Теория механического оборудования городского транспорта - Сравнительная оценка механического оборудования подвижного состава

Главa 2
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА МЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ГОРОДСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА

§ 2.1        ПРИНЦИПЫ СРАВНИТЕЛЬНОЙ ОЦЕНКИ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

При выборе подвижного состава для конкретных условий работы сравнивают его основные параметры, при помощи которых можно провести объективную оценку технико-экономических возможностей того или иного типа подвижного состава.
Для подвижного состава городского электротранспорта в качестве основных технико-экономических показателей принимают: вместимость, весовые характеристики, осность, габариты подвижного состава и внутренние размеры кузова, проходимость и маневренность, динамические показатели, удельный расход электрической энергии, комфортабельность и безопасность, стоимость подвижного состава и эксплуатационные расходы.

§ 2.2        ВМЕСТИМОСТЬ И ПЛАНИРОВКА КУЗОВА

Вместимостью называется общее количество мест в единице подвижного состава, предоставляемых сидящим и стоящим пассажирам, с учетом степени заполнения пассажирского помещения.
Для оценки вместимости принято учитывать нормальное (среднее) и максимальное (расчетное) наполнение. Разница в этих показателях состоит в различной степени заполнения свободной площади пола стоящими пассажирами; при этом количество мест для сидения остается неизменным.
Вместимость определяется выражением
(2-1)
где А — количество пассажирских мест для сидения;
S — общая свободная площадь пола проходов и накопительных площадок в пассажирском помещении;
α — коэффициент наполнения (количество стоящих пассажиров на 1 м² площади пола).
При вычислении свободной площади пола пассажирского помещения принимается, что удельная норма площади на одного сидящего пассажира в трамвайном вагоне или вагоне метрополитена составляет 0,3— 0,35 м².
Для безрельсового транспорта номинальная норма полезной площади пола должна быть не менее 0,315 м² на одного сидящего пассажира и 0,2 м² для стоящего пассажира (ГОСТ 10022—62). Под полезной понимается внутренняя площадь пассажирского помещения без учета площади, занимаемой кабиной водителя, подножками и местом кондуктора.
Величина площади пола, предназначенная для стоящих пассажиров, должна составлять не менее 30% полезной площади пола для троллейбусов с габаритной длиной* от 10 до 12 м и не менее 35% для сочлененных троллейбусов (длиной свыше 12 м).

* Габаритной длиной называется наибольшая длина подвижного состава с учетом буферов и сцепных устройств.

При нормальном наполнении трамвайного и троллейбусного подвижного состава количество стоящих пассажиров принимают из расчета пять человек на 1 м² свободной площади пола, а при максимальном наполнении — из расчета десять человек на 1 м² свободной площади пола.
При выполнении прочностных расчетов механического оборудования кузова и ходовых частей подвижного состава трамвая, троллейбуса и метрополитена вместимость устанавливается из расчета 10 человек на 1 м² свободной площади пола.
Вместимость является важнейшим показателем провозной способности подвижного состава. Она определяется планировкой и размерами кузова (его длиной и шириной). Общая планировка кузовов подвижного состава городского электрического транспорта разрабатывается с учетом обеспечения наилучших условий его эксплуатации и минимальных удельных габаритных и весовых показателей, характеризующих в известной степени технический уровень данной конструкции.
Планировку кузова определяют следующие конструктивные решения и параметры подвижного состава:

1. длина, ширина и высота кузова;
2. расположение, количество и ширина дверей;
3. расположение кабины водителя или управления моторного подвижного состава;
4. внутренняя планировка пассажирского помещения, в частности ширина проходов и накопительных площадок перед дверями, количество и расположение сидений;
5. высота и количество подножек;
6. комфортабельность, эстетические требования и требования безопасности движения подвижного состава.

На выбор того или иного типа планировки подвижного состава существенно влияют конструкция пути и остановочных пунктов, организация пассажирообмена на остановках, требования комфортного обслуживания пассажиров, средняя дальность их поездки и другие условия эксплуатации.

§ 2.3. ВЕСОВЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Весовыми показателями электроподвижного состава являются: а) полный вес (или масса) в нагруженном состоянии; б) собственный вес (или масса) — вес (масса) в ненагруженном состоянии; в) распределение веса по осям в нагруженном и ненагруженном состоянии; г) удельный вес, отнесенный к числу мест для сидения; д) удельный вес, отнесенный к 1 м² площади пола; е) коэффициент использования веса.
Собственный вес (тара) подвижного состава зависит от его размеров, типа, вместимости, конструкции и материалов, применяемых при изготовлении. Собственный вес троллейбусов (в единицах массы) колеблется от 6 до от для одноэтажных, от 9 до 13 т для двухэтажных и от 10 до 17 т для троллейбусов шарнирно сочлененного типа. Собственный вес трамвайных двухосных вагонов колеблется от 11 до 14 т, четырехосных — от 18 до 20 т. Тара современных вагонов метрополитена составляет от 20 до 40 т (см. табл. 1.3).
Общий вес подвижного состава распределяется по осям в определенном соотношении. У несочлененного подвижного состава рельсового и других видов транспорта со специальными путевыми устройствами (кроме фуникулеров) осевые нагрузки приблизительно равны. Сочлененный многоосный подвижной состав, а также двухосный без специальных путевых устройств имеет неравномерное распределение нагрузок по осям.
Отклонение от заданного распределения нагрузок связано с недоиспользованием сцепного веса подвижного состава, а также может привести к перегрузке отдельных колес, неравномерному износу и неправильной работе пневматических шин и другого оборудования.
На рельсовом и безрельсовом подвижном составе допустимая величина нагрузки на ось и количество осей являются одним из важнейших факторов при определении длины экипажа, конструкции его ходовых частей и удельных весовых характеристик. Правильный выбор количества осей имеет существенное значение и при разработке подвижного состава шарнирно сочлененного типа, особенно для безрельсового транспорта, поскольку в этом случае количество и расположение осей во многом определяют динамику и кинематику движения машины на повороте и при больших скоростях.
Собственный вес (тара) современных одноэтажных моторных трамвайных вагонов, приходящийся на одно место для сидения, равен 250— 400 кг, троллейбусов — 200—260 кг, моторных вагонов метрополитена —  400—700 кг, для шарнирно сочлененного трамвайного и троллейбусного подвижного состава — 230—300 кг, т. е. больше, чем для подвижного состава с обычной конструкцией кузова. Необходимо отметить недостаточную определенность этого показателя, поскольку при планировке кузовов современного подвижного состава в большинстве случаев специально предусматривают уменьшение мест для сидения либо из соображений получения максимальной вместимости при заданных размерах, либо по соображениям более удобной планировки салона, например увеличения свободной площади перед входными дверями.
Собственный вес подвижного состава, приходящийся на 1 м² площади пола, в известной степени характеризует уровень развития техники транспортного машиностроения: чем ниже этот показатель, тем совершеннее конструкция кузова и оборудования. Удельный вес (масса) современных трамвайных вагонов 280—500 кг/м², троллейбусов 300— 350 кг/м², вагонов метрополитена 600—700 кг/м². Цельнометаллические конструкции подвижного состава с применением легких сплавов и пластмасс дают наиболее низкие значения удельного веса тары.
Коэффициентом использования веса называется отношение веса (массы) пассажиров при нормальной нагрузке (с учетом стоящих пассажиров 5 чел. на 1 м²) к весу (массе) подвижного состава в ненагруженном состоянии, т. е.
(2.2)
где Gn — полный вес (масса) подвижного состава при нормальной нагрузке;
G — вес (масса) в ненагруженном состоянии.
Современный подвижной состав городского электротранспорта имеет следующие ориентировочные величины коэффициента использования веса:
трамвайные вагоны: двухосные — 0,38;
четырехосные — 0,33;
троллейбусы: одноэтажные — 0,5—0,65;
сочлененные — 0,6—0,75;
двухэтажные — 0,7—0,8.
Чем выше значение коэффициента ηG, тем при прочих равных условиях совершеннее конструкция подвижного состава и рациональнее используются материалы.
Однако необходимо иметь в виду, что увеличение коэффициента использования веса за счет более плотного размещения сидений, уменьшения их размеров или увеличения количества мест для стоящих пассажиров путем введения, например, продольных сидений снижает комфортабельность подвижного состава.
Достижение минимального веса при обеспечении заданных параметров подвижного состава — одна из важнейших задач проектирования. Оно обусловливает не только снижение расхода материалов на изготовление подвижного состава, но также уменьшение расхода энергии на движение и износа пути, которые возрастают с увеличением веса тары. Следовательно, снижение веса подвижного состава уменьшает не только стоимость н эксплуатационные расходы по подвижному составу, но также капитальные и эксплуатационные расходы по энергоснабжению и путевому хозяйству городского электротранспорта.
Снижение собственного веса подвижного состава достигается различными путями:

1. уменьшением усилий, действующих на отдельные элементы механического оборудования подвижного состава (снижение веса неподрессоренных частей, продольных нагрузок, понижение центра тяжести экипажа и т. п.);
2. выбором целесообразных конструкций элементов подвижного состава (применение цельнонесущих кузовов, новых, прогрессивных типов упругого подвешивания, тормозного оборудования, деталей внутреннего оборудования пассажирского салона и т. п.);
3. целесообразным выбором материалов (применение низколегированных сталей, легких нержавеющих и алюминиевых сплавов, пластмасс и т. п.). Применение легированных сталей, легких сплавов и пластмасс в конструкции подвижного состава снижает его общий вес, но одновременно увеличивает стоимость. Однако это увеличение капитальных затрат на изготовление подвижного состава, как правило, позволяет в дальнейшем снизить расходы на его эксплуатацию;
4. совершенствованием технологии изготовления подвижного состава (улучшение качества поверхности, совершенствование технологии литья и проката, обеспечение защиты от коррозии и т. п.).

Важное значение для снижения собственного веса подвижного состава имеет совершенствование методов расчета и испытаний, достоверная оценка нагрузок механического оборудования и его узлов, правильный выбор запасов прочности и др.