Раздел первый
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ГОРОДСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА
Глава 1
ВИДЫ ГОРОДСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА И ТРЕБОВАНИЯ К МЕХАНИЧЕСКОМУ ОБОРУДОВАНИЮ ЕГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
§ 1.1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ ГОРОДСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА
Современный городской электрический транспорт является массовым общественным транспортом, предназначенным для маршрутного обслуживания населения города.
Организация городского транспорта, затраты времени на поездки во многом определяют условия быта, труда я отдыха городского населения. Только при хорошо развитом массовом пассажирском транспорте, обладающем высокими скоростями и большой провозной способностью, становится возможным правильное развитие современного градостроительства, увеличение площади застройки и создание городов-спутников, перенесение промышленных предприятий за пределы городской территории.
Непрерывное расширение сети городского транспорта, повышение его технических возможностей и комфортабельности содействуют улучшению транспортного обслуживания населения наших городов.
Городской электрический транспорт должен обеспечивать:
- высокую надежность и безопасность движения;
- предоставление максимума удобств для пассажиров при минимальной стоимости перевозок;
- высокую скорость сообщения и достаточную провозную способность;
- необходимую частоту и регулярность движения на линии;
- хорошую маневренность и высокие тягово-динамические свойства как при обособленных путевых устройствах, так и при работе в общем транспортном потоке;
- минимальный шум, создаваемый подвижным составом.
Различные виды городского электрического транспорта отличаются технико-экономическими характеристиками и эксплуатационными показателями, которые определяют области целесообразного их применения. Рациональный научно обоснованный выбор видов городского транспорта, а также правильное их сочетание при совместной эксплуатации обусловливают наилучшие условия транспортного обслуживания населения.
Основными видами электрического транспорта, применяемыми в условиях современного города, являются трамвай, троллейбус и метрополитен.
В отдельных случаях в нашей стране и в зарубежной практике находят применение и другие виды городского электрического транспорта:
электрифицированные глубокие вводы рельсовых дорог, скоростной трамвай, монорельсовые дороги, теплоэлектрический и электромобильный транспорт и др.
Городской электрический транспорт может быть классифицирован по типу путевых устройств, способу снабжения энергией и назначению.
По типу путевых устройств электрический транспорт может быть разделен на три вида:
- транспорт без специальных путевых устройств*;
- транспорт со специальными путевыми устройствами;
- комбинированный.
* По установившейся терминологии этот тип транспорта называют безрельсовым.
Особенностями транспорта без специальных путевых устройств являются:
использование для движения обычного дорожного покрытия улиц и применение на подвижном составе, как правило, колес с пневматическими шинами;
направление движения подвижного состава водителем или специальными автоматическими программирующими устройствами, поворачивающими управляемые колеса.
Транспорт со специальными путевыми устройствами характеризуют: движение подвижного состава по специальным путевым устройствам, которые прокладывают обособленно либо на одном уровне с дорожным покрытием, либо, в зависимости от условий движения, на разных уровнях в тоннелях или на эстакадах;
направление движения подвижного состава независимо от воли водителя за счет взаимодействия специальных устройств, которыми оборудуется путь и подвижной состав.
Комбинированный транспорт обладает свойствами транспорта как первого, так и второго вида.
К первому виду транспорта относятся троллейбусы, троллейвозы, электромобили, электробусы, теплоэлектробусы и др.
Наиболее распространенным специальным путевым устройством для городского электротранспорта второго вида является рельсовый путь, предназначенный для движения подвижного состава, оборудованного стальными колесами (рельсовый транспорт). К этому же виду могут быть отнесены и менее распространенные в настоящее время средства транспорта с путевыми устройствами в виде балок различного сечения, лотков и т. д. (монорельсовый транспорт, специальные виды подвижного состава метрополитена, бирельсовые дороги, фуникулеры и др.).
Подвижной состав второго вида опирается на путевые устройства пневматическими или стальными колесами, оборудуется одновременно и теми, и другими или может не иметь ходовых колес (транспорт на воздушной или магнитной подушке).
В зависимости от способа снабжения энергией различают три типа электрического подвижного состава:
контактный с централизованным питанием тяговых электродвигателей энергией от контактной сети через специальные скользящие токоприемники (трамвай, троллейбус, метрополитен и т. д.); при этом контактная сеть подключается к центральным электрическим станциям через тяговые подстанции*;
автономный с питанием тяговых двигателей от источников тока, расположенных на самом подвижном составе, — электрохимических генераторов, например аккумуляторов, топливных элементов и т. д. (электробусы, электромобили), или двигатель-генераторных силовых установок (теплоэлектробусы);
комбинированный с питанием электродвигателей энергией как от контактной сети, так и от собственных источников тока: электрохимических (контактные электробусы) или двигатель-генераторных установок (контактные теплоэлектробусы).
* Централизованное энергоснабжение подвижного состава может быть в отдельных случаях и бесконтактным, например токами высокой частоты через специальную кабельную сеть, прокладываемую под дорожным покрытием (вечебусы).
По назначению подвижной состав городского электрического транспорта подразделяют на пассажирский, грузовой и специальный, предназначенный для осмотра и ремонта контактной сети или путевых устройств, для использования в качестве измерительных передвижных лабораторий, мастерских и т. д.
Подвижной состав городского электрического транспорта может быть моторным, т. е. иметь ведущие (движущие) колеса с приводом от тяговых электродвигателей, и прицепным, перемещение которого осуществляется моторными вагонами. Прицепной подвижной состав имеет только ведомые (поддерживающие) колеса без электропривода.
Электроподвижной состав (как моторный, так и прицепной) состоит из двух основных частей: механической и электрической.
§ 1.2 ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ МЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
Механическое оборудование моторного подвижного состава составляют:
- кузов и его оборудование;
- ходовые части;
- тяговая передача;
- механизмы управления движением подвижного состава.
Прицепной подвижной состав не имеет тяговой передачи, так как не* оборудуется тяговым электроприводом колес.
Кузов электрического подвижного состава предназначен для размещения пассажиров или грузов (в зависимости от назначения) и обслуживающего персонала, а также необходимого электротягового оборудования н механизмов управления.
Современный пассажирский электрический подвижной состав городского транспорта имеет кузова так называемого «вагонного» типа, который характеризуется постоянным поперечным сечением по всей длине и обтекаемыми или полуобтекаемыми торцовыми стенками.
Кузова могут быть одиночными, т. е. иметь одну кузовную секцию, или шарнирно сочлененными. В последнем случае кузов состоит из нескольких подвижно соединенных кузовных секций, имеющих возможность поворачиваться одна относительно другой на некоторый угол.
Кузова снабжаются тяговыми сцепными приборами, которые применяются для соединения отдельных единиц подвижного состава при формировании их в поезда и для буксировки.
В шарнирно сочлененном подвижном составе для силового соединения секций кузова в зонах сочленения используются специальные опорно-сцепные устройства, которые одновременно обеспечивают при движении и необходимое взаимное угловое перемещение секций кузова.
Под кузовом и внутри него размещают вспомогательное оборудование (пневматическое*, электрическое), а также устройства и системы, обеспечивающие соответствующий уровень комфортабельности: оборудование салона (кресла, поручни, ограждение); системы вентиляции, отопления, освещения и т. д. На кузове устанавливают предохранительные устройства, обеспечивающие необходимую безопасность эксплуатации подвижного состава.
Пневматическое оборудование подвижного состава служит для получения и аккумулирования сжатого воздуха, подачи его к тормозным устройствам, усилительным механизмам и механизмам обслуживания кузова, а также для приведения их в действие.
Для отопления салона на городском электрическом транспорте применяют индивидуальные электрические печи, устанавливаемые под сидениями, или системы принудительной вентиляции кузова с центральным калориферным подогревом воздуха, для которого используют в ряде случаев тепло, выделяемое пускотормозными реостатами. Помимо принудительной внутри пассажирского салона может быть также и естественная вытяжная или приточно-вытяжная вентиляция воздуха.
Ходовые части объединяют элементы механического оборудования, которые преобразуют механическую работу тягового электрического привода в работу, затрачиваемую на движение экипажа, и служат для передачи сил взаимодействия между подвижным составом и путевым устройством, а также для его направления при движении. В настоящее время наибольшее распространение имеют ходовые части колесного исполнения. Они состоят из движущих или поддерживающих колес и системы упругого подвешивания (подвески).
В отдельных, пока экспериментальных, конструкциях кузов подвижного состава опирается и удерживается на путевом устройстве не колесами, а воздушной, вакуумной или магнитной подушкой, водяной пленкой и т. д. Тяговое усилие, необходимое для движения подвижного состава, не имеющего непосредственного сцепления с путевым устройством, создается так называемыми развернутыми двигателями переменного тока, пневмоимпульсными устройствами и др.
Электропривод колесного подвижного состава городского транспорта состоит из тягового электродвигателя и тяговой передачи. Взаимодействие движущих колес с путевым устройством обеспечивает необходимое тяговое усилие для движения экипажа. Электропривод бесколесного подвижного состава может не иметь механической тяговой передачи. В частности, у экипажей с «развернутым» двигателем тяговое усилие создается за счет электромагнитного взаимодействия его статорных обмоток, установленных на кузове, с путевой балкой-ротором.
К механическим системам управления движением подвижного состава относятся механические тормоза и устройства для направления движения экипажа.
Механическое тормозное оборудование применяется для снижения скорости и остановки экипажа, а также для удержания его в неподвижном состоянии на уклоне. Механический тормоз имеет привод и исполнительный фрикционный механизм, создающий тормозную силу.
Для направления движения подвижного состава применяются две группы устройств:
- управляемые водителем;
- управляемые специальными путевыми конструкциями.
К устройствам первой группы относятся рулевое управление безрельсового подвижного состава и механизмы управления колесами или колесными парами шарнирно сочлененного подвижного состава.
Рулевое управление применяется только на безрельсовом подвижном составе. На подвижном составе с обычным типом кузова оно состоит из механизмов, с помощью которых водитель поворачивает передние управляемые колеса для изменения направления движения. На шарнирно сочлененном подвижном составе безрельсового транспорта управляемыми выполняются и колеса полуприцепа, но их поворот осуществляется специальными механизмами без непосредственного участия водителя н зависит от взаимного положения секций кузова экипажа в горизонтальной плоскости. Такого же рода устройства применяются и на некоторых шарнирно сочлененных вагонах трамвая.
К устройствам второй группы относятся конструкции, обеспечивающие принудительное направление движения колес: стальные колеса с ребордами (по типу рельсового транспорта) н горизонтальные направляющие колеса, движущиеся по специальным путевым устройствам других типов или комбинированного транспорта.
В первом случае направляющие усилия при движении подвижного состава создаются за счет взаимодействия реборд колес с рельсами, во втором — за счет взаимодействия горизонтальных направляющих колес с путевой балкой или рельсом.
Элементы электрического и механического оборудования электрического подвижного состава особенно ходовых частей и электропривода конструктивно тесно взаимно связаны. Поэтому разработка и создание электрического подвижного состава с оптимальными параметрами возможны лишь при комплексном проектировании его механической и электрической частей.