Конструкции кузовов локомотивов: технические требования, типы и устройство несущих систем

Технические требования к несущим конструкциям локомотива формируются на основе эксплуатационных задач, предъявляемых к подвижному составу в целом. Они включают в себя комплекс нормативов, обеспечивающих безопасность, надежность и долговечность. Прежде всего, геометрические параметры конструкции должны гарантировать вписываемость локомотива в установленный габарит подвижного состава, беспрепятственное движение по колее заданной ширины и прохождение кривых участков пути номинального радиуса. Длина локомотива при этом не должна превышать нормированных значений.

Требования надежности регламентируют назначенный срок службы и средний параметр потока отказов, которые должны строго соответствовать параметрам, установленным заказчиком. В аспекте технологичности конструкция узлов и деталей должна обеспечивать минимальную трудоемкость при изготовлении, техническом обслуживании и ремонте; относительная трудоемкость не может превышать заданных величин. Важным экономическим фактором является унификация и стандартизация: уровень унификации локомотива должен составлять не менее 50%, а экипировочные узлы подлежат полной унификации.

Безопасность эксплуатации обеспечивается комплексом мер: наличием стандартизированной аварийно-предупредительной сигнализации и устройств, гарантирующих движение при падении давления в магистральном трубопроводе не ниже 490 кПа. Конструкция обязана защищать локомотивную бригаду при соударении с автосцепкой на скорости до 20 км/ч. Эргономика и эстетика также нормируются: условия труда, удобство управления и санитарно-гигиенические показатели должны отвечать типовым отраслевым требованиям, а уровень шума не должен превышать значений, установленных ГОСТ 12.1.003, так же как и качество покрытия и цветовое оформление должны соответствовать стандартам. Отдельно оговаривается патентная чистота как всей конструкции, так и ее отдельных узлов. Все перечисленные требования фиксируются в техническом задании по ГОСТ 15.001, которое разрабатывает заказчик или проектировщик; в документе также отражаются лимитная цена, ожидаемая экономическая эффективность и прогнозируемая годовая потребность в локомотивах.

Классификация и типы несущих конструкций кузовов локомотивов. Конструктивное исполнение главной рамы и кузова локомотива напрямую зависит от компоновки силового и вспомогательного оборудования, принятого способа восприятия и передачи эксплуатационных нагрузок, а также от производственно-технологических возможностей изготовителя и назначения самой машины. По способу восприятия нагрузок специалисты разделяют кузова на несущие и ненесущие. Ненесущие кузова не участвуют в восприятии основных внешних сил — эту функцию полностью берет на себя мощная главная рама. В конструкциях несущего типа кузов работает совместно с рамой, распределяя и передавая нагрузки, что позволяет выполнить раму облегченной, менее массивной.

При равной несущей способности локомотив с несущим кузовом демонстрирует меньшую массу металлоконструкций по сравнению с моделью, имеющей ненесущий кузов. Практические показатели подтверждают эту закономерность: масса, приходящаяся на 1 погонный метр длины конструкции с ненесущим кузовом и рамой, составляет 1,1–1,25 тонны, тогда как для несущего кузова этот показатель ниже — 0,86–1,0 тонны на метр.

По компоновочной схеме различают кузова закрытого (вагонного) и капотного типа. Кузова вагонного типа преимущественно применяются на отечественных магистральных электровозах и тепловозах благодаря меньшему аэродинамическому сопротивлению. Их боковые стенки максимально используют пространство габарита подвижного состава, обеспечивая защиту бригады от внешней среды при обслуживании агрегатов на ходу. Капотные кузова, как правило, являются уделом маневровых локомотивов: они обеспечивают лучший обзор из кабины машиниста, более технологичны в производстве и упрощают демонтаж агрегатов при ремонте, поскольку легко снимаются с рамы.

Конструктивные особенности кузовов ненесущего типа. Ненесущие кузова могут быть выполнены как в капотном, так и в вагонном исполнении. Ярким примером капотного типа служат кузова маневровых тепловозов серий ТЭМ1 и ТЭМ2. На тепловозе ТЭМ2 съемным является только кузов двигателя, в то время как остальные секции крепятся к главной раме. Для удобства эксплуатации в конструкции предусмотрены боковые двери, съемные крышные листы и технологические люки, обеспечивающие доступ к агрегатам.

Кузов аккумуляторного отсека представляет собой сварную металлоконструкцию из сортового проката и гнутых профилей, обшитую снаружи листами. Внутри расположены элементы для монтажа поддонов с аккумуляторными батареями. Для обслуживания и вентиляции предусмотрены двустворчатые двери с просечками и вытяжной колпак люка для удаления газов. На торцевой части монтируется корпус прожектора и песочницы.

Каркас кузовов двигателя и высоковольтной камеры выполнен из швеллеров и уголков, обшит стальными листами и обязательно имеет теплоизоляцию из стекловолокна с внутренней металлической обшивкой. Двери в этих отсеках имеют комбинированную конструкцию: зоны с просечками для вентиляции чередуются с изолированными полостями. Люки на крыше, уплотненные профильной резиной, обеспечивают доступ к цилиндровым крышкам дизеля и другим узлам. Каркас холодильной камеры образуют продольные балки и задняя стенка, сваренные в единую жесткую конструкцию с приваренными элементами крепления оборудования.

Рис. 2.2.1. Кузов маневрового тепловоза ТЭМ2: 1 - холодильная камера; 2 - двигатель; 3 - высоковольтная камера; 4 - кабина машиниста; 5 - аккумуляторный отсек

Устройство кузовов закрытого типа магистральных локомотивов. Кузова закрытого типа с несущей рамой, применяемые на магистральных тепловозах (ТЭ2, ТЭ3, 2ТЭ10В, М62) и электровозах (ВЛ60, ВЛ80), имеют более сложную пространственную структуру. Например, каркас кузова тепловоза 2ТЭ10В представляет собой решетчатую конструкцию из стальных профилей, к которой приваривается наружная обшивка толщиной от 1,5 до 2,5 мм. Внутренняя обшивка крепится к деревянным брускам на каркасе. В проставке располагаются входные двери и высоковольтные камеры.

Кузов дизельного помещения разделен по горизонтали на две части: верхнюю съемную и нижнюю, приваренную к главной раме. Горизонтальный разъем на высоте 1000 мм от рамы позволяет после демонтажа верхней части свободно монтировать или демонтировать дизель-генератор и крупногабаритные узлы. Съемная часть крепится к соседним секциям болтами через штампованные профили.

На крыше съемной части предусмотрены три монтажных люка, а в боковинах — окна с резиновым уплотнением и проемы для установки систем воздухоочистки. Пол в дизельном помещении выполнен из рифленой стали. Кузов холодильной камеры приварен к раме и включает в себя шахту холодильника и переходную зону. Вместе с проставкой эти элементы обеспечивают общую жесткость и геометрическую неизменяемость всей конструкции локомотива.

Рис. 2.2.2. Кузов тепловоза 2ТЭ10В: 1 - кабина машиниста; 2 - проставка; 3 - двигательное отделение; 4 - холодильная камера

В отличие от тепловозных аналогов, кузов электровоза закрытого типа с несущей рамой обычно имеет меньшее количество составных частей, объединяя кабины и боковые стены в единый модуль. Крыши электровозов преимущественно выполняются несъемными, оснащаясь лишь отдельными люками для доступа к токоприемникам и вспомогательным машинам. Такая компоновка продиктована иной компоновкой электрооборудования и особенностями тягового привода. Проектирование современных локомотивов ведется с учетом строгих требований по массе, прочности и безопасности, что делает выбор типа кузова ключевым этапом в создании эффективного подвижного состава.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Анисимов П.С., Винокуров В.А., Воробьев В. И., и др.

Источник: Подвижной состав железных дорог

Данные публикации будут полезны студентам железнодорожных специальностей (эксплуатация железных дорог, подвижной состав), начинающим специалистам в области локомотивостроения и эксплуатации тягового подвижного состава, а также всем, кто интересуется устройством, классификацией и современными тенденциями развития железнодорожной техники.