Кузова электровозов, тепловозов, электропоездов

Кузов служит для защиты от атмосферных воздействий основных узлов и агрегатов. Кузова выполняются в виде съемных капотов или полностью закрытыми (вагонного типа). Основанием для кузова является главная рама. В зависимости от восприятия вертикальных и горизонтальных нагрузок различают кузова с несущей рамой, с несущей рамой и боковыми стенками, цельнонесущие (рама, стенки, крыша и обшивка участвуют в восприятии нагрузок). У современного тягового подвижного состава на раме кузова размещено автосцепное устройство. В зависимости от продольных балок рам кузовов различают кузова охватывающего и не охватывающего типа.

Кузова электровозов цельнометаллические, собирают их из отдельных элементов с помощью электросварки. Материал основных деталей - сталь Ст3 или М16С. Листы обшивки стенок изготовляют из тонколистовой стали.

Рисунок 11. Кузов электровоза ВЛ-80: 1-сигнальные фонари; 2-лобовое окно; 3- прожектор; 4,19-боковое окно; 5-люк песочницы; 6-дверь; 7-задвижное окно; 8,10,11,12-монтажный люк; 9-глухое окно; 13-брезентовое суфле; 14-автосцепка; 15-рама; 16-боковая стена; 17-крыша; 18-кабина

Рама кузова электровоза охватывающего типа.

Рисунок 12. Продольный разрез рамы кузова: 1 - буферные брусья; 2 - две продольных балки; 3 - две шкворневые балки коробчатого сечения, изготовленные из листовой стали; 4 - две балки двутаврового сечения, на которых установлен тяговый трансформатор; 5 - кронштейны для установки люлечного подвешивания; 6 - кронштейны для установки цилиндров противоразгрузочных устройств

Рисунок 13. Поперечный разрез рамы кузова: 1,3 – продольный швеллер (№ 16) и (№ 30; 2 - вертикальный лист; 4 - кронштейны под гидравлические амортизаторы; 5 - горизонтальный упор люлечного подвешивания; 6 - вертикальный упор люлечного подвешивания; 7 - шкворень

Основная аппаратура, вспомогательные машины и кабины управления размещены в кузове электровоза. В процессе совершенствования электровозов изменяется форма кузова. Основанием кузова служит нижняя рама, которая воспринимает вес всей аппаратуры и вспомогательных машин. Оборудование располагают так, чтобы бригада, обслуживающая электровоз, имела сравнительно легкий доступ к наиболее важным машинам, аппаратам и механизмам и прежде всего чтобы были обеспечены безопасность и удобство обслуживания. Вес оборудования должен равномерно распределяться между колесами локомотива. При компоновке машин и аппаратов должен быть обеспечен минимальный расход проводов, кабелей, воздуховодов, трубопроводов и опорных конструкций для установки оборудования. Одно из требований — обеспечение необходимых изоляционных расстояний: воздушных промежутков от токоведущих частей оборудования и дугогасительных камер аппаратов до заземленных предметов, а также расстояний между дугогасительными камерами отдельных аппаратов. Располагая электрические аппараты и машины, стремятся защитить их от пыли, влаги и не допустить переброса электрической дуги на заземленные части или аппараты. Для удобства оборудование объединяют в блоки: высоковольтного оборудования (высоковольтная камера), тягового трансформатора, низковольтных силовых аппаратов и т. д. Монтаж и демонтаж оборудования осуществляют через специальные люки на крыше электровоза.

В высоковольтной камере устанавливают всю высоковольтную коммутационную и защитную аппаратуру, располагают открытые токоведущие части. Высоковольтную камеру монтируют вне электровоза, а затем устанавливают в кузов краном. На электровозах переменного тока между машинными помещениями и высоковольтными камерами (обычно в средней части кузова) расположено трансформаторное помещение, в котором часть тягового трансформатора находится ниже пола кузова. Там же находятся разъединители выпрямительных установок, реле перегрузки и некоторые другие аппараты. В машинных помещениях электровоза расположено следующее оборудование: вспомогательные машины, оборудование радиостанции, локомотивной сигнализации, основное пневматическое оборудование. Вспомогательные машины размещают так чтобы можно было проверить состояние коллекторов и щеток как при пуске, так и во время работы, проверить работу компрессоров, вентиляторов и их подшипников. Предусмотрен специальный люк для выхода локомотивной бригады на крышу электровоза. На крышах электровозов монтируют токоприемники, крышевые разъединители, дроссели для подавления помех радиоприему, разрядники, тифоны, свистки, шины, соединяющие оборудование, размещенное на крыше, главные воздушные резервуары, антенны радиостанции, а на электровозах переменного тока еще главные выключатели с разъединителями и проходные изоляторы.

Путь и контактную сеть в темное время суток освещают лобовыми прожекторами, установленными на крыше с обоих концов кузова. Рядом с лобовыми прожекторами находятся звуковые сигналы: тифон и свисток. Кроме прожекторов, на лобовых стенках электровозов устанавливают по два сигнальных буферных фонаря. На буферных брусьях тележек или рамах кузова в зависимости от способа передачи силы тяги устанавливают автосцепки. При расположении аппаратуры в кабине машиниста основное внимание уделяют компоновке, обеспечивающей для локомотивной бригады максимальное удобство при пользовании аппаратами управления. Размещение оборудования должно обеспечить соблюдение правил техники безопасности и свободное перемещение машиниста и его помощника в кабине. Кресло машиниста должно допускать регулировку по высоте и в горизонтальной плоскости. Это позволит машинисту управлять поездом как сидя, так и стоя.

Все эксплуатируемые на отечественных дорогах магистральные электровозы имеют две кабины машиниста (посты управления), расположенные по концам кузова. В кабине управления в непосредственной близости от сиденья машиниста с левой стороны находится контроллер. Справа несколько впереди установлен кран машиниста. С помощью этого крана управляют пневматическими тормозами поезда. Для управления вспомогательным тормозом рядом с краном машиниста установлен кран вспомогательного тормоза. В зависимости от давления в тормозной магистрали специальные приборы - воздухораспределители - либо пропускают сжатый воздух в тормозные цилиндры электровоза и вагонов, либо соединяют эти цилиндры с атмосферой.

Перед сиденьем машиниста установлена панель с измерительными приборами, показывающими значения напряжения в контактной сети, тока якоря тягового двигателя, давления воздуха в главных резервуарах, тормозной магистрали и других устройствах. На этой же панели размещены сигнальные лампы, а на электровозах переменного тока - и указатель позиций переключателя ступеней. Вблизи расположен кнопочный выключатель с кнопками для подъема токоприемников, включения быстродействующего или главного выключателя, пуска вентиляторов, насосов и других устройств. Справа от сиденья машиниста установлена панель с кнопками для подачи сигналов и подсыпки песка.

Вверху находится скоростемер, вал которого системой рычагов и червячным редуктором связан с шейкой оси передней колесной пары. По скоростемеру локомотивная бригада определяет скорость движения, время, отсчитывает количество километров, пройденных электровозом. Самопишущее устройство скоростемера отмечает на бумажной ленте пробег электровоза, направление и скорость его движения, продолжительность стоянок, длительность пользования автоматическими тормозами, давление в тормозной магистрали.

В левой стороне кабины находится сиденье помощника машиниста. Около него размещены кнопочный выключатель (кнопки его предназначены для включения прожектора, буферных фонарей, электропечей, освещения кабины, ходовых частей), штурвал ручного тормоза, панель с кнопками для подачи сигналов и панель с измерительными приборами.

В кабине машиниста имеются радиосвязь и автоматическая локомотивная сигнализация (АЛС), повторяющая сигналы дорожных светофоров. Обычно оборудование в обеих кабинах электровоза расположено совершенно одинаково.

В кузовахэлектровозов предусмотрены проходы; в зависимости от конструкции локомотива они могут идти вдоль двух продольных сторон кузова, вдоль одной стороны (при этом устраивают вспомогательные переходы), по центру кузова. В каждой секции восьмиосных электровозов монтируют примерно одинаковый набор электрического и пневматического оборудования. Вход в кабины машиниста в электровозах большинства серий осуществляется через кузов и поперечный проход, расположенный непосредственно за кабиной машиниста.

Рисунок 14. Расположение оборудования на секции электровоза ВЛ80^Т: 1- токоприемник; 2 – фазорасщепитель; 3 - мотор-вентилятор; 4 - главный воздушный выключатель; 5 - главный контроллер; 6 - тяговый трансформатор; 7 - тормозные резисторы; 8 - выпрямительная установка; 9 - главный воздушный резервуар; 10 - мотор-компрессор; 11 - высоковольтная шина

Все оборудование тепловоза расположено в кузове с несущей главной рамой. Кузов тепловоза состоит из четырех основных частей: кабины машиниста или тамбура средней секции, проставки (кузов над аппаратными камерами), кузова над дизелем, имеющего горизонтальный разъем, и холодильной камеры.

Рисунок 15. Главная несущая рама тепловоза 2ТЭ10В: 1 – опоры; 2 – шкворни; 3 - сферические опоры; 4 - продольные («хребтовые») балки; 5 - обносный пояс; 6 - стяжные ящики; 7 - продольные накладные полосы; 8 - отсеки (ящики) для аккумуляторных батарей; 9 – настил; 10 - поперечные перегородки; 11 - трубы («кондуиты»); 12 – поперечные кронштейны

Рисунок 16. Кузов тепловоза 2ТЭ10В: 1 - кабина машиниста; 2 – отсек высоковольтных камер и компрессора; 3 - средняя часть (кузов над дизель-генератором); 4 - верхняя часть кузова над дизель-генератором; 5 - окантовочные швеллеры; 7 - камера охлаждающих устройств (шахта холодильника)

На тепловозах в качестве силовой установки применен дизель-генератор, состоящий из дизеля и тягового генератора, смонтированных на единой поддизельной раме и соединенных между собой полужесткой пластинчатой муфтой.

Дизель работает на дизельном топливе, поступающем из топливного бака, расположенного под главной рамой тепловоза в средней ее части и соединенного с дизелем системой топливопроводов через фильтры и топливоподогреватель. Пуск дизеля осуществляется от щелочной аккумуляторной батареи, расположенной в четырех отсеках (ящиках) внутри кузова тепловоза. От аккумуляторной батареи питается радиостанция, установленная в кабине машиниста, и система локомотивной сигнализации (АЛСН), а также при неработающем дизель-генераторе - цепи управления и освещения. Вырабатываемый тяговым генератором постоянный ток подается на тяговые электродвигатели, которые через тяговые редукторы приводят во вращение колесные пары тепловоза.

Рисунок 17. Схема размещения основных узлов секции тепловоза 2ТЭ10Л: 1 – пульт управления; 2 – кабина машиниста; 3 – двухмашинный агрегат; 4 – компрессор; 5,16 – вентилятор; 6 – передний редуктор; 7 – высоковольтные камеры; 8 – вентилятор; 9 – тяговый генератор; 10 – поддизельная рама; 11 – центробежный нагнетатель; 12 – кузов; 13 – дизель; 14 – турбокомпрессор; 15 – задний редуктор; 17 – охлаждающее устройство; 18 – секции; 19 – гидроредуктор; 20 – холодильник; 21 – автосцепка; 22 – тяговый электродвигатель; 23 – колесная пара; 24 – бак; 25 – трехосные тележки; 26 – главная рама

Кузов вагонов электропоездов изготовляют в виде несущей конструкции; он состоит из набора продольных и поперечных элементов, перекрытых тонкими гофрированными стальными листами.

Рисунок 18. Рама (а) и потолок (б) кузова моторного вагона электропоезда: 1 - продольные балки; 2,3,4 - промежуточные поперечные балки; 5,10 – шкворневые балки; 6,11 - хребтовые балки; 7,8 – шкворни; 9 - жесткие косынки; 12 - буферный брус; 13 - стальные дуги; 14 - гофрированные листы обшивки; 15 - вентиляционный канал; 16 - асбестовый лист; 17 - термоизоляционные плиты; 18,21 – рейки; 19 - деревянные дуги; 22 - продольные брусья

К продольным элементам относят боковые балки рамы, верхние обвязочные угольники боковых стен, к поперечным - поперечные балки рамы, стойки боковых стен, дуги крыши. Эти элементы объединены в единую конструкцию и одновременно (включая гофрированную обшивку) воспринимают все нагрузки, которые возникают при движении вагона.

Помимо общих требований, расположение электрического оборудования на электропоездах должно обеспечивать следующее: наиболее полное и максимальное использование площади кузовов вагонов для пассажиров, оптимальные условия освещения, отопления и вентиляции. Основную часть электрооборудования размещают в подвагонных камерах, подвешенных к рамам кузовов, на тележках и на крышах кузовов. Только небольшую часть аппаратуры располагают в шкафах, установленных в тамбурах вагонов. Подвагонные камеры электропоездов представляют собой сварную конструкцию со съемными крышками, которые снабжены двойным уплотнением из губчатой резины.

Рисунок 19. Расположение оборудования под кузовом и в шкафах головного (а), моторного (б и г) и прицепного (в) вагонов электропоезда ЭР9Е:1- уравнительный резервуар на 20 л; 2 - трансформатор; 3 - реактор (дроссель); 4,35 - аккумуляторная батарея; 5,42 - мотор-компрессор; 6,43 - фильтр; 7,36 - маслоотделитель; 8,37 – главные резервуары по 170 л; 9,41 – запасной резервуар на 78 л; 10,32,39 - электровоздухораспределитель; 11,33,40 - воздухораспределитель; 12,16,38 - тормозные цилиндры; 13,34 - мусоросборник; 14,44 – обогреватель сливной трубы туалета; 15,24 - тяговые двигатели; 17 - тяговый трансформатор; 18 - охладитель масла; 19 – ящик с контакторами и трансформаторами тока; 20 - ящик с разрядником; 21 - выпрямитель; 22,27,28 - резисторы; 23 - расщепитель фаз; 25,31 - воздушные резервуары; 26 - реле давления; 29 - мусоросборник; 30 - камера с аппаратурой

В процессе работы электрического оборудования происходят потери энергии, которые обычно выделяются в виде тепла. Электронная аппаратура вообще не может работать без охлаждения, так как возможен пробой напряжения в обратном направлении, что вызовет аварию силовой цепи. Это тепло необходимо отвести от машин или аппаратов во внешнюю среду. На тяговом подвижном составе применяют принудительную вентиляцию для обеспечения нормальных условий работы электрических машин, пусковых резисторов, резисторов ослабления возбуждения, индуктивных шунтов, выпрямительных установок, трансформаторов.

Рисунок 20. Общий вид и планировка головного вагона дизель-поезда: 1 – кабина машиниста; 2 – высоковольтная камера; 3 – пассажирский тамбур; 4 – купе проводника; 5 – двухместное сиденье; 6 – пассажирский салон; 7 – шестиместное сиденье; 8 – служебный тамбур; 9 – туалетная комната; 10 – дизель – генераторная установка; 11 – топливный бак

Устройства вентиляции состоят из вентиляторов, воздухопроводов прямоугольного сечения, фильтров и специальных заслонок. Вентиляторы приводятся во вращение асинхронными электродвигателями, которых четыре штуки. Воздухопроводы выполнены из тонколистовой стали, фильтры - из металлических сеток, регулирующие заслонки (шиберы) - из листовой стали.