Основными элементами кузова являются каркас с обшивкой и рама. Каркас кузова показан на рис. 6.3. Его образуют вертикальные 1 и продольные 2 элементы жесткости. Вертикальные стойки 1 каркаса стенок и дугообразные профили 3 крыши образуют поперечные силовые пояса каркаса кузова. Эти пояса соединяются между собой по всей длине продольными поясами 2, образуя вместе с ними, рамой 4 и обшивкой 5 единую несущую конструкцию. Расстояние между отдельными стойками зависит от принятой ширины оконных и дверных проемов и простенков между ними.
Рис. 6.3. Основные элементы каркаса кузова
Обшивка каркаса выполняется из стальных либо пластмассовых армированных панелей. Для уменьшения шума от вибрации на внутреннюю сторону обшивки наносится шумопоглощающая ласта.
Конструкция рамы кузова во многом определяется типом и конструкцией ходовых частей. На рис. 6.4 показаны схемы основных типов рам рельсового подвижного состава. Бестележечные экипажи имеют, как правило, рамы, выполненные с несущим обвязочным поясом 1, по схеме а. Остальные элементы рам этого типа (поперечные балки 4 и продольные балки 5) не являются несущими и предназначены для установки различного оборудования.
Рамы тележечного подвижного состава выполняются по схеме б с несущим обвязочным поясом 1 или по схеме в с несущей хребтовой балкой 3. Нагрузки рамами этого типа передаются на ходовые части шкворневыми балками 2.
Обычно кузовные рамы современного подвижного состава выполняются как единая цельная конструкция с неразрезным обвязочным поясом. Однако встречаются и составные рамы (схема г). В этом случае с основной рамой 1 связывают рамы площадок 6, которые могут располагаться в одной плоскости с основной рамой или ниже в зависимости от принятого способа организации посадки и высадки пассажиров. К нижней части рамы площадки крепится коробка для тягового и буферного приборов.
Рамы кузовов вагонов метрополитена выполняются обычно по схеме в (рис. 6.4).
Рис. 6.4. Основные типы рам рельсового подвижного состава
а — бестележечного; б, в, г — тележечного
Кузова безрельсового подвижного состава могут иметь (рис. 6.5): а) рамы с двумя продольными балками (лонжеронные рамы);
б) безрамную конструкцию, в которой несущими элементами, выполняющими роль рамы, являются основание и каркас кузова.
Рамы первого типа (схема а) обычно изготовляются из балок швеллерного сечения 1, соединенных поперечинами 2. Форма сечения поперечин зависит от их дополнительного назначения, связанного с установкой приборов и агрегатов.
Безразмерные и смешанные конструкции кузовов (схема б), получившие в современном безрельсовом подвижном составе наиболее широкое распространение, имеют усиленные элементы 3 основания кузова. Такая конструкция применена, в частности, на троллейбусах ЗИУ-5 и ЗИУ-9.
Рис. 6.5. Лонжеронная рама (а) и безрамное основание (б) кузовов безрельсового подвижного состава
Основание несущего кузова троллейбуса ЗИУ-9 (рис. 6.6) образуют два продольных лонжерона 1 и 2, выполненных из отдельных секций- ферм, и десять поперечных ферм 3—13. Секции лонжеронов составлены из продольных балок 20, вертикальных стоек 21 и раскосов 22. Для увеличения жесткости основания лонжероны 1 и 2 дополнительно связаны с поперечными фермами 3—12 раскосами 23. На поперечных фермах 4—5, 6—7 и 13 установлены опоры 14 пневматических упругих элементов подвески. В местах расположения подножек основание усилено дополнительными связями 15 и раскосами 16. Буксирные крюки 17 связаны с лонжеронами 1 и 2 раскосами 18. На кронштейнах 19 крепятся тяговый двигатель, аккумуляторные батареи и другое оборудование.
На рис. 6.7 показана схема кузова с несущими стенками и рамой вагона метрополитена. Стенка кузова состоит из нижнего 1, верхнего 2, надоконного 3 и подоконного 4 обвязочных брусьев, связанных между собой вертикальными стойками 5. Каркас покрыт обшивкой 6 из стальных листов, которая работает как несущий элемент и обеспечивает необходимую жесткость стенки.
Стенка кузова жестко связана с рамой и воспринимает совместно с ней все нагрузки. Конструкция характеризуется большой жесткостью на изгиб в вертикальной плоскости.
Несущие стенки позволяют облегчить раму и снизить общий вес кузова при одновременном повышении его прочности и жесткости.
Рис. 6.6. Основание кузова троллейбуса ЗИУ-9
В кузовах цельнонесущей конструкции раму нельзя рассматривать как самостоятельную часть кузова. Обеспечение устойчивости формы такого кузова достигается выбором рационального соотношения между площадью панелей боковых, торцовых стен, крыши и толщиной обшивки, а также соответствующей величины шага между элементами продольных и поперечных поясов каркаса. Эти соотношения определяются расчетом кузова на прочность и жесткость.
Рис. 6.7. Схема кузова вагона с несущими стенками и рамой
Вес кузова может быть уменьшен различными способами:
- применением специальных профилей, обеспечивающих наиболее полное использование материала с учетом особенностей нагрузки кузова;
- выполнением поперечного очертания кузова, приближающимся к кольцевому;
- расположением дверных проемов и монтажных люков вблизи опор кузова, а оконных проемов и простенков — на наивыгоднейших расстояниях между стойками;
- применением в конструкции кузова специальных (низколегированных) сталей, алюминиевых сплавов, искусственных материалов и пластмасс. При этом повышается также износоустойчивость кузовов и устраняется необходимость окраски.
Снижение веса кузова позволяет, в свою очередь, уменьшить и вес. ходовых частей. В связи с этим уменьшаются необходимая мощность и вес электротягового оборудования, а также стоимость тяговых подстанций и сети, уменьшается расход электроэнергии, снижаются расходы по эксплуатации рельсового пути. Расчеты показывают, что уменьшение веса кузова трамвайного вагона на 35% снижает стоимость сооружения подстанций примерно на 10% и вместе с тем уменьшает эксплуатационные расходы по электрическому подвижному составу, пути и оплате электроэнергии до 20%.
Двери кузовов электроподвижного состава безрельсового транспорта и трамвайных вагонов располагают только с одной стороны в зависимости от принятого направления движения транспорта (на отечественном подвижном составе справа по ходу движения), кузова вагонов метрополитена имеют двери с обеих сторон.
Количество дверей и их расположение выбирается таким образом, чтобы обеспечить быстрый пассажирообмен и наименьший средний путь пассажира внутри кузова до выходных и входных дверей.
В троллейбусах и трамвайных вагонах средней вместимости этот путь составляет в зависимости от принимаемой планировки от 3 до 4 м для шарнирно сочлененного подвижного состава 2,5—3 м, для вагонов метрополитена 2—2,5 м.
Как показывают наблюдения, время посадки пассажира наземного транспорта примерно на одну треть больше времени, которое затрачивается им при высадке. Поэтому для выравнивания времени посадки и высадки пассажиров общая ширина всех входных дверных проемов должна превышать ширину выходных проемов.
Количество и тип дверей кузовов отечественных пассажирских троллейбусов определяется ГОСТ 10022—62 (табл. 6.1).
Таблица 6.1
Ширина прохода в дверях на отечественных двухосных троллейбусах устанавливается для одинарной двери не менее 650 мм, а для двойной— 1200 мм. При этом задняя входная дверь должна располагаться на колесной базой троллейбуса.
Общая ширина сдвоенных входных и выходных дверей двухосных трамвайных вагонов, как правило, составляет не менее 1400 мм, а четырехосных общая ширина входных — не менее 1900 мм, а двух выходных дверей — соответственно не менее 1400 и 700 мм. Двери вагонов отечественных метрополитенов имеют ширину 1200—1300 мм.
На современном подвижном составе все двери открываются и закрываются при помощи воздушного или электрического привода, управляемого водителем. В верхней части двери имеют проемы для стекла, торцы створок снабжаются резиновыми уплотнениями. Каркас подножки изготовляется из углового или коробчатого штампованного профиля, блицованного стальным листом, и покрывается сверху рифленой резной. Подножки крепятся к раме и каркасу кузова сваркой. Внутри кузова у дверей установлены вертикальные или наклонные поручни.
В открытом состоянии двери не должны выходить за габариты кузова, а в закрытом должны исключать возможность входа пассажиров. В целях безопасности пассажиров применяют различного рода блокировки, не позволяющие включать тяговые двигатели при открытых дверях, блокировки автоматического открывания двери при попадании пассажира между створками и т. д.
Принципиальные схемы дверей различных типов показаны на рис. 6.8. Применяются створчатые, ширмовые, задвижные и поворотно-раздвижные двери.
Створчатые двери (схема а) при открывании поворачиваются вокруг оси 0. Ширмовые двери (схема б) при открывании складываются. При этом створка 3 поворачивается вокруг оси 0 и увлекает .а собой створку 4, связанную с первой поворотными петлями 5. Ролик перемещается в направляющей 2 к оси 0. Задвижные двери при открывании заходят в специальные карманы, как показано на схеме в пунктиром. Поворотно-раздвижные двери (схема г) подвешиваются на рычагах 6 в осях 7. При открывании дверей рычаги 3 поворачиваются вокруг осей 0, ролики 1 перемещаются по направляющим 2-й створки занимают положение, показанное на схеме г пунктиром.
Рис. 6.8. Принципиальные схемы дверей
а — створчатые; б — ширмовые; в — задвижные; г — поворотно-раздвижные
Рис. 6.9. Конструктивная схема створки задвижной двери
Рис. 6.10. Узел подвески задвижной двери вагона Е метрополитена
Створка задвижной двухстворчатой двери (рис. 6.9) имеет каркас, выполненный из штампованных профилей 1 Ω-образного сечения и облитый стальным листом 2. В верхней части каркаса установлены кронштейны 3 с опорными роликами 4, которыми дверь навешивается нa направляющие 5, а в нижней части — планка 6, которая при движении двери скользит в нижнем направляющем пазу 7 балки подножки. В оконный проем створки устанавливают стекло 8 на резиновом профилированном уплотнителе 9, который блокируется замком 10. На рис. 6.10 показан узел подвески задвижной двери вагона Е метрополитена. Здесь дверь 1 подвешена на шариках 2, установленных в П-образной наддверной балке 3. Высота установки двери регулируется гайкой 4.
На рис. 6.11 показана конструкция ширмовой четырехстворчатой двери, каждая половина которой состоит из двух створок 1 и 2. Двери установлены на осях 4 и 3. Оси 3 каждой половины дверей поворачиваются рычагами 5, кинематически связанными между собой и с приводом дверей.
Окна современного пассажирского электрического подвижного состава городского транспорта имеют большие проемы. Их, как правило, делают неоткрывающимися, кроме верхней фрамуги, которая выполняется откидной внутрь пассажирского салона или раздвижной. Стекла закрепляют в штампованных металлических рамах или в резиновых профилях
Расположение оконных проемов по высоте кузова определяется по ГОСТ. Конструкция окон не должна ухудшать обзорность с пассажирских сидений. Если в конструкции окна предусматривается разъем, то горизонтальная линия стыка верхней и нижней частей окон не должна располагаться на уровне глаз сидящего пассажира.
Стекло, применяемое для окон пассажирского помещения, не должно давать ранящих осколков и искажать видимые через него предметы.
Для остекления скатов крыши применяют специальные типы детермального или тонированного стекла, защищающего пассажиров от теплового воздействия солнечных лучей.
Рост скорости движения подвижного состава требует улучшения обзора пути с рабочего места водителя. Для этого стремятся максимально расширить переднее и боковое остекление кабины водителя.
Пол кузова изготавливается из сосновых шпунтованных досок, щитов или из листов бакелизированной фанеры. В проходе на пол укладывают деревянный реечный настил или покрывают его специальным резиновым ковром, линолеумом или пластмассовыми блоками. Для защиты от нагрева пусковыми сопротивлениями пол изолируют с нижней стороны асбестовым картоном, облицованным стальным листом.
При изготовлении пола вместо линолеума или резины применяют также различные специальные покрытия (ксилолит, гранула стик и т. д.), наносимые в жидком виде на специальное основание из стального гофрированного листа, сетки с крупными отверстиями и т. д.
Рис. 6.11. Конструктивная схема ширмовой двери
Стены, потолки и внутренние перегородки пассажирских кузовов внутри обшиваются прессованными деревоволокнистыми плитами с наклеенным тонким пластмассовым покрытием, линкрустом, металлическими или декоративными фанерными листами. Между внутренней и внешней обшивками помещают слой теплоизоляции. Для снижения шума от вибрации обшивка покрывается с внутренней стороны слоем шумопоглощающей мастики.
Крышевые покрытия кузовов, не требующих утепления, например, кузовов вагонов метрополитена, выполняются из плоских или гофрированных стальных листов толщиной 1,5—2 мм, привариваемых к крышевым дугам. В кузовах, требующих утепления, к крышевым дугам крепится потолок, состоящий из настила и обшивки (фанера, картон, пластик и т. д.). Пространство между крышей и потолком заполняется теплоизолирующим материалом.
Конструкция цельнометаллического кузова отечественного троллейбуса ЗИУ-5 несущей конструкции с облегченным рамным основанием приведена на рис. 6.12.
Кузов состоит из восьми секций, выполненных из гнутых и штампованных стальных профилей.
С наружной стороны каркас кузова обшивается дюралюминиевыми листами марки Д16АТ, а с внутренней — декоративной фанерой. Внутренняя потолочная часть обшита слоистым пластиком, а овальные скругленные места передней и задней частей — штампованными стальными листами. Для удобства и облегчения ремонта отдельные элементы внутренней обшивки легко снимаются. На рис. 6.12 показаны также сечения отдельных уплотнений, сочленений и узлов кузова, обеспечивающих его герметичность, эластичность соединений и бесшумность. Пол кузова выполнен из бакелизированной фанеры и покрыт специальным резиновым ковром.
На троллейбусе ЗИУ-5 для входа и выхода пассажиров имеются две двери ширмового типа увеличенной ширины (около 1200 мм) с электрическими приводами.
По обеим сторонам кузова имеются удобные для пассажиров окна с большим световым проемом размером 1360X883 мм, которые в верхней части имеют раздвижные форточки.
Рис. 6.12. Цельнометаллический несущий кузов троллейбуса ЗИУ-5