Глава 3
ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ГОРОДСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА
ТРЕБОВАНИЯ К МЕХАНИЧЕСКОМУ ОБОРУДОВАНИЮ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
Конструкция механического оборудования подвижного состава городского электрического транспорта должна удовлетворять ряду общих и специальных требований.
К общим требованиям относятся:
- соответствие конструкции механического оборудования подвижного состава условиям эксплуатации, утвержденному типажу, действующим ГОСТ, правилам технической эксплуатации и нормативам;
- перспективность конструкции механического оборудования вновь строящегося подвижного состава, возможность длительного использования ее в качестве базовой модели для последующей модернизации;
- высокая технологичность, возможность изготовления с использованием передовых методов производства при минимальных затратах и применении недефицитных материалов;
- низкая себестоимость эксплуатации подвижного состава даже за счет некоторого повышения первоначальной стоимости конструкции;
- взаимозаменяемость и максимальная унификация отдельных узлов и деталей механического оборудования;
- соответствие веса и основных габаритов подвижного состава и его агрегатов оптимальным значениям, обусловленным ГОСТ и нормалями;
- простота и целесообразность конструкции подвижного состава, легкость и удобство его управления, обслуживания и ремонта;
- высокая надежность и равнопрочность основных элементов конструкции механического оборудования в пределах установленного амортизационного срока; рациональность схемы сборки, обеспечивающей возможность первоочередного съема узлов, имеющих меньший срок службы;
- хорошая маневренность и устойчивость подвижного состава при движении;
- максимальная комфортабельность и безопасность для пассажиров и обслуживающего персонала; высокие эстетические требования к внешнему оформлению подвижного состава и внутренней отделке пассажирского салона.
Специальные требования к механическому оборудованию подвижного состава предусматривают дополнительное, обычно конструктивное, уточнение основных требований, изложенных выше.
В этих требованиях, например, особо оговариваются меры по повышению вместимости подвижного состава, удобств для пассажиров при проезде и улучшению пассажирообмена на остановках, специальные требования, обеспечивающие удобство выполнения ремонта и пр.
Специальные требования ускорения пассажирообмена и повышения вместимости предусматривают максимальное снижение и регулирование в процессе эксплуатации расстояния первой ступени от уровня пути при организации посадки и высадки пассажиров с тротуара или дорожного полотна, отказ от применения ступеней в конструкции кузова для увеличения числа дверей при организации посадки и высадки пассажиров с высоких платформ (метрополитен, монорельсовые дороги, скоростной трамвай) и др. Специальными требованиями оговариваются освещение салона и подножек при посадке и высадке пассажиров, изменение внутренней планировки салона, создание накопительных площадок перед выходными и входными дверями.
Удобство выполнения ремонта подвижного состава обусловливается специальными требованиями, предусматривающими доступность агрегатов для осмотра, ремонта и уборки, наибольшую простоту форм механического оборудования, установку люков н открывающихся фальшбортов, прокладку проводов силовых и вспомогательных цепей в легкодоступных желобах, применение легкомоющихся материалов для отделки пассажирского салона, сидений и т. д.
Комфортабельность, долговечность и надежность подвижного состава определяются специальными требованиями к плавности хода и бесшумности, теплоизоляционным материалам кузова, применению подрезиненных колес, новых типов упругого подвешивания, передач и т. д.
Специальными требованиями оговариваются одностороннее (троллейбус, трамвай) или двустороннее (метрополитен) управление подвижным составом, возможность эксплуатации на большом уклоне, движение на криволинейных участках пути с минимальным радиусом, нагрузка колесных пар на погонный метр пути, габаритные ограничения размеров подвижного состава, связанные с конструкцией пути, путевого оборудования н сечения путепроводов и др.
Специальные требования к шарнирно сочлененному подвижному составу касаются зоны сочленения кузовов: безопасности прохода через сочленение, защиты салона от грязи и пыли, обеспечения соответствующей кинематики управляемых колес полуприцепа сочлененной машины при движении на повороте.
ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗРАБОТКИ И СОЗДАНИЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
Существующими положениями предусматриваются следующие стадии создания новых конструкций подвижного состава: техническое задание;
техническое и эскизное проектирование;
рабочее проектирование;
изготовление и испытание опытных промышленных образцов;
изготовление промышленной установочной партии;
серийное производство.
Техническое задание на проектирование подвижного состава разрабатывается заводом-изготовителем совместно с эксплуатирующими организациями и является исходным техническим документом для конструкторской разработки нового образца.
Разработка технического задания является одним из решающих этапов проектирования и, как правило, проводится на основе опыта эксплуатации подвижного состава, перспектив его развития и технико- экономических исследований, обобщающих опыт наиболее рентабельной организации перевозок пассажиров с минимальными эксплуатационными расходами. Техническим заданием определяются наиболее целесообразный тип подвижного состава и его основные параметры (вместимость, габаритные размеры и т. д.). После разработки техническое задание утверждается соответствующими отраслевыми организациями.
При разработке технического (а в отдельных случаях эскизного) проекта:
- уточняются по результатам анализа аналогичных конструкций основные размеры кузова и базы подвижного состава по условиям вписывания его в габарит, криволинейные участки пути или полосу движения;
- анализируются возможности обеспечения необходимого уровня комфортабельности, а также современных технических и архитектурно- эстетических требований;
- проектируются основные узлы конструкции подвижного состава, размеры и способы соединения несущих элементов, размеры и расположение дверных проемов и служебных помещений, принципы сочленения кузовов (для сочлененных экипажей), конструкции ходовых частей, тип и принципы размещения элементов тягового привода, упругого подвешивания, тормозного оборудования, форма и размеры рамы тележек (для тележечного подвижного состава) и др.
При разработке узлов подвижного состава используются достижения отечественной и зарубежной науки и техники, опыт конструирования других видов транспорта (самолетов, автомобилей и др.), учитываются возможности применения новых прогрессивных материалов. По результатам предварительных разработок вычерчиваются основные (продольные и поперечные) сечения кузова, его планировка, общие виды ходовых частей, привода и т. д.;
- устанавливается предварительная величина собственного веса подвижного состава и его отдельных узлов, а также приближенные значения коэффициента тары, осевые нагрузки на путь;
- производятся прочностные, кинематические и другие виды расчетов узлов и деталей механического оборудования;
- разрабатываются основные технологические процессы изготовления конструкций подвижного состава с учетом технологичности изготовления и сборки оборудования, минимального объема работ при его ремонте, обеспечения высокой надежности и долговечности.
Основные данные для расчета конструкции (усилия, расчетные схемы, требования к отдельным узлам и деталям, материалы и т. д.) принимаются согласно нормам для расчета и проектирования подвижного состава с учетом опыта проектных заводских организаций.
При техническом проектировании современного подвижного состава широко используются экспериментальные методы исследования отдельных узлов оборудования, а также моделирующие и счетно-решающие машины. Применение электронно-вычислительных машин (ЭВМ) в конструкторских расчетах и исследованиях создает условия для принятия наиболее правильных конструктивных решений, выявления недостатков конструкций еще до того, как будут изготовлены и испытаны образцы. Вместе с тем использование электронно-вычислительных машин для инженерных расчетов и исследований существенно сокращает сроки выполнения этих работ.
В настоящее время на отечественных заводах транспортного машиностроения широко применяются ЭВМ для выполнения ряда трудоемких расчетно-исследовательских работ. Имеются, например, разработанные программы для расчета на ЭВМ ходовых частей, кузовов, упругого подвешивания и других узлов подвижного состава. Электронно-вычислительные машины применяются при динамических расчетах, расчете геометрии и выборе допусков зубчатых зацеплений, исследовании кинематики поворота безрельсового подвижного состава и др.
Технический проект, выполненный в соответствии с требованиями технического задания, утверждается отраслевыми организациями для рабочего проектирования. При рабочем проектировании на основе утвержденного технического проекта выполняются рабочие чертежи подвижного состава (общие виды, узлы, детали), уточняются расчеты узлов соединений и деталей на прочность, определяется порядок сборки элементов механического и электрического оборудования.
Рабочий проект завершается составлением ведомостей унифицированных, стандартных и нормальных деталей и узлов, перечней необходимых материалов и частей, поставляемых другими предприятиями, указаний о применяемых посадочных размерах, резьбах, модулях, технических условий, методики испытаний подвижного состава и инструкций по уходу за его отдельными узлами.
Рабочий проект, разработанный заводом-изготовителем, утверждается главным инженером завода и согласованию не подлежит.
Для отработки конструкции нового подвижного состава и его испытаний изготовляют опытные промышленные образцы. Эти образцы проходят заводские, путевые и эксплуатационные испытания.
При заводских испытаниях проверяется прочность конструкции отдельных узлов и агрегатов, оцениваются и уточняются принятые конструктивные решения, технология изготовления и сборки деталей и узлов.
При путевых и эксплуатационных испытаниях определяются ходовые качества опытного образца подвижного состава и напряжения в его отдельных ответственных узлах и деталях при различных режимах эксплуатации. Эти испытания проводятся отраслевыми научно-исследовательскими организациями с участием заводов-изготовителей.
Для оценки прочности и динамических качеств механической части подвижного состава измеряют (обычно тензометрическими методами) силы, деформации, перемещения, напряжения и ускорения в различных элементах его конструкции.
В методике испытаний должны быть определены и обоснованы: цель исследования, способ подготовки объекта испытаний, режимы нагрузок и порядок испытаний, способы приложения экспериментальных нагрузок и необходимое для этой цели оборудование, измерительные приборы для каждого этапа испытаний, порядок и места установки приборов, методы обработки результатов испытаний.
Цель испытания вытекает из общих задач исследования, но в зависимости от вида испытания она формулируется применительно к данному объекту с учетом фактических требований и возможностей постановки эксперимента. Целями испытаний механического оборудования на прочность являются: определение прочности, жесткости и долговечности конструкции. При различных нагрузках, оценка точности теоретических расчетов, оценка рациональности данной конструкции и определение путей ее усовершенствования. При экспериментальных исследованиях динамических качеств подвижного состава записывают кривые движении при различных нагрузках и режимах работы, определяют величину и характер распределения динамических усилий, действующих в эксплуатации на подвижной состав и путь, оценивают устойчивость вагона против схода с рельсов и опрокидывания, а также плавность хода рельсового и безрельсового подвижного состава.
Режим нагрузок при испытаниях выбирается с учетом максимальных сил, возникающих в эксплуатации.
Прошедшие испытания опытно-промышленные образцы подвижного состава принимаются государственной (межведомственной) комиссией, которая на основании материалов испытаний выносит заключение о приеме опытно-промышленных образцов подвижного состава и рекомендации их для серийного производства.
Решение о серийном производстве новых конструкций подвижного состава принимается Госпланом СССР совместно с отраслевыми планирующими организациями.
Для подготовки производства и доработки новой конструкции подвижного состава серийному изготовлению предшествует постройка промышленной установочной партии.