Рамы и кузова локомотивов, связи кузовов с тележками

Рама и кузов локомотива предназначены для размещения в них и на них силового и вспомогательного оборудования, узлов соединения с тележками и с составом поезда. В процессе работы на раму и кузов действуют статистические и динамические нагрузки.

Конструкция рамы и кузова во многом зависит от габаритов и компоновки оборудования, экипажной части, от рода службы локомотива. Рама и кузов должны соответствовать техническим требованием к проектируемым локомотивом по условиям прочности, безопасности движения поездов и удобствам для обслуживающего персонала. Необходимая прочность должна сочетаться с минимальным весом конструкции.

В зависимости от этих требований и компоновки несущих элементов, кузова современных локомотивов бывают двух типов: с несущей рамой и цельнонесущие. Для первого типа характерна мощная рама, воспринимающая внешние нагрузки, на которой установлен нежесткий, часто отъемный кузов капотного типа. Несъемный кузов называется кузом вагонного типа, у которого боковые стенки размещены с учетом максимальной ширины габарита подвижного состава, что позволяет обслуживать находящееся внутри оборудование без выхода из кузова. В цельнонесущем, цельносварном кузово-жесткая связь элементов рамы с боковыми стенками, верхним поясом и кабинами обеспечивает совместную работу всех элементов конструкции при восприятии внешних нагрузок. Их достоинством является высокая жесткость и небольшая масса их конструкции.

Конструкция несущих рам у большинства локомотивов примерно одинакова. Основные несущие элементы - продольные двутавровые или сварные балки, полки которых усилены накладками - их называют хребтовыми. Они соединены между собой междурамными креплениями, шкворневыми балками, стяжными ящиками, а на отдельных участках -настильными листами, повышающими изгибно-крутильную жесткость рамы. По бокам на кронштейнах размещены площадки, окантованные швеллером и уголком. При вагонном кузове на них монтируют боковые стенки.

Некоторое различие в конструкции рам определяется устройством опор на тележки и их количеством.

Стяжные ящики и концы хребтовых балок соединяются сваркой. В стяжных ящиках размещены ударно-тяговые приборы с автосцепками. Так же сваркой соединяются и остальные детали и узлы рам.

Опоры рамы на тележки представляют собой сферические пяты расположенные с каждой стороны рамы. Они опираются на сферические подпятники с роликовыми возвращающими устройствами, укрепленными на раме тележки. Поперечные и продольные тяговые усилия от тележек к раме локомотива передаются через центральные шкворни, вокруг которых поворачиваются тележки в кривых участках пути. В верхнем настильном листе рамы имеются вырезы, отверстия и посадочные места под различное оборудование.

Крыша у несъемных кузовов вагонного типа состоит из съемных секций, позволяющих монтировать размещенное внутри оборудование. Кабины машиниста могут быть отъемными или жестко соединенными с каркасом кузова, но в любом случаи они имеют дополнительную шумо и теплоизоляцию от остального кузова и внешней среды.

Тяговой агрегат ОПЭ1А предназначен для работы в каръерах электрифицированных на переменном токе 10 кВ частотой 50 Гц и имеет в своем составе три тяговые единицы: электровоз управления, дизельную секцию и моторный думпкар. Он может работать на уклонах до 60%, (а с дизельной секцией до 15%) с составом из 10-12 думпкаров 2ВС105 перевозя за одну поездку 1500-1600 т. полезного груза. Он может работать на не электрифицированных путях, используя энергию, вырабатываемую дизельной секцией (тепловозом) управляемой из кабины электровоза.

Кузов электровоза управления состоит из несущей рамы, двух аппаратных помещений (скосов) представляющих собой несъемный кузов и кабины машиниста. Скосы служат для размещения в них большинства электрического оборудования и агрегатов и для защиты его от атмосферных воздействий и состоят из боковых стенок, лобовых стенок и крыши со съемными секциями (крышками).

Рама кузова является основным элементом кузова, несущим все виды нагрузок и состоит из следующих элементов: двух боковых, двух шкворневых балок для центральных опор, двух буферных брусов. Кроме того в раму вварены несколько поперечных и продольных балок, на которых располагаются кабина машиниста, тяговый трансформатор и другое тяжелое оборудование.

В углах снизу между боковинами и буферными брусами приваривают кронштейны для боковых опор, а посередине шкворневой балки (по осевой линии рамы).приварены центральные опоры (шкворни). Вся рама опирается на две не сочлененные тележки двумя центральными опорами, причем они являются одновременно и вертикальной опорой и передают от тележки на раму продольные тяговые и тормозные усилия и кроме того они являются центрами поворота тележки под рамой, когда локомотив проходит кривые участки пути. Боковые опоры, расположенные в углах рамы выполняют вспомогательную роль: на них рама опирается при наклонах в ту или другую сторону и они являются направляющими для поворота тележки под рамой. Для возможности подъема всего электровоза на домкратах при замене тележек, в четырех местах к боковинам с внешней стороны приварены специальные опорные кронштейны. К буферным брусам снизу приварены стяжные ящики для установки в них поглощающих аппаратов с автосцепками.

Настил пола рамы изготовляется из стального листа и в определенных местах он имеет люки для доступа к тяговым двигателям из кузова. Для удобства обслуживания в проемах между оборудованием имеются съемные настилы.

Кабина машиниста установлена со смещением к переднему концу. Для улучшения видимости вдоль состава и для увеличения площади крыши кабина сделана шире примыкающих скосов. Каркас кабины изготовлен из стальных профилей и обшит снаружи стальными листами. Пол кабины приподнят над рамой и в образовавшемся пространстве размещается аккумуляторная батарея. Все стенки кабины и пол имеют тепло и звукоизоляцию. Выходы их кабины расположены со стороны каждого из скосов, причем за выходными дверями расположены проходы вдоль боковых стен скосов. В боковых и торцовых стенках скосов в определенных местах предусмотрены проемы для забора или выброса охлаждающего оборудование воздуха. Боковые стенки скосов сделаны в виде каркасов из гнутых стальных профилей, обшитого стальным листом с продольными гофрами. В каждом из скосов имеются двойные двери для подъема на электровоз снаружи.

Дизельная секция имеет кузов вагонного типа. Кабина машиниста отсутствует. Кузов имеет цельносварную конструкцию, образованную из рамы кузова и приваренных к ней боковых, лобовых и поперечных стенок, соединенных между собой крышей со съемными крышками монтажных люков. Рама кузова дизельной секции во многом аналогична раме электровоза. Основное отличие заключается в том , что в средней части общей рамы вварена поддизельная рама, на которой устанавливается дизель. Поддизельная рама имеет поддон и таким образом образуется емкость для масла дизеля. Снизу рамы в средней части приварены кронштейны для подвешивания топливного бака. Кроме этого в концевых частях рамы между шкворневыми балками и буферными брусами размещены еще два топливных бака.

Внутри кузов дизельной секции разделен поперечными перегородками с дверями на четыре помещения: аппаратное, дизельное, холодильную камеру и машинное. В боковых стенках кузова сделаны проемы для забора охлаждающего воздуха, и оконные проемы. С каждой стороны имеются двери для входа в дизельную секцию снаружи, а также дверь в лобовой стенке для сквозного прохода из электровоза в дизельную секцию.

Моторный думпкар является третьей тяговой секции в составе тягового агрегата. Он снабжен такими же тележками с тяговыми двигателями, как и электровоз. Кроме того он представляет собой транспортную емкость для перевозки горной массы с механизированной разгрузкой. Как такового цельного кузова у думпкара нет, только по концам его рамы расположены два небольшие помещения (ограждения), где располагается необходимое электрооборудование. Среднюю часть занимает опрокидывающаяся транспортная платформа с открытым верхом и открывающимися вниз бортами. Эта платформа имеет собственную раму образующую пол платформы, а торцовые стенки ее жестко сваренные с рамой служат опорой ее при разгрузке. Кроме того, нависающие наружные козырьки торцовых стенок предохраняют ограждения от повреждений глыбами породы.

Нижняя рама думпкара является основным несущим элементом, рассчитанным на все виды нагрузок, и состоит из мощной центральной хребтовой балки, к которой приварены в виде консолей кронштейны под опоры верхней рамы, стоек механизма открывание бортов, стоек цилиндра разгрузки. По концам самых крайних кронштейнов снизу имеются гнезда для установки боковых опор, а на самой хребтовой балке приварены шкворни центральных опор. На концах хребтовой балки снизу приварены стяжные ящики, а сверху стальные площадки для установки ограждений.

Рама транспортной емкости имеет три продольные балки (одна центральная и две боковые) связанных сваркой между собой поперечными балками и листами. На концах продольных боковых балок приварены кронштейны шарнирных соединений продольных бортов, а на концевых поперечных балках - кронштейны шарниров механизма открывания бортов. Торцовая стенка состоит из двух мощных стоек

Г-образной формы, между которыми вварен стальной лист толщиной 10мм. В торцы верхней части стоек вварены литые опоры шарнирных соединений со штоками цилиндров подъема, а в их нижней части предусмотрены сквозные проемы для прохода тяг механизма открывания бортов. Продольный борт сварен из стальных листов и продольных верхней и нижней балок. По нижним концам борта имеются шарниры, на которых он поворачивается, а к нему изнутри приварены кронштейны для соединения с тягами механизма открывания. Два таких механизма размещены с каждого торца верхней рамы. Он состоит из двух двуплечих рычагов, шарнирно поворачивающихся на оси приваренной к верхней раме в своих центральных отверстиях. Концы верхние этих рычагов соединяются с концами двух нерегулируемых по длине тяг. Другие концы этих тяг шарнирно соединены с неподвижными кронштейнами, приваренными к верхней поверхности хребтовой балки.

Две регулируемые тяги соединяют противоположные концы двуплечих рычагов и кронштейны приваренные к внутренним сторонам продольных бортов. Когда подается сжатый воздух в цилиндры подъема расположенные с одной стороны думпкара их штоки, двигаясь вверх воздействуют на концы Г-образных стоек заставляя транспортную платформу наклоняться на бок. Нерегулируемые тяги соединенные с нижней рамой поворачивают двуплечие рычаги, которые другими концами действуют на регулируемые тяги, а те, в свою очередь, начинают поворачивать продольный борт со стороны, где должка производиться выгрузка. По мере дальнейшего подъема борт все больше открывается пока не станет продолжением пола транспортной емкости и груз сваливается под действием собственного веса. При выпуске воздуха из цилиндров подъема вся система приходит в исходное положение, а регулируемые тяги закрывают продольный борт и фиксируют его в этом положении.

Опоры кузовов

Центральная опора состоит из плоской плиты цилиндрической формы, которая входит в цилиндрическое гнездо (подпятник) имеющееся на шкворневой балке в тележке. Обе эти детали входят в друг друга с достаточным зазором, который обеспечивает как свободный поворот в их горизонтальной плоскости, так и относительный наклон до 30° в вертикальной плоскости при наклоне тележки под рамой на неровностях пути.

Пята и подпятник сделаны из стального литья. По всем поверхностям соприкосновения одной детали с другой они имеют сменные обоймы и накладки из закаленной стали закрепленные к ним прерывистым сварным швом, которые по мере износа заменяются. Для защиты от попадания в опору загрязнений имеется войлочное уплотнение. В опору заливается осевое масло по специальной трубке с масленкой.

Боковые опоры размещены в специальных гнездах на кронштейнах в углах рамы. В гнезде устанавливается толстостенный резиновый конус, а через него нагрузка передается на полый стальной конус, который через втулку опирается на пятник имеющий внизу сферическую поверхность. Эта поверхность опирается на такое же углубление в подпятнике, который представляет собой бронзовую опору с плоской нижней поверхностью и называется скользун. Скользун может свободно перемещаться по наличнику опорной плиты приваренной в углу рамы тележки. Втулка, в которой установлен хвостовик пятника, сделана из стали ПО Г 13 Л, а сам пятник из стали 45, подвергнуты поверхностной закалке, что обеспечивает износостойкость этой пары, работающей без смазки.

Пру+ ина служит для поджатия пятника к скользуну в случае схода тележки с рельсов. Регулировка развески по двум смежным опором производится установкой регулировочных шайб. Опорная плита тележки имеет удлиненную форму для возможности движения скользуна, а ее стенки образуют масляную ванну, которая закрыта крышкой, перемещающейся по обечайке опорной плиты вместе с пятником. Опора смазывается осевым маслом.

Рама тепловоза ТЭМ2 опирается на каждую тележку через четыре скользящие опоры. Для этого снизу рамы в определенных местах приварены опорные шаровые поверхности - всего их восемь. Эти поверхности входят в гнезда со сферическим углублением размещенные на плитах опор, которые размещены на тележках по окружности, центром которой является шкворень. Скользящая опора состоит из корпуса, который своим цилиндрическим выступом снизу, входит в отверстие опорного диска приваренного к раме тележки. Корпус крепится к раме четырьмя болтами. Внутри корпуса размещается стальная плита, по которой скользит плита со сферическим углублением. Для смазки поверхностей трения в корпус опоры заливается осевое масло, а для защиты от загрязнений корпус сверху имеет крышку, а по периметру на него закрепляется брезентовый чехол.