Условия эксплуатации и эксплуатационные требования к подвижному составу ГЭТ

Городской электрический транспорт предназначается для обслуживания городских, в основном пассажирских, перевозок. К нему относятся трамвай, троллейбус, метрополитен, монорельсовый электрический транспорт, электробусы и другие виды городского транспорта с электрическим приводом движущих колес. Организацию движения ГЭТ и его подвижной состав проектируют с учетом обеспечения доставки пассажиров к местам назначения в минимальное время и с максимальным комфортом.

Для выполнения этой основной задачи современные транспортные системы городского пассажирского транспорта крупных городов имеют, как правило, комплексный характер, т. е. включают в себя две или несколько взаимосвязанных транспортных систем, из которых одна-две являются основными, а остальные вспомогательными.

В роли основных используют скоростные транспортные системы, отличающиеся высокой провозной способностью: метрополитен, скоростной трамвай, иногда монорельсовый транспорт или экспрессные автобусные линии. Вспомогательные транспортные системы обслуживают основные и проектируются с расчетом обеспечения минимальной зоны пешего хождения населения. Роль этих систем выполняет автобус или троллейбус.

В средних городах СССР четко выраженного разделения транспортных систем обычно нет. Наиболее нагруженные направления обслуживаются здесь обычным трамваем, иногда в сочетании с троллейбусом и автобусами, менее нагруженные — автобусами или троллейбусами. Для мелких городов СССР основным видом массового пассажирского транспорта является, как правило, автобус.

В настоящее время метрополитены имеют пять городов СССР, трамваи—112, троллейбус — 83 и автобус 1717 городов, причем с каждым годом проектируют и вводят все новые и новые транспортные предприятия. Из средств массового ГЭТ наибольший удельный вес имеют трамвай и троллейбус. В 1968 г. общий парк подвижного состава трамвая в СССР составил около 22 тыс. вагонов, общий парк троллейбусов — около 12 тыс. машин, парк метрополитенов — около 2 тыс. вагонов. Перспективные планы развития ГЭТ предусматривают дальнейшее значительное увеличение парка подвижного состава.

Специфику эксплуатации городского пассажирского транспорта, в том числе и ГЭТ, определяют:
- короткие перегоны между остановками (для трамвая и троллейбуса — порядка 300—600 м, для метрополитена — порядка 1000—2000 м);

- работа в общем потоке городского движения (для обычного трамвая и троллейбуса);
- перегрузки, связанные с неравномерностью наполнения подвижного состава пассажирами по часам суток;

- динамические нагрузки от толчков и ударов при движении по неровностям пути, в особенности при неудовлетворительном состоянии подвижного состава (лыски на бандажах, эксцентриситет круга качения колес, прогиб осей и шеек) или путевого хозяйства и дорожных одежд;

- ограниченная маневренность;
- городская пыль, атмосферные осадки и резкие колебания температуры.

Основным показателем, определяющим затраты времени на поездку пассажиров и экономику транспортных предприятий, является скорость сообщения. Повышение скорости сообщения сопровождается уменьшением затрат времени на поездку пассажиров и снижением себестоимости перевозок. При коротких перегонах для получения приемлемой скорости сообщения подвижной состав ГЭТ должен иметь высокие динамические показатели: пусковые ускорения, тормозные замедления и скорости движения на перегонах. Работа на коротких перегонах при частых пусках и торможениях связана в этих условиях с большими перегрузками и сильным износом механического и электрического оборудования подвижного состава.

Работа в общем потоке транспорта предъявляет к ГЭТ повышенные требования:
1) безопасности движения, которые сводятся к обеспечению подвижного состава мощными и надежными тормозными средствами;

2) безопасных условий посадки и высадки пассажиров, исключающих несчастные случаи такого рода, как поражение пассажиров токами утечки (на троллейбусах), попадание между вагонами или под колеса трамвайных поездов и троллейбусов и т. д.;

3) мероприятий, предупреждающих или ослабляющих последствия несчастных случаев при движении подвижного состава по перегону (столкновения с другими видами транспорта или впереди идущим поездом, наезды на пешеходов);

4) гибкости системы управления, которая должна обеспечивать возможность необходимого изменения режимов работы подвижного состава в кратчайшее время. При работе подвижного состава в общем потоке городского движения резко возрастает его износ за счет большого количества добавочных подтормаживаний и пусков при задержках движения, а также в результате форсирования режимов работы при нагонах, связанных с неизбежными в этих условиях нарушениями графика движения.

Резкое повышение износа оборудования и связанные с этим осложнения эксплуатации вызывают городская пыль, поднимаемая с пути при движении подвижного состава, атмосферные воздействия и колебания температуры при работе на открытом воздухе. Пыль, попадая в узлы трения, работает как абразив, резко повышая их износ. В открытых узлах трения износ, связанный с попаданием в них пыли, составляет до 70%. Органическая и минеральная пыль в сочетании с влагой атмосферного воздуха вызывает химический и электрохимический износы элементов оборудования, в особенности наружной окраски.

Колебания температуры наружного воздуха, составляющие для ряда районов СССР от минус 35—40° С до плюс 35—40° С, приводят к отслаиванию наружной окраски, растрескиванию и ухудшению работы резиновых деталей ходовой части и т. д. Особенно резко влияние температуры наружного воздуха сказывается на работе внутреннего оборудования кузова в зимнее время, когда оно связано со значительной конденсацией влаги в пассажирском салоне. Эта влага способствует быстрой коррозии кузовного оборудования.

Вода, образующаяся при таянии снега, заносимого с обувью в салон пассажирами, просачиваясь в отверстия пола и попадая на подкузовное оборудование (в клеммные коробки, ящики с электрооборудованием), вызывает его различные повреждения. В осенне-весенний период работоспособность подкузовного оборудования, в особенности тяговых двигателей, ухудшают ливневые воды, а в зимний период — снег. Вода и снег, попадая в корпус тягового двигателя через вентиляционные каналы через различные неплотности в кожухи подвагонной аппаратуры, приводят к увлажнению изоляции, пробоям на корпус и другим повреждениям.

Важной особенностью подвижного состава трамвая, определяющей повышенные требования к его надежности в процессе эксплуатации, является полное отсутствие маневренности, связанное с ограничением движения рельсовой колеей. Вследствие этого любые неисправности вагонов, сопровождающиеся прекращением самостоятельного передвижения, вызывают нарушения движения на маршрутах, а иногда и в целых районах движения.

Такие нарушения движения пассажирского транспорта приводят к нарушениям нормального ритма жизни города и в конечном счете к большим материальным потерям. Этим определяются высокие требования к подвижному составу трамвая в отношении надежности и работоспособности. Троллейбусы связаны только с контактной сетью и обладают поэтому более высокой маневренностью.

Задержки движения на троллейбусных маршрутах при повреждениях троллейбусов менее вероятны, так как неисправные троллейбусы могут быть подведены к бордюрным камням тротуаров со снятыми штангами токоприемников. Однако троллейбусы имеют более высокую интенсивность износа оборудования вследствие худших условий работы на линии по сравнению с подвижным составом трамвая (более высокий коэффициент динамики).

Условия эксплуатации метрополитенов благоприятные. Подвижной состав метрополитенов полностью изолирован от городского движения, в основном изолирован от воздействия атмосферных осадков и колебаний температуры (при прокладке линий в тоннелях), средняя длина перегонов линий метрополитена в 3—4 раза больше, чем на линиях трамвая и троллейбуса. Поэтому в метрополитене меньше интенсивность износа подвижного состава, а отсутствие помех движению создает широкие возможности четкой организации движения, автоматизации процесса управления поездов по заранее подготовленной оптимальной программе и резкого снижения за счет этого психофизиологической нагрузки машинистов, которая в условиях трамвайно-троллейбусного транспорта неизмеримо более высока и является одной из причин аварийности.

В связи с исключительно важной ролью городского пассажирского транспорта в жизни современных городов основной задачей эксплуатации подвижного состава ГЭТ является обеспечение четкости и бесперебойности движения при максимальном полезном использовании подвижного состава. Этой основной задаче подчинена вся система эксплуатации подвижного состава ГЭТ, включая организацию движения, содержание и техническое обслуживание. Специфические условия работы ГЭТ предъявляют ряд специальных требований к подвижному составу в отношении оборудования, его защиты от воздействия разрушающих факторов, условий обслуживания и ремонта, оборудования места водителя и т. д.

Качество эксплуатации и вся система эксплуатации подвижного состава в значительной степени определяются тем, насколько эти требования учтены в конструктивных решениях подвижного состава и в процессе его производства. Основные требования, предъявляемые к подвижному составу ГЭТ эксплуатацией: соответствие целевому назначению, т. е. условиям эксплуатации; эксплуатационная надежность и долговечность; удобство обслуживания и ремонта; эксплуатационная экономичность.

Целевое назначение подвижного состава ГЭТ, т. е. условия его эксплуатации, определяют динамические, тяговые, габаритные, весовые и другие показатели, которые должны быть в нем заложены. Поэтому соответствие подвижного состава целевому назначению выражается в первую очередь в обоснованном выборе этих показателей, т. е. качеством задания на проектирование. В этом задании необходимо учесть пассажиропотоки, географическое положение, план и профиль маршрутов, для обслуживания которых создается подвижной состав, существующую отечественную и зарубежную практику производства и эксплуатации подвижного состава, оценить ожидаемую эффективность предлагаемых решений и т. д.

Коренными вопросами на стадии проектного задания являются вопросы обоснования выбора системы пуска и управления и принципиальных решений главных конструктивных узлов подвижного состава: кузова, ходовой части, тягового привода, рессорного подвешивания, тормозных устройств, устройств безопасности и др. Очень важно, чтобы вся эта работа проводилась с учетом требований конструктивной и технологической преемственности, сочеталась с разработкой размерных рядов и типажа подвижного состава и отражала этот типаж.

Эксплуатационная надежность и долговечность сводятся к обеспечению бесперебойной работы подвижного состава в течение расчетного срока службы. Они определяются в основном тремя моментами:

1) правильным решением при проектировании и в производстве вопросов прочности, жесткости, вибростойкости и износоустойчивости узлов и деталей механического и электрического оборудования подвижного состава, т. е. тем, насколько полно и точно учтены эксплуатационные нагрузки;

2) обоснованной оценкой возможных в эксплуатации перегрузок и обеспечением защиты подвижного состава от чрезмерных перегрузок, перенапряжений, неправильных включений и т. п. Для этой цели предусматриваются соответствующие устройства защиты, блокировки, фиксаторы и ограничители как в узлах электрического, так и в узлах механического оборудования (максимально-токовая защита, защита от перенапряжений, фиксаторы положения рукояток на позициях контроллеров управления, ограничители прогиба рессор и т. п.).

Для предупреждения развития аварий при повреждениях и поломках отдельных узлов оборудования в их конструкции предусматриваются добавочные подвески, скобы и опоры для предотвращения падения подкузовного оборудования на путь при обрыве основных опор, подвесок или креплений и т. д.;

3) правильным выбором системы технического обслуживания и ремонтов, которая должна строго соответствовать условиям эксплуатации, особенностям конструкции и специфике производства подвижного состава.

Удобство обслуживания и ремонта определяет необходимость максимального снижения утомляемости водителя в процессе работы и трудоемкости работ технического обслуживания подвижного состава. Работа водителя требует напряженной концентрации внимания на транспортной ситуации для предупреждения возможных несчастных случаев и характеризуется большой нервной нагрузкой.

Простота и удобство управления в этих условиях, свободная и правильная рабочая поза, хороший обзор и т. д. — словом, комфортные условия труда способствуют снижению утомляемости и предупреждению аварийности. Большое внимание при конструировании подвижного состава нужно уделять обеспечению доступности оборудования для осмотра, съема в ремонт и монтажа после ремонта. Доступность оборудования для осмотра нужно рассматривать как одно из важных условий своевременного обнаружения неисправностей и предупреждения аварийности подвижного состава на линии, т. е. как важный фактор повышения безопасности движения.

Общее количество осмотров и ремонтов подвижного состава за период эксплуатации, как увидим далее, весьма велико. В этих условиях важное значение приобретают мелкие конструктивные элементы, облегчающие осмотр; указатели правильного положения сопрягающихся узлов и деталей (например, риски), указатели уровня смазки и конструкция масленок, расположение и конструкция смотровых крышек и люков, конструкция державок и ручек, уплотнений, каждый шплинт. Для облегчения съема, транспортировки и монтажа оборудования подвижного состава должны предусматриваться соответствующие приливы, упоры, отверстия под крюк и т. п., причем проектированию всех этих устройств нужно уделять самое серьезное внимание.

Нередко случается, что пренебрежение к таким «мелочам» оказывает решающее влияние на работоспособность всей конструкции. В особенности это касается уплотнений, запоров, крышек, масленок и т. п. Очень важное значение имеет правильный выбор последовательности монтажа оборудования в соответствии с уровнем надежности и долговечности его элементов, который должен обеспечивать возможность съема оборудования, требующего более частых ремонтных вмешательств, без съема и разборки тех элементов оборудования, которые нуждаются в более редких съемах в ремонт.

Эксплуатационная экономичность — одно из определяющих эксплуатационных требований к конструкциям подвижного состава. Эта экономичность R определяется как разность между стоимостью В выполненной транспортной работы и стоимостью Э затрат на эксплуатацию с накладными расходами за то же время:

где В — стоимость выполненной транспортной работы, которая оценивается выручкой от продажи проездных билетов; Э — эксплуатационные расходы, куда входят все затраты на техническое обслуживание и ремонт подвижного состава, стоимость потребленной электрической энергии, отчисления на амортизацию зданий и оборудования, оплата рабочей силы и инженерно-технических работников (ИТР), затраты на содержание путевого хозяйства и т. д.

Эксплуатационные расходы на обслуживание и ремонт подвижного состава весьма велики. Только на ремонт подвижного состава за время его эксплуатации затрачивается в несколько раз больше времени и средств, чем на изготовление. Городской электрический транспорт является также крупным потребителем электрической энергии. По всем этим причинам определенный уровень эксплуатационной экономичности должен быть заложен в подвижной состав еще на стадии его проектирования.

Рациональным проектированием системы управления можно добиться значительного снижения расхода электрической энергии на движение, рациональным проектированием рессорного подвешивания — повышения срока службы оборудования и уменьшения разрушающего воздействия подвижного состава на путь. Правильный выбор материалов сокращает затраты на эксплуатацию и ремонт и поднимает работоспособность узлов оборудования.

Наряду с конструктивными мероприятиями огромное влияние на эксплуатационную экономичность подвижного состава оказывает правильная организация эксплуатации, повышение скоростей движения и ускорение оборачиваемости подвижного состава за счет четкой организации движения и ликвидации простоев.

Важное место среди эксплуатационных требований к подвижному составу занимают требования технической эстетики в отношении его внешнего вида, гигиеничности, пропорциональности форм, цветового оформления, уровня освещенности, уровня шума в пассажирском салоне и др. Красивый внешний вид, приятные формы высокий уровень комфорта обеспечивают подвижному составу популярность и способствуют привлечению пассажиров. Кроме того, они способствуют повышению культуры обслуживания и хранения подвижного состава в депо, бережному отношению к нему и улучшению общих показателей работы транспортных предприятий.