Общие сведения о тяговом подвижном составе

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О  ТЯГОВОМ ПОДВИЖНОМ СОСТАВЕ

Сравнение различных  видов тяги 

Движение поездов  на железнодорожном транспорте осуществляется с помощью тягового подвижного состава. К нему относятся локомотивы и  моторвагонный подвижной состав.

До середины 1950-х  гг. основным средством тяги на железных дорогах нашей страны оставался  паровоз, в котором в качестве силовой установки используются паровые котел и машина. При  сжигании в топке паровоза топлива  — твердого (уголь) или жидкого (нефть, мазут) — питательная вода в котле  превращается в пар, который подается в машину, где происходит преобразование тепловой энергии в механическую. Одним из главных недостатков  паровоза является низкий КПД, составляющий 5...7%.

В настоящее время  в качестве локомотивов применяют  тепловозы, оборудованные двигателями  внутреннего сгорания (дизелями), и  электровозы. Локомотивы с карбюраторными двигателями внутреннего сгорания небольшой мощности называют мотовозами, а локомотивы с газотурбинными установками  — газотурбовозами.

Паровозы, тепловозы  и газотурбовозы являются автономными локомотивами, так как механическая энергия, обеспечивающая движение поезда, вырабатывается в результате сжигания топлива на самом локомотиве.

Развитие транспортной техники привело к созданию неавтономных локомотивов и моторных вагонов. В отличие от автономного тягового подвижного состава первичная (электрическая) энергия подводится к ним от внешних  источников. На самом локомотиве или  в моторном вагоне осуществляется лишь преобразование электрической энергии  в механическую энергию движения поезда.

Неавтономный тяговый  подвижной состав получает питание  от электростанций через тяговые  подстанции и контактную сеть. При  электрической тяге мощность тягового подвижного состава ограничена только мощностью внешних элементов  системы электроснабжения, поэтому  электрический подвижной состав может иметь большую мощность по сравнению с автономными локомотивами.

КПД тягового подвижного состава, характеризующий степень  использования энергоносителя для  получения полезной работы, тем выше, чем совершеннее первичная энергетическая установка.

КПД электрического подвижного состава изменяется в  пределах 25...32 % в зависимости от вида электростанций (тепловые, атомные, гидравлические), поставляющих электроэнергию.

КПД современных  автономных локомотивов и моторных вагонов дизель-поездов в зависимости от типа тепловозного двигателя достигает 29...31 %.

Эксплуатационные  затраты на техническое обслуживание и текущий ремонт электровозов ниже, чем у тепловозов. По провозной  способности электрифицированные  линии превосходят неэлектрифицированные железные дороги. По сравнению с тепловозами электровозы имеют больший срок службы, их ремонт проще, они экологически чище.

Вместе с тем  введение электрической тяги требует  значительных капиталовложений в устройство линий электропередачи, тяговых  подстанций и контактной сети. Однако затраты на железных дорогах с  высокой интенсивностью движения быстро окупаются. Поэтому на железных дорогах  России электрическая тяга нашла  широкое применение на грузонапряженных линиях со сложным профилем и в пригородном пассажирском движении.

Классификация тягового подвижного состава 

По роду работы локомотивы подразделяют на грузовые, пассажирские и маневровые. Мотор-вагонный подвижной  состав, применяемый в пригородном  движении, в отличие от локомотивов  не только служит для тяги прицепных  вагонов, но и используется для перевозки  пассажиров.

Применение на электровозах и тепловозах с электрической  передачей тяговых электродвигателей  позволяет использовать как индивидуальный, так и групповой привод. При  индивидуальном приводе каждая движущая колесная пара соединена со своим  двигателем. При групповом приводе  движущие колесные пары, размещенные  в одной жесткой раме, приводятся в движение одним двигателем с  использованием промежуточной зубчатой передачи.

Вес кузова современного локомотива передается на колесные пары через опоры (а иногда и вторичное  рессорное подвешивание), рамы тележек, первичное рессорное подвешивание и буксы. Если число колесных пар  не превышает шести, локомотив обычно выполняют с одним кузовом. Такой  локомотив называется односекционным.

При большем числе  колесных пар кузов локомотива оказывается  чрезмерно длинным, что усложняет  его конструкцию и затрудняет прохождение кривых участков пути. Поэтому многоосные локомотивы выполняют  не с одним, а с несколькими  самостоятельными кузовами-секциями, скрепленными друг с другом специальными шарнирными соединениями или автосцепками.

Расположение колесных пар в экипажной части локомотивов, род привода, передающего усилие от тяговых электродвигателей к  колесным парам, и способ передачи тягового усилия принято выражать осевой характеристикой, в которой цифры соответствуют  числу колесных пар. В осевой характеристике знак «-» означает, что тележки  не сочленены, т.е. не связаны шарнирно, и тяговое усилие от движущих колесных пар к автосцепке передается через  раму кузова, которая в этом случае имеет повышенную прочность. Знак «+»  показывает, что тележки сочленены, и сила тяги передается через рамы тележек.

Если движущие колесные пары имеют индивидуальный привод, то к цифре, с помощью которой  обозначено число осей, добавляют  индекс «О». Так, электровоз с осевой характеристикой 3о + 3о представляет собой локомотив с двумя сочлененными трехосными тележками и индивидуальным приводом движущих колесных пар.

Для двухсекционных локомотивов, каждая секция которых  может использоваться самостоятельно, перед осевой характеристикой одной  секции, заключаемой в скобки, ставят цифру 2. Например, осевая характеристика 2(3о - 3о) относится к двухсекционному  локомотиву, каждая секция которого имеет  две несочлененные трехосные  тележки и может работать самостоятельно. Если же секции локомотива самостоятельно не используются, то осевая характеристика приобретает вид 3о - 3о - 3о - 3о.

Различным по конструкции  локомотивам и мотор-вагонным поездам  принято присваивать разные обозначения  в виде комбинаций букв и цифр. К  основным обозначениям, характеризующим  серии локомотивов и моторных вагонов, иногда добавляют буквенные  индексы для указания дополнительных особенностей. Так, электровозы имеют  буквенное обозначение ВЛ с цифрами (числами), например 10, 11, 23, 80, и индексами  в виде малых букв (к, м, р, с, у, т и т.д.). Восьмиосный электровоз переменного (однофазного) тока с реостатным торможением имеет обозначение ВЛ80т, с рекуперативным торможением — ВЛ80р, электровоз постоянного тока с нагрузкой от колесной пары на рельсы, составляющей 23 т, — ВЛ23.

Для серий тепловозов с электрической передачей принято  буквенное обозначение ТЭ, а с  гидравлической — ТГ. В буквенное  обозначение серий тепловозов, кроме  грузовых, включают знак, характеризующий  назначение локомотива: П — пассажирский, М — маневровый. Например, тепловоз ТЭП70 представляет собой пассажирский локомотив с электрической передачей.

Каждая секция мотор-вагонного  поезда состоит из моторных и прицепных  вагонов. Управляют таким поездом  из кабины, расположенной в головном вагоне.

Современные электровозы  и тепловозы могут совершать  пробег между экипировками до 1200 км, а между техническими обслуживаниями — 1200... 2000 км. В зависимости от серии  электровоза запас песка на нем  составляет 1,6...6 м3.

На тепловозах запас  экипировочных материалов, кг, на одну секцию составляет: топлива — до 7500, песка — до 2300, масла — до 1250 и воды — до 1580. 
 
 
 
 

СТРОЙСТВО РЕЛЬСОВОЙ  КОЛЕИ. СТРЕЛОЧНЫЕ ПЕРЕВОДЫ 

Устройство рельсовой  колеи тесно связано с конструкцией и размерами колесных пар подвижного состава. Колесная пара включает в себя стальную ось, на которую наглухо  насажены колеса, имеющие для предотвращения схода с рельсов направляющие гребни.

Для того чтобы каждая колесная пара не могла поворачиваться вокруг вертикальной оси, колесные пары вагона или локомотива соединяют  по две и более жесткой рамой  тележек. Расстояние между крайними осями колесных пар, соединенных  рамой, называется жесткой колесной базой, а между крайними осями  вагона или локомотива — полной колесной базой.

Жесткое соединение колесных пар обеспечивает их устойчивое положение на рельсах, но в то же время затрудняет прохождение в  кривых малого радиуса, где возможно их заклинивание. Для облегчения вписывания в кривые современный подвижной  состав выпускают на отдельных тележках с небольшими жесткими базами.

Поверхность катания  колес подвижного состава в средней  части имеет уклон 1:20, наличие  которого обеспечивает их более равномерное  изнашивание, повышенное сопротивление  действию горизонтальных сил, направленных поперек пути, меньшую чувствительность колесных пар к его неисправностям и препятствует появлению желоба на поверхности катания, затрудняющего  прохождение колесных пар по стрелочным переводам. В соответствии с этим рельсы устанавливаются также с  уклоном 1:20, что при деревянных шпалах достигается за счет клинчатых подкладок, а при железобетонных — соответствующим  наклоном поверхности шпал в зоне опирания рельсов.

Расстояние между  внутренними гранями головок  рельсов называется шириной колеи. Эта ширина складывается из расстояния между колесами (1440 мм + 3 мм), двух толщин гребней (от 25 до 33 мм) и зазоров между  колесами и рельсами, необходимых  для свободного прохождения колесных пар. Ширина нормальной (широкой) колеи  в прямых и кривых участках пути с радиусом более 349 м, принятая в  России, составляет 1520 мм с допуском в сторону уширения 8 мм, а на участках со скоростью движения до 50 км/ч — 10 мм. Допуск в сторону сужения  равен 4 мм.  
 
 
 

В соответствии с  ПТЭ верхние части головок  рельсов обеих нитей пути на прямых участках должны находиться на одном  уровне. На всем протяжении прямых участков пути разрешается сооружать одну рельсовую нить на 6 мм выше другой.

При строительстве  пути стыки на обеих рельсовых  нитях располагают точно один против другого по наугольнику, что  по сравнению с расположением  стыков вразбежку уменьшает число ударов колесных пар о рельсы, а также позволяет заготавливать и менять рельсошпальную решетку целыми звеньями с помощью путеукладчиков.

Особенности устройства пути в кривых участках 

В кривых участках устройство пути имеет ряд особенностей, основными  из которых являются возвышение наружного  рельса над внутренним, наличие переходных кривых, уширение колеи при малых  радиусах, применение укороченных рельсов  на внутренней рельсовой нити, усиление пути, увеличение расстояния между  осями путей в круговых кривых двух- и многопутных линий в  соответствии с требованиями габарита.

Возвышение наружного  рельса предусматривается при радиусе  кривой 4000 м и менее для того, чтобы нагрузка на рельсовые нити была примерно одинаковой с учетом действия центробежной силы. Величина возвышения зависит от массы поезда, скорости движения и радиуса кривой. Согласно ПТЭ максимальное возвышение наружного рельса в кривой составляет 150 мм.

Наличие переходных кривых связано с необходимостью плавного сопряжения кривой с примыкающей  прямой как в плане, так и в  профиле пути.

Уширение колеи  обеспечивает вписывание подвижного состава  в кривые. Поскольку колесные пары закреплены в раме тележки таким  образом, что в пределах жесткой  базы они всегда параллельны друг другу, в кривой только одна колесная пара может расположиться по радиусу, а остальные находятся под  углом к нему. Это требует увеличения зазора между гребнями колес и  рельсами во избежание заклинивания колесных пар.

ПТЭ установлены  следующие нормативные значения ширины колеи в кривых в зависимости  от радиуса кривой:

Радиус кривой, м..................Не более 299   300...349  350 и более

Ширина колеи, мм................        1535             1530            1520

Укладка укороченных  рельсов во внутреннюю рельсовую  нить необходима для исключения разбежки стыков. Поскольку внутренняя нить в кривой короче наружной, применение рельсов одинаковой длины вызвало  бы забегание стыков вперед на внутренней нити. Для предотвращения разбежки стыков каждому радиусу кривой должна соответствовать своя величина укорочения рельса. В целях унификации установлены стандартные укорочения рельсовых звеньев длиной 25 м — 80 и 160 мм.

Стрелочные переводы 

Переход подвижного состава с одного пути на другой обеспечивают устройства по соединению и пересечению путей, относящиеся  к их верхнему строению. Соединение путей друг с другом осуществляют стрелочными переводами, а пересечение  путей — глухими пересечениями. Применяя стрелочные переводы и глухие пересечения, создают соединения путей, называемые стрелочными улицами  и съездами.