Условия работы рамы и кузова.
Главная рама тепловоза является основанием для силовой установки и вспомогательного оборудования. В связи с этим она, как и всякое основание, должна быть достаточно жесткой, чтобы обеспечить надежную работу размещенного на ней оборудования.
В то же время, так как главная рама служит и для передачи горизонтальных поперечных и продольных сил, она должна быть достаточно прочной и жесткой и в этих направлениях.
С увеличением мощности тепловозов растут как вертикальные нагрузки на раму (масса одного дизель-генератора составляет 27- 29 т), так и продольные силы (тяговые, тормозные, инерционные). Все эти обстоятельства приводят к тому, что главная рама является одним из наиболее крупных и тяжелых узлов тепловоза.
Кузов тепловоза служит для внешнего ограждения с целью защиты от атмосферных воздействий основных узлов и агрегатов тепловоза и создания необходимых условий для работы локомотивной бригады. Кузов может выполняться в виде съемного капота либо быть полностью закрытым (вагонного типа). В последнем случае кузов представляет собой значительную металлоконструкцию, по ширине и длине связанную с главной рамой. Поэтому естественным дальнейшим развитием такой конструкции является создание так называемого несущего кузова, совместно с рамой участвующего в передаче вертикальных и горизонтальных сил.
Использование несущего кузова позволяет не только значительно снизить вес главной рамы тепловоза, но и уменьшить общий суммарный вес кузова и рамы (на 20-30%).
Главные рамы и несущие кузова поездных тепловозов рассчитываются на изгиб под действием вертикальных статических и динамических нагрузок, а также на продольное сжатие и растяжение силами, приложенными по осям автосцепок на концах рамы. Величина продольных сил принимается не менее
2500 кН для грузовых тепловозов н 2000 кН для пассажирских.
На современных советских тепловозах использованы различные конструкции кузовов и, следовательно, рам.
Несущие кузова вагонного типа имеют пассажирские локомотивы ТЭП10, ТЭП60, ТЭП70. Грузовые тепловозы ТЭЗ, 2ТЭ10Л(В), 2ТЭ116 выполнены с несущей главной рамой и составным кузовом вагонного типа. На маневровых тепловозах применены съемные кузова капотного типа на несущей раме.
Главная рама и кузов тепловоза 2ТЭ10В. Рама каждой секции тепловоза (рис. 11.33) цельносварная из стального проката (СтЗ). Ее основу составляют две мощные продольные («хребтовые») балки 4 (см. рис. 11.33,6) из двутаврового проката № 45а. Балки соединены между собой поперечными перегородками 10 из листа толщиной 10-12 мм, а по концам — передним и задним стяжными ящиками 6 (см. рис. 11.33, а). Стяжные ящики отлиты из стали 25ЛП и служат для размещения ударно-тяговых приборов.
Хребтовые балки усилены по своим верхним и нижним полкам более широкими (340 мм) продольными накладными полосами 7 из стального листа толщиной 18-20 мм. Нижние полосы проходят по всей длине балок, а верхние — только до кабины машиниста. Хребтовые балки сверху и снизу связаны между собой горизонтальными листами настила 9, приваренными к усиливающим полосам. Толщина листов настила различная по длине тепловоза: снизу 6-8 мм, а сверху 8 -14 мм.
Хребтовые балки, поперечные перегородки, продольные полосы и настильные листы образуют жесткую коробчатую конструкцию рамы, обладающей необходимой прочностью в продольном и поперечном направлениях, как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости.
Рама имеет также поперечные кронштейны 12, штампованные из листа толщиной 6 мм и приваренные к хребтовым балкам с их наружной стороны. Кронштейны длиной 850 мм увеличивают ширину рамы для возможности размещения на ней кузова, ширина которого (3080 мм) значительно больше расстояния между хребтовыми балками (1380 мм). С наружной стороны по периметру (по концам кронштейнов) раму окаймляет обносный пояс 5, выполненный из швеллера № 16 и являющийся основанием для кузова. Продольные элементы пояса (обносные балки) приварены к торцам поперечных кронштейнов 12. К раме приварены также четыре опоры 1 для подъемки тепловоза при ремонте. Внутри рамы между хребтовыми балками на нижних листах настила, а также на вертикальных стенках балок укреплены трубы («кондуиты») 11, в которых протянуты кабели электрической схемы. Кроме того, там же проходят каналы, подводящие воздух для охлаждения тяговых электродвигателей.
В средней части рамы между хребтовыми и обносными балками с обеих сторон вварены отсеки (ящики) 8, в которых размещается аккумуляторная батарея. В двух местах на продольной оси рамы (на расстоянии 8600 мм друг от друга) снизу приварены шкворни 2, соединяющие раму с тележками. Вокруг каждого шкворня на раме установлены по четыре сферические опоры 3, которыми рама тепловоза опирается на рамы тележек.
Шкворень представляет собой отлитый из стали цилиндрический стакан диаметром 280 мм с опорной плитой-основанием. На его рабочую поверхность надето и приварено прерывистым швом сменное кольцо из термообработанной стали.
Автосцепное устройство предназначено для сцепления секций тепловозов между собой и тепловоза с составом вагонов, удерживания всех единиц подвижного состава на определенном расстоянии друг от друга, передачи продольных тяговых и тормозных сил, смягчения ударов при сцеплении и в процессе движения.
По характеру взаимодействия между собой автосцепные устройства подразделяются на нежесткие и жесткие. Нежесткими называют устройства, допускающие неограниченные смещения по вертикали одной из сцепленных автосцепок по отношению к другой. При этом продольные оси сцепок могут оставаться параллельными. Жесткие сцепки не допускают таких смещений без наклона (за счет их шарнирных соединений с рамой). Существуют и полужесткие сцепки, которые работают так же, как нежесткие, но относительные вертикальные перемещения у них ограничены.
Автосцепные устройства тепловозов размещаются в стяжных ящиках 6 (см. рис. 11.33, а) главной рамы так, что их продольные оси в плане совпадают с продольной осью тепловоза. Однако по вертикали продольные оси сцепок и рамы находятся на разных высотах: на верхней проекции рис. 11.33 видно, что стяжные ящики расположены ниже хребтовых балок рамы тепловоза. Это вызвано тем, что в соответствии с Правилами технической эксплуатации железных дорог Союза ССР (ПТЭ) для возможности надежного сцепления различных типов подвижного состава высота расположения осей их автосцепок от уровня головки рельса должна лежать в определенных пределах (не более 1080 мм и не менее 1040 мм для вновь изготовленных тепловозов и вагонов в порожнем состоянии; в эксплуатации для полностью экипированных тепловозов не менее 980 мм). Фактически у серийных грузовых тепловозов типа 2ТЭ10, а также у тепловозов 2ТЭП6 эта высота составляет 1055 мм, т. е. почти равна диаметру их колес. Продольная ось рамы этих тепловозов, хребтовые балки которой имеют высоту более 450 мм, располагается значительно выше колес.
Рис. 11.33. Главная рама тепловоза 2ТЭ10В
Автосцепное устройство тепловоза состоит из автосцепки, поглощающего аппарата, тягового хомута, упоров, центрирующего прибора и рас-цепного привода.
На тепловозах применяется автосцепка СА-3 нежесткого типа. Ее основной частью является литой стальной корпус, в котором размещены детали механизма сцепления. Головная часть корпуса в плане имеет большой и малый зубья, между которыми имеется впадина (зев), в которую выступают из тела корпуса подвижные замок и замкодержатель. При сцеплении малый зуб каждой сцепки входит в зев смежной сцепки, утапливая замок и замкодержатель. При дальнейшем движении малые зубья упираются во внутренние грани больших зубьев. При этом замки обеих сцепок освобождаются, они выступают в прежнее положение и запирают обе автосцепки в сцепленном состоянии.
Хвостовик корпуса вертикальным клином соединен с тяговым хомутом, который передает тяговое усилие поглощающему аппарату.
Поглощающий аппарат в пределах своего хода является упругим звеном автосцепного устройства. На тепловозах применяются пружинно-фрикционные поглощающие аппараты, в которых кинетическая энергия при соударении или продольных колебаниях состава преобразуется в основном в механическую работу сил трения клиньев о корпус аппарата и частично в потенциальную энергию сжатия пружин. Пружины поглощающего аппарата всегда работают на сжатие. Аппарат основанием своего корпуса опирается на задний упор, а нажимным конусом через упорную плиту — на передний упор.
Центрирующий прибор автосцепного устройства представляет собой маятниковую подвеску, способствующую расположению автосцепки по оси тепловоза (в плане).
Расцепной привод состоит из рас-цепного рычага и цепи, соединенной с замком автосцепки. Он позволяет вручную вывести замок из зева корпуса и тем самым расцепить автосцепки. Маневровые тепловозы (ТЭМ2) имеют пневматический привод расцепного рычага, позволяющий осуществлять расцепление из кабины машиниста.
Кузов тепловоза (рис. 11.34) составной. Его основные части: передняя, в которую входят кабина машиниста 1 и отсек 2 высоковольтных камер и компрессора («простав-ка»), средняя 3 (кузов над дизель-генератором) и задняя 6, включающая в себя камеру охлаждающих устройств (шахту холодильника) 7.
Основой конструкции кузова служит каркас в виде прямоугольной решетки из стального проката. По каркасу приварена наружная обшивка из стальных листов толщиной 2,5 и 1,5 мм. Внутренняя обшивка тоже стальная, ее листы крепятся к деревянным брускам, укрепленным,
Рис. 11.34. Кузов тепловоза 2ТЭ10В в свою очередь, шпильками на каркасе.
Верхняя часть 4 кузова над дизель-генератором съемная. Горизонтальный разъем проходит на высоте 1000 мм от основания кузова. Все несъемные части кузова (проставка, холодильная камера и боковые стенки 3 кузова над дизель-генератором) соединены между собой и с главной рамой сваркой. Это способствует повышению прочности и жесткости кузова в целом. Съемная и несъемная части кузова окаймлены окантовочными швеллерами 5 и соединяются между собой болтами.
Обшивка кузова имеет большое количество проемов различного назначения. К их числу относятся: возду-хозаборные проемы, огражденные жалюзи или сетками и предназначенные для приема воздуха для дизеля, систем охлаждения дизеля и тяговых электрических машин и т. д., а также для выброса нагретого воздуха из вентилятора холодильника; эксплуатационные проемы, связанные с работой обслуживающего персонала (окна в кабине, верхней части кузова над дизель-генератором и в холодильной камере; двери в простав-ке); технологические и ремонтные проемы — люки в крыше кузова над важнейшими агрегатами и узлами Рис. 11.35. Тепло- и шумоизоляция кабины машиниста тепловоза 2ТЭ10В оборудования тепловоза, обеспечивающие возможность их извлечения без разборки кузова.
Кабина машиниста на любом локомотиве является основным рабочим местом локомотивной бригады, а в первую очередь машиниста, ведущего поезд.
Кабина машиниста тепловоза 2ТЭ10В для предохранения бригады от шума дизеля и смягчения ударов и колебаний выполнена отдельной (отъемной) частью кузова. Она соединяется по поперечному периметру кузова с проставкой (болтами на резиновой прокладке), а на раму устанавливается на десяти конических амортизаторах из резины. Наружная обшивка кабины выполнена из листа толщиной 2 мм.
Кабина имеет большие оконные проемы на лобовой и боковых стенках для обеспечения хорошей видимости. На лобовых стеклах установлены стеклоочистители. Снаружи кабины у боковых окон установлены зеркала для возможности обзора состава.
В конструкции кабины много внимания уделено вопросам ее тепло-и звукоизоляции от дизельного помещения. Все стенки кабины, ее потолок и пол ограждены шумопогло-щающими материалами (рис. 11.35). Изоляция задней стенки кабины выполнена из двух слоев стеклоплиты 2 толщиной по 45 мм и промежуточного слоя трехмиллиметровой фанеры 1. Потолок, лобовая и боковые стенки изолированы слоем капронового волокна 3 толщиной 55 мм, размещенными между наружной обшивкой 7 и внутренними стенками 5 из перфорированного алюминиевого листа толщиной 2 мм. Дверь в задней стенке кабины изготовлена из двух слоев фанерного листа толщиной 10 мм с заполнением пространства между ними слоем капронового волокна толщиной 50 мм. Остекление двери также двойное.
Пол кабины состоит из съемных щитков из фанеры толщиной 20 мм, уложенных на металлический каркас. Сверху щиты покрыты линолеумом
6, а снизу имеют звукоизолирующий слой минеральной ваты 4 толщиной 50 мм, закрытый фанерой (3 мм).
Крыша кабины имеет люк для извлечения двухмашинного агрегата, находящегося под полом кабины. В середине передней стенки кабины под лобовым стеклом размещена ниша для установки прожектора.
Для создания необходимых температурных условий в кабине устанавливаются калориферы и грелки для ног. Вентиляция кабины в летнее время обеспечивается двумя приточными дефлекторами, использующими динамический напор встречного потока воздуха при движении тепловоза. Дефлекторы размещены в крышке потолочного люка кабины машиниста.
Несущие кузова. Основными несущими элементами в таких конструкциях служат рама и боковые стенки кузова. Конструкция стенок может быть различной. Стенки могут быть выполнены в виде раскосной фермы, воспринимающей нагрузки, и укрепленной на ней листовой обшивки, служащей ограждением. Кузов с такими стенками называют ферменным, или раскосным. Конструкция этого типа получила распространение на пассажирских тепловозах Коломенского завода (ТЭП60, ТЭП70).
Кроме того, возможна конструкция кузова с цельнонесущими стенками оболочкового типа, у которых основным несущим элементом служит сама стенка, т. е. обшивка, усиленная решетчатым каркасом для обеспечения ее жесткости.
Кузов тепловоза ТЭП60 (рис. 11.36, а) имеет боковые стенки с каркасом раскосного типа в виде несущей фермы с восходящими к середине кузова раскосами 1 и вертикальными стойками 2. Каркасы стенок выполнены из фасонного стального проката (сталь 20) и приварены к раме, являющейся нижним поясом кузова (рис. 11.36, в). Рама состоит из двух хребтовых балок 5, в качестве которых использованы трубы диаметром 194 мм и толщиной стенок 6 мм, а также двух боковых продольных сварных балок 3 коробчатого сечения размерами 66 (ширина) Х250 (высота) мм, которые служат нижним поясом боковых стенок. Общие размеры сечения трубных хребтовых балок несущего кузова значительно меньше сечения двутавровых хребтовых балок рамы тепловоза 2ТЭЮВ.
Все продольные элементы нижнего пояса по концам соединены сварными стяжными ящиками, а между ними — четырьмя поперечными шкворневыми балками из листовой стали толщиной 10 мм, в которых размещены стаканы центральных опор кузова. Сверху рама покрыта настильным листом 6. Топливный бак, находящийся в средней части рамы, также включен в схему передачи нагрузки. По бокам топливного бака образованы ниши для аккумуляторной батареи. Верхний пояс 4 стенок кузова образован двумя продольными швеллерами № 16. Обшивка кузова, выполненная из алюминиевых листов толщиной 3 мм, укреплена на каркасе стенок заклепками и в передаче нагрузок не участвует.
Кузов тепловоза ТЭП70 (рис. 11.36, б) также ферменно-раскосного типа. Рама и каркасы боковых стенок с целью снижения веса выполнены из низколегированной стали 09Г2, обшивка — из алюминия. Крыша кузова выполнена съемной, блочной. Ее отдельные блоки скрепляются с боковыми стенками кузова при помощи арок 7. Особенностью рамы кузова является отсутствие хребтовых балок: она состоит из двух главных продольных боковых балок 9 (рис. 11.36, г) коробчатого сечения. Балки сварены из элемента серпообразного профиля толщиной 7 мм и швеллера № 30. Продольные балки соединены двумя лобовыми поперечными балками и четырьмя поперечными шкворневыми.
Верхний пояс 8 ферм боковых стенок образован элементами серпообразного профиля.
В силовую схему кузова включены топливный бак и каналы централизованной системы воздушного охлаждения тяговых электрических машин (см. гл. 12).
Кузов тепловозов типа ТЭ10 цель-нонесущий безраскосный, также отличается фактическим отсутствием хребтовых балок.
Его рама (нижний пояс) состоит из двух продольных боковых балок коробчатого сечения, Связанных пятью поперечными балками и двумя стяжными ящиками. Каркас боковых стенок представляет собой прямоугольную решетку из вертикальных элементов — стоек и горизонтальных — стрингеров. Обшивка боковых стенок из стального листа толщиной 3 мм приварена к каркасу и участвует в передаче нагрузки. Каждая боковая стенка по существу представляет собой цельносварную продольную тонкостенную балку. Кузов такого типа, примененный и на тепловозах ТЭ109, при прочих равных условиях несколько тяжелее, но в то же время прочнее кузова с раскосными фермами. Однако кузов с несущей оболочкой значительно сложнее в изготовлении и, кроме того, он существенно ограничивает возможности устройства различных проемов в стенках кузова (например, для забора охлаждающего воздуха), необходимость в которых возрастает с увеличением мощности тепловозов.
Рис 11.36. Несущие кузова:
а — тепловоза ТЭП60, б — тепловоза ТЭП70, в и г — соответственно схемы поперечных сечений
Кузова капотного типа. Они применяются на маневровых тепловозах. Кузов тепловоза ТЭМ2 (рис. 11.37) состоит из пяти частей (слева направо по рисунку): камеры холодильника 3 с диффузором вентилятора 4, капота над двигателем 7, капота над высоковольтной камерой 10, кабины машиниста 11 и капота над аккумуляторной батареей 13. Между собой части кузова соединены болтами. Камера холодильника и кабина приварены к главной раме, которая при таком кузове является единственной несущей конструкцией. Капот над двигателем съемный. Он прикреплен болтами к главной раме, холодильной камере и капоту над высоковольтной камерой. Для возможности обслуживания оборудования тепловоза боковые стенки капотов выполнены в виде ряда дверок 14, обеспечивающих доступ к основным агрегатам. Двери имеются и на торцовых (спереди и сзади) стенках кузова.
Для возможности извлечения отдельных агрегатов из кузова на крыше капотов прорезаны люки, закрываемые крышками. Для выемки аккумуляторов используется люк 12. Компрессор вынимают через люк 9, турбокомпрессор — через люк 8, узлы дизеля и привода агрегатов — через люки 6 и 5. На торцах кузова имеются люки 2 для набора песка и скобы 1 для доступа к ним.
Главная рама тепловоза ТЭМ2
Рис. 11.37. Капотный кузов тепловоза ТЭМ2
аналогична по конструкции раме тепловоза 2ТЭ10В. Вокруг капота на настиле рамы образованы площадки: передняя, задняя и боковые с наружным ограждением. Концевые площадки имеют с двух сторон лестницы. Кабина машиниста имеет выход на боковые площадки вперед и назад, что позволяет проводить осмотр и обслуживание силовых агрегатов на ходу тепловоза. Кабина дает возможность хорошего обзора, так как она имеет окна со всех четырех сторон, что особенно важно в условиях маневровой работы на станциях.
⇐ | Рессорное подвешивание | | Тепловозы: Основы теории и конструкция | | Использование сцепного веса тепловоза | ⇒