от 300 до 450 кг/м2, у вагонов метрополитена – от 300 до 700 кг/м2.

При курсовом проектировании рекомендуется принимать следующие значения коэффициента удельной массы ks:

-для трамвайных вагонов ks = 450 кг/м2;

-для троллейбусов ks = 300 кг/м2;

-для вагонов метрополитена: ks = 500 кг/м2.

Основными габаритными показателями являются – длина Д, ширина Ш, база экипажа Б, отношение длины к базе Д/Б, база тележки Бт, при шарнирном соленном подвижном составе – база моторной части Бм, расстояние от заднее оси моторной части до центра шарнирного сочленения, расстояние центра шарнирного сочленения до оси полуприцепа, расстояние от центра тяжести до оси, величина переднего свеса С1,

величина заднего свеса С2.
	Габаритную площадь	Sгаб определяют	решением	планировочных		задач.	При
известном планировочном решении подвижного состава площадь Sгаб может быть
определена суммированием следующих площадей: Sпас				–	полезной	площадью,
занимаемой сидящими и		стоящими пассажирами		в пассажирском салоне,
Sмк	– площадью, занимаемой местом		кондуктора	(или	оборудованием		для

бескондукторного обслуживания пассажиров), Sп – площадью подножек, Sкв – площадью занимаемой кабиной водителя, Sст – площадью, ограниченной внешним и внутренним габаритными очертаниями вагона или троллейбуса (площадью стенок кузова):

S габ = Sпас + S мк + Sп + Sкв + Sст .	(1.5)
Полезную площадь, занимаемую стоящими и сидящими пассажирами, можно
определить по формуле:
Sпас = Есид sсид + Ест sст,	(1.6)
где sсид и sст – площади, занимаемые одним сидящим и одним стоящим пассажиром.

5

В соответствии с требованиями ГОСТ Р41.36-2004 [4] следует принимать sсид не менее 0,315 м2/чел и sст = 0,2 м2/чел (при номинальной нагрузке вагона или троллейбуса стоящими пассажирами из расчета 5 человек на 1 м2 свободной площади пола).

Площадь, занимаемую местом кондуктора, определяют по формуле:

S мк = nмкs мк ,

(1.7)

где nмк – количество мест кондукторов в вагоне или троллейбусе;

sмк – площадь, занимаемая одним местом кондуктора (в трамвайных поездах и троллейбусахприобслуживаниикондуктором) либокассами, можноприниматьSМК = 0,3 м2.

Площадь подножек рассчитывают по формуле (1.8):

Sп =nо sо + nд sд ,

(1.8)

где nо и nд – количество одинарных и двойных дверей в вагоне или троллейбусе; sо и sд – площадь подножек одинарной и двойной двери.

Одинарной называется дверь, предназначенная для одновременного пропуска одного пассажира, совершающего посадку или высадку. Двойная дверь предназначена для одновременного пропуска двух пассажиров. Ширина одинарной двери в открытом положении в свету должна быть в соответствии с ГОСТ 8802-78 [3] не менее 800 мм, двойной – не менее 1300 мм. Соответственно можно принимать sо = 0,4 м2 и sд = 0,7 м2

(для трамвайных вагонов и троллейбусов. Для вагонов метрополитена	Sп = 0).
Площадь Sкв, занимаемую кабиной водителя, принимают 2,5	м2 для вагонов
трамвая и троллейбуса [ 6] и 3 м2 для вагонов метрополитена [7].
Расчет площади стенок кузова выполняют по формуле (1.9):
Sст = ВстП = 2Вст( Д + Ш ),	(1.9)

где Вст – зазор между внутренним и внешним габаритами кузова в плане (условная

толщина стенки); П – периметр кузова. Для	трамвайных вагонов и троллейбусов
принимают Вст = 50 мм, для вагонов метрополитена устанавливают Вст = 100 мм.
В начальной стадии проектирования,	когда длина Д вагона или троллейбуса еще

не известна, площадь стенок подвижного состава ориентировочно	принимают исходя из
формулы (1.10):
Sст = ( 0,05 − 0,01)Sгаб .	(1.10)

В задании на проектирование дается вместимость Е вагона или троллейбуса при номинальной нагрузке. Размещая сидящих и стоящих пассажиров, определяют полезную площадь пассажирского помещения, занимаемую пассажирами Sпас, и затем габаритную площадь Sгаб вагона или троллейбуса: первую находят по (1.6); вторую – по (1.5) с использованием (1.7) – (1.10).

Решение планировочной задачи условно делится на три этапа.

6

1.Прикидочный расчет с целью определения ориентировочной длины кузова по заданной вместимости вагона или троллейбуса.

2.Деление кузова на шарнирно-сочлененные секции в случае, когда требующаяся длина кузова превышает длину «нормальной» подвижной единицы соответствующего типа (нормального трамвайного вагона длиной 15 м, троллейбуса длиной 12 м, вагона метрополитена длиной 18,7 м).

3.Окончательную планировку кузова с размещением кабины водителя, дверных проемов в пассажирском салоне, подножек, расположением пассажирских диванов, накопительных площадок, места для кондуктора или касс и уточнением длины вагона или троллейбуса, а также его полной площади кузова по внешним габаритным очертаниям.

На первом этапе расчета задаются соотношением между количеством сидящих и стоящих пассажиров при номинальном наполнении, которое определяется назначением проектируемого подвижного состава. В соответствии с требованиями ГОСТ Р41.36-2004

[4]для внутригородских троллейбусов отношение числа стоящих пассажиров к числу сидящих при номинальном наполнении должно быть не менее 2:1. Такое же соотношение может быть принято и для трамвайных вагонов. Для вагонов метрополитена [1, 7] отношение стоящих пассажиров к сидящим должно быть не менее 3:1. Это определяется тем, что внутригородские пассажироперевозки осуществляются на сравнительно короткие расстояния и поэтому не связаны с длительным пребыванием пассажиров в поездах. Соответственно планировка пассажирского салона подвижного состава городского пассажирского транспорта должна быть рассчитана на интенсивный пассажирообмен. Большое количество мест для сидения приводит к уменьшению ширины проходов между дверями для входа и выхода пассажиров, тем самым затрудняя пассажирообмен в поездах и, как следствие, к недоиспользованию вместимости, так как пассажиры предпочитают в этом случае оставаться на накопительных площадках, а зона прохода между дверями остается незанятой.

При принятом коэффициенте соотношения между стоящими и сидящими пассажирами β = Ест / Есид пассажировместимость Е подвижного состава можно выразить как:

Е = Есид + Ест = Есид + βЕсид = Есид(1 + β ),

откуда

Есид = Е /(1 + β ), Ест = Есид = Еβ /(1 + β ) .

(1.11)

Порядок решения первого этапа планировочной задачи таков.

1. По заданному расчетному наполнению Е и принятому отношению β по (1.11) находят Eсид и Ест.

2. По найденным Eсид и Ест. и принятым sсид и sст находят Sпас, а с учетом (1.7) – (1.10) определяют Sгаб:

7

S ГАБ = (1,05 − 1,1)( SПАС + SМК + SП + SКВ ) .	(1.12)
3. Учитывая, что габаритная площадь Sгаб = Д·Ш, где Ш –	габаритная ширина
и Д – габаритная длина кузова, находят ориентировочную длину кузова:
Д = Sгаб /Ш.	(1.13)

При этом габаритная ширина кузова ограничивается соответствующими ГОСТ и должна приниматься равной для троллейбусов – 2,5 м, для вагонов трамвая – 2,6 м (допускается до 2,65 м) и для вагонов метрополитена – 2,7 м.

По условиям вписывания в кривые участки пути максимальная длина трамвайных вагонов с жестким кузовом не должна превышать 15,3 м [3], троллейбусов с жестким кузовом – 12 м [4], вагонов метрополитена (по осям автосцепок) – 19,21 м [7]. Когда расчетная длина Д по (1.13) превышает допустимую максимальную длину жесткого кузова, последний необходимо проектировать шарнирно-сочлененным. Максимальная длина кузова шарнирно-сочлененных троллейбусов и трамвайных вагонов по соображениям маневренности и ограничения мешающего влияния подвижного состава ГЭТ на остальное городское движение должна ограничиваться величиной порядка 24÷25 м. При делении кузова на шарнирно-сочлененные секции учитывают требования правильного распределения масс между ходовыми частями (мостами или тележками) и возможности уменьшения коридора вписывания вагона или машины в кривую минимального радиуса при минимальном числе требующихся кузовных секций.

На третьем этапе решения планировочной задачи выполняют детальную планировку кузова в габаритных размерах Д и Ш с размещением сочленений (у шарнирно-сочлененного подвижного состава), кабины водителя, дверей для входа и выхода пассажиров, пассажирских сидений, оборудования для бескондукторного обслуживания пассажиров (или места кондуктора) и т. д. Планировка пассажирского салона зависит от ряда факторов, в том числе габаритной длины и ширины кузова; количества, размеров и расположения дверей для входа и выхода пассажиров; расположения накопительных площадок. Выбор типа и количества дверей для входа и выхода пассажиров зависит от длины подвижного состава и его назначения. В соответствии с действующими ГОСТ и РТМ [3,8] трамвайные четырехосные вагоны с жестким кузовом должны иметь три двери, из них не менее двух двойных. Троллейбусы длиной до 8,5 м должны иметь две одинарные двери; длиной 9,0÷9,5 м – две двойных: длиной 10,5÷11 м – две двойных или две двойных и одну одинарную; длиной 11,5÷12 м – три двойных или две двойных и одну одинарную; сочлененные длиной 16,5÷18 м – три двойных или три двойных и одну одинарную [4]. Вагоны метрополитена должны иметь четыре двери с шириной дверного прохода в свету при открытых дверях не менее 1208 мм [4].

Расположение сидений в пассажирском салоне может быть поперечным, продольным и смешанным (продольно-поперечным). Пассажирские диваны продольного расположения размещают по стенам кузова (иногда их располагают по средней

8

продольной оси кузова), причем, пассажиры сидят к направлению движения боком. При поперечном расположении пассажирских диванов пассажиры сидят по направлению движения лицом или спиной. Продольные пассажирские диваны обычно (но не обязательно) выполняют многоместными, а поперечные – двухместными и одноместными. На подвижном составе наземного городского транспорта (трамвай, троллейбус) применяют обычно поперечное расположение пассажирских диванов, которое обеспечивает максимальные удобства проезда и безопасность сидящих пассажиров. Кроме того, при поперечном расположении пассажирских диванов можно получить наибольшее количество мест для сидения в пассажирском салоне. Однако продольное расположение пассажирских диванов при прочих разных условиях позволяет повысить вместимость экипажа за счет увеличения площади для сидящих пассажиров и получить более свободные проходы, облегчающие пассажирообмен в поездах и способствующие повышению использования расчетной вместимости. Поэтому, несмотря на то, что этот тип планировки менее удобен по соображениям пассажирской комфортабельности и безопасности движения, его широко применяют в настоящее время на подвижном составе метрополитена, где время пребывания пассажиров в поездах сравнительно меньше, чем в поездах наземного городского транспорта. В троллейбусах продольное расположение пассажирских диванов используют иногда как вынужденное решение в зонах выхода в пассажирский салон надколесных кожухов ходовых колес.

Характерные планировки пассажирских салонов вагонов трамвая, метрополитена и троллейбусов см. [1, 6]. Однако в курсовом проекте могут быть предложены и обоснованы существенно иные планировки кузова.

При выборе размеров пассажирских сидений необходимо руководствоваться требованиями ГОСТ Р41.36-2004 [4]. Рекомендуемые планировочные размеры размещения пассажирских диванов при курсовом проектировании приведены на рис. 1.1. Ширина одноместного дивана должна быть не менее 430 мм, ширина двухместного – не менее 860 мм. Ширину диванов, рассчитанных на трех и более пассажиров, определяют по норме 430 мм на каждого пассажира.

Рис. 1.1. Размеры пассажирских сидений и расстояния между ними при продольном и поперечном расположении

9

Шаг диванов нужно принимать равным не менее 735 мм, глубину сидения – 400 мм, зазор между пассажирским диваном и стенкой кузова – 30 мм.

При планировке салона вагона метрополитена с продольным расположением сидений (рис. 1.1) общую ширину дивана между дверными проемами нужно принимать из расчета 510 мм на одного пассажира, глубину дивана вместе со спинкой – 590 мм. При расчете свободной площади следует не учитывать полосу у диванов шириной 100 мм, занимаемую ногами сидящих пассажиров.

У шарнирно-сочлененных вагонов и троллейбусов при детальной планировке салона в первую очередь намечают место сочленения кузовов. Из условия вписывания с минимальной шириной дорожного коридора отношение длины моторной секции кузова Дм и полуприцепа Дпр следует принимать равным кд = Дм/Дпр= 1÷1,1. Однако в реальных конструкциях трехосных сочлененных троллейбусов по условиям распределения масс по осям приходится принимать кд =1,4÷1,45.

Задаваясь значением, определяют Дм и Дпр:

	Д = Дм + Дпр =			Д		; Дм = Д − Дпр = Д			кд		.	(1.14)
		(1		+ кД )			(1		+ кд )

Затем ориентировочно намечают расположение опор кузова на тележки или мосты ходовых частей (считая в первом приближении нагрузки кузова равномерно распределенными по его длине), размещают кабину водителя и выбирают расположение дверей для входа и выхода пассажиров. Эта операция является весьма ответственной, так как изменение расположения опор кузова на тележки или мосты в результате расчета распределения масс может повлечь за собой необходимость соответствующего смещения дверей и изменения размещения пассажирских диванов.

Шарнирно-сочлененный подвижной состав большой вместимости, особенно при различной длине сочленяемых секций, должен быть проверен на вписывание в кривую минимального радиуса, регламентируемого стандартами для различных типов подвижного состава, и занимать коридор, не превышающий коридор вписывания «нормальной» подвижной единицы в кривую минимального радиуса.

Минимальная ширина базы одиночных трамвайных вагонов по соображениям плавности хода и вписывания в коридор движения может быть определена из выражения:

Б ≈ Д /( 2 ÷ 2,2 ) .

(1.15)

Для одиночных троллейбусов база определяется по формуле:

Б ≈ Д /(1,9 ÷ 1,95 ).

(1.16)

Для вагонов метрополитена базу можно определить по формуле:

10