Основными конструктивными и эксплуатационными показателями, дающими возможность оценить качество подвижного состава, являются: весовые характеристики, габаритные и внутренние размеры, вместимость, динамические показатели и плавность хода, удельный расход энергии, комфортабельность, взаимозаменяемость отдельных узлов и деталей, малогабаритность съемных деталей и срок их службы, стоимость подвижного состава и расходы по его эксплуатации.
Весовые показатели характеризуются: а) полным весом экипажа с пассажирами; б) весом в ненагруженном состоянии (собственный вес); в) распределением веса по осям; г) собственным весом, приходящимся на 1 м2 площади пола; д) коэффициентом использования веса вагона или троллейбуса. Собственный вес зависит от размеров, вместимости подвижного состава, конструкции и материалов, применяемых для изготовления деталей и узлов. Для отечественных моторных вагонов этот вес колеблется в пределах от 120 до 160 кн — для двухосных и от 160 до 220 кн — для четырехосных вагонов; для троллейбусов от 60 дo 100 кн — для одноэтажных, 50—130 кн — для двухэтажных и 100—160 кн — для сочлененных. Распределение веса по осям экипажа должно быть по возможности равномерным. В двухосных троллейбусах 63—70% веса приходится на заднюю и 30—37% — на переднюю ось. Чем меньше так называемый удельный вес, т. е. собственный вес, приходящийся на 1 м2 площади пола, тем совершеннее конструкция кузова и оборудования. Вагоны старых типов имеют наиболее высокие удельные весовые показатели, современные вагоны с цельнометаллическим кузовом — наиболее низкие. Чем меньше вес подвижного состава, тем меньше расход электроэнергии на его движение, меньше установленная мощность тяговых подстанций; их число, сечение проводов и кабелей тяговой сети, меньше давление колесных пар на рельсы, шин на дорогу и их износ. Следовательно, снижение веса подвижного состава, кроме уменьшения расхода энергии, уменьшает капитальные и эксплуатационные расходы по устройству электроснабжения, путевому и дорожному хозяйству. Применение конструктивных узлов из специальных сталей и более совершенных типов электрооборудования уменьшает вес подвижного состава, но увеличивает его стоимость. Это, однако, как правило, дает снижение эксплуатационных расходов.
В табл. 2 приведены некоторые весовые данные трамвайных вагонов и троллейбусов.
Полный вес вагона или троллейбуса G' определяется по формуле
(2) где G — собственный вес;
z — количество пассажиров;
Gп — вес одного пассажира.
Коэффициентом использования веса ηв называется отношение веса пассажиров при нормальной нагрузке к весу ненагруженного вагона:
Для оценки вместимости кузова принято учитывать нормальное среднее (нагрузка в часы пик) и максимальное наполнение. По ГОСТ 8802—58 для трамвайных вагонов количество человек на 1 м2 свободной площади пола при нормальном наполнении 3, среднем 5 и максимальном 10 человек и по ГОСТ 7495—63 для троллейбусов нормальное наполнение 5, нагрузка в часы пик 8, и максимальное наполнение 10 человек. Вместимость является важнейшим показателем провозной способности подвижного состава. Она зависит от размеров кузова (длины и ширины) и от планировки салона, определяемой расположением входных и выходных дверей и расположением сидений для пассажиров.
Габаритные показатели включают наибольшие внешние длину, ширину и высоту; базу тележки и базу вагона или троллейбуса; колею; передний и задний свес троллейбуса. Наибольшая длина обычно указывается с учетом буферов. Она обусловливается типом, вместимостью и количеством осей вагона или троллейбуса. Для моторных вагонов, находящихся в эксплуатации, эта длина колеблется в пределах от 10 до 11 м для двухосных, от 13 до 16 м для четырехосных вагонов и от 19 до 25 м для сочлененных; для троллейбусов — от 12,5 до 17,5 м. Важным показателем габаритных размеров вагона или троллейбуса является коэффициент, характеризующий отношение полезной площади пола (площади пола без учета кабины водителя и подножек) к общей площади, занимаемой вагоном по наружным размерам,
где Sп — площадь пола пассажирского помещения кузова;
S — общая площадь (по внешним размерам).
Чем выше величина ηг, тем рациональнее спланирован кузов вагона.
Динамические показатели характеризуют тяговые и тормозные качества подвижного состава и зависят от номинальной мощности тяговых двигателей, принятой системы управления вагоном, конструкции и эффективности действия тормозных устройств. К числу основных динамических показателей относятся: ускорение, замедление и установившаяся скорость (максимальная скорость на прямом горизонтальном участке).
§ 8. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О КОНСТРУКЦИИ.
Трамвайный вагон и троллейбус состоят из двух основных частей: механической и электрической. Ориентировочно в зависимости от типа, например, моторного вагона вес его электрической части составляет 15—25%, а механической — 85—75% общего веса вагона.
Механическую часть вагона можно подразделить на следующие основные элементы: кузов, передаточные механизмы, ходовые части (тележки, колесные пары, буксы, рессоры), тормозное оборудование, тяговые сцепные приборы, пневматическое оборудование (компрессоры, аппараты и приборы). Вагоны таких типов, как Т-2, Т-3, КТМ-3 и др., не имеют пневматического оборудования. На рис. 13 показан вагон РВЗ-6 со снятым пантографом.
Рис. 13. Общий вид четырехосного вагона РВЗ-6
1 — кузов; 2 — двухосная тележка; 3 — колесная пара; 4 — рельсовый электромагнитный тормоз; 5 — кабина водителя; 6 — салон; 7 — токоприемник (пантограф — на проекции а боковой вид не показан)
Цельнометаллический сварной кузов состоит из рамы (основание), каркаса, облицовки наружного и внутреннего оборудования. Рама выполняется сварной из стальных штампованных профилей. На раме крепится каркас с облицовкой, подвагонное оборудование и тяговые сцепные приборы. Каркас представляет собой сварную конструкцию из профилированной листовой стали различного сечения. Внутри кузов разделен перегородкой на две части: салон и кабину водителя. В кабине установлен пульт управления. Кузов вагона опирается на две двухосные поворотные тележки, с которыми он соединяется через пятниковые опоры с рессорным подвешиванием. Тележки опираются на оси колесных пар при помощи осевых внутренних букс с роликовыми подшипниками (колесные пары с подрезиненными колесами). На каждой тележке установлены два тяговых двигателя с двухступенчатыми редукторами (см. рис. 15, схема а). К продольным балкам тележки с каждой стороны на пружинах подвешено по одному башмаку рельсового электромагнитного тормоза.
Основными элементами механической части троллейбуса являются кузов с рамой (или несущий безрамный кузов), передний мост, задний мост (один или два), ступицы с колесами, тяговая передача рессорная подвеска и амортизаторы, рулевое управление, тормозное и пневматическое оборудование. На рис. 14 дан общий вид троллейбуса Тр-9.
Электрическое оборудование трамвайного вагона или троллейбуса состоит из: 1) тяговых электродвигателей, предназначенных для приведения во вращение колесных пар вагона или полуосей троллейбуса; 2) вспомогательных электрических машин, обслуживающих вспомогательные электрические цепи (генератор управления, электродвигатели вентилятора, компрессора и генератора); 3) тяговой аппаратуры, выполняющей различные функции в электротяговой установке; 4) вспомогательной электроаппаратуры (приборы отопления, стеклообогревателей, низковольтного оборудования и т. п.); 5) аккумуляторной батареи, применяемой на троллейбусах и трамвайных вагонах некоторых типов.
Привод движущих колесных пар вагона или полуосей троллейбуса состоит из тягового двигателя и передаточного механизма (редуктора).
Тяговые двигатели характеризуются следующими основными данными, которые указываются на их паспортном щитке (наряду с типом двигателя, заводом-изготовителем и заводским номером): часовой (номинальной) и длительной мощностью, номинальным напряжением, номинальной скоростью вращения, часовым и длительным токами. Эти данные определяют основные параметры двигателя, его размеры и особенности конструктивного выполнения. В зависимости от типа вагона трамвайные двигатели могут иметь часовую мощность от 30 до 60 кВт и номинальное напряжение 275 или 550 в, троллейбусные — 80—100 кВт на 550 в. При напряжении Uн = 275 в двигатели с одинаковой часовой мощностью будут иметь в два раза больший часовой ток, а следовательно, большее сечение проводов обмоток и большие размеры коллектора, чем при напряжении Uн = 550 в.
Работа тягового двигателя, по сравнению со стационарными машинами, протекает в значительно более тяжелых условиях. От двигателя требуется наибольшая надежность в работе, а наблюдение за ним во время движения практически невозможно. Двигатель располагается под кузовом, вследствие чего его габариты ограничиваются шириной колеи и диаметром колеса. Двигатель должен иметь возможно меньший вес для облегчения веса вагона или троллейбуса. Конструкция двигателя должна быть закрытого типа, обладать необходимой прочностью, допускать удобный осмотр внутренних частей и обеспечивать возможность нормального ухода за ним.
Тяговый двигатель должен удовлетворять следующим требованиям:
- развивать высокий пусковой вращающий момент; 2) выдерживать перегрузку; 3) допускать возможность реверсирования; 4) обеспечивать регулирование скорости в широких пределах; 5) удовлетворительно работать генератором при электрическом торможении; 6) иметь надежную коммутацию в переходных режимах при резких изменениях напряжения в контактной сети.
Тяговые двигатели по способу установки на подвижном составе имеют два исполнения: 1) рамно-осевое — опоры одной стороны расположены на раме тележки, а другой — на оси колесной пары (буксы с подшипниками трения скольжения); 2) рамное — все опоры двигателя расположены на раме тележки или кузова. Первый вид применяется только на вагонах старых типов.
Редуктор служит для передачи вращающего момента с вала якоря на ось колесной пары или полуоси. Обычно посредством редуктора скорость вращения оси уменьшается по сравнению со скоростью вращения якоря с целью реализации большего вращающего момента М0 > М. Редукторы применяются индивидуального типа, где вращающий момент с вала якоря двигателя передается на одну ось колесной пары или на пару полуосей.
Индивидуальный редуктор может быть с зубчатой или червячной передачей. Зубчатая передача обладает высоким коэффициентом полезного действия и надежностью конструкции. Конструкции зубчатых передач, применяемых в электрической тяге, разнообразны. В зависимости от количества и расположения зубчатых колес (шестерен) редукторы подразделяются на одноступенчатые (односторонние и двусторонние) и двухступенчатые. Средний к. п. д. одноступенчатого зубчатого редуктора — 0,97, двухступенчатого (более сложного по конструкции) — 0,95 и червячного — 0,85.
Рис. 15. Принципиальные схемы электроприводов
I — трамвайные вагоны: а — рамно-осевой тяговый двигатель; с одноступенчатым редуктором; рамные тяговые двигатели; б, в— с одноступенчатым редуктором: г — с двухступенчатым редуктором;
II троллейбусы: а — с двухступенчатым зубчатым редуктором; б — с двухступенчатым редуктором бортового типа; в — с червячным редуктором; 1 — тяговый двигатель; 2 — редуктор; 3 — ось колесной пары; 4 — карданный вал; 5 — дифференциал; 6 — полуоси; 7 — движущие колеса; z0; zп; zП и z — число зубцов шестерен редуктора
На рис. 15 даны принципиальные схемы электроприводов. В схеме с рамно-осевым трамвайным двигателем и одноступенчатым односторонним редуктором с цилиндрическими шестернями с прямым или косым зубом привод имеет передаточное число μ 6 и тяговый двигатель со скоростью вращения при часовом режиме nh = 1000 об/мин. Неподрессоренная часть веса двигателя, приходящаяся на ось колесной пары, составляет до 3/4 полного веса, а редуктор полностью неподрессорен. В схеме тягового двигателя с рамным подвешиванием и поперечным расположением передаточное число μ≤9; nh≤2000 об/мин, вес двигателя полностью подрессорен. Редуктор одноступенчатый, односторонний с цилиндрическими шестернями. Вал двигателя с редуктором соединяется карданным валом. В схеме двигателя с рамным 2В подвешиванием и продольным расположением редуктор выполнен с карданным валом, двухступенчатым с парой цилиндрических и парой конических шестерен (схема г) или одноступенчатым с коническими шестернями (схема в). В схеме а троллейбусного привода — редуктор двухступенчатый с карданным валом с парой конических и парой цилиндрических шестерен. Большая цилиндрическая шестерня жестко связана с дифференциальной коробкой, внутри которой расположен механизм дифференциала, распределяющий и передающий вращающий момент М0 к движущим колесам посредством полуосей. На схеме б — редуктор двухступенчатый бортового типа. Большая коническая шестерня связана с дифференциалом, распределяющим и передающим вращающий момент полуосям, на концах которых расположены малые цилиндрические шестерни. Большие цилиндрические шестерни расположены на полуосях движущих колес троллейбуса. Червячный редуктор показан на схеме в. Червяк, соединенный с карданным валом, вращает червячное колесо, внутри которого установлен дифференциал, передающий вращающий момент полуосям.
Передаточное число одноступенчатого редуктора
а двухступенчатого
Для трамвайных вагонов и троллейбусов целесообразно применять редукторы с большим передаточным числом, что делает возможным применение быстроходных тяговых двигателей (малогабаритных и с меньшим весом).
На моторных вагонах число тяговых двигателей обычно бывает равно количеству осей вагона. На троллейбусах устанавливают один тяговый двигатель и только на троллейбусах ТС (сочлененных) — два.
Тяговая аппаратура подразделяется на: 1) токоприемники (штанговые, дуговые, пантографы), которые обеспечивают подвижной контакт электрических цепей вагона с контактным проводом; 2) аппараты управления — контроллеры водителя для управления тяговыми двигателями непосредственно или через другие аппараты с ручным или педальным (ножным) приводом; контакторы (индивидуальные и групповые) для различных включений, выключений и переключений в электрических цепях; реверсоры, разъединители, переключатели и реле ускорения; 3) электрические сопротивления — реостаты для пуска, торможения и регулирования скорости, шунты и добавочные сопротивления; 4) аппараты для защиты электрического оборудования от чрезмерных перегрузок, коротких замыканий, повышения и исчезновения напряжений, а также от перенапряжений — плавкие предохранители, автоматические выключатели, реле перегрузки, реле напряжения и разрядники; 5) вспомогательные аппараты для обслуживания вспомогательных цепей — регуляторы напряжения,
регуляторы давления, выключатели управления, кнопочные выключатели, междувагонные соединения; 6) аппаратура низковольтных цепей.
Рис. 16. Расположение электрооборудования на вагоне МТВ
1 — токоприемник дуговой; 2 — индукционная катушка; 3 — автоматический выключатель; 4 — контроллер; 5 — пусковые сопротивления; 6 — тяговый двигатель; 7 — роговой разрядник; 8 — распределительный щиток; 9 — выключатель управления; 10 —двигатель компрессора; 11 — демпферное сопротивление; 12 — регулятор давления
Электрическое оборудование на подвижном составе располагается в зависимости от его назначения, в соответствии с требованиями эксплуатации и условиями монтажа. Вес оборудования может быть снижен
за счет применения быстроходных тяговых двигателей, а также более компактной электрической аппаратуры. На рис. 16 показано общее расположение электрического оборудования на трамвайном вагоне МТВ.