Локомотив. Локомотив №5 2022. Белорусская железная дорога постоянный участник выставки
 Скачать 5.8 Mb.
|
|
Э ксплуатация подвижного состава прежних лет выпуска с дисковы- ми тормозами показала ряд существенных недостатков конструк- ции элементов фрикционной пары: спроектированная без соответствующих расчетных обосно- ваний вентиляционная система тормозных дисков не обеспечивала эффективную теплоотдачу и создавала завышенное сопротивление движению поезда; тормозные диски имели низкую термоусталостную прочность; конструкция тормозных накладок не позволяла полностью ис- пользовать фрикционные качества композиционного материала. Повышение скоростей движения пассажирских поездов на же- лезных дорогах России до 160 — 200 км/ч поставило ряд новых про- блем, для решения которых понадобилось проведение специальных исследований и поиски эффективных технических решений в кон- струкции дисковых тормозов. К числу наиболее важных проблем относятся: повышение коэффициента сцепления колес с рельсами при дисковом тормозе; уменьшение влияния неблагоприятных атмосферных условий на работу дисковых тормозов; создание тормозных накладок с высоким стабильным коэффи- циентом трения и большой износостойкостью; разработка надежной и долговечной конструкции тормозных дисков, обеспечивающих эффективное рассеивание энергии. Лоkомо т ив № 5. Май 2022 г. 41 Автотормоза Выполняемые научно-исследовательскими организациями и заводами транспортного машиностроения теоретические и экс- периментальные исследования позволили найти пути решения некоторых проблем. В частности, установлено, что применение в определенной комбинации колодочного и дискового тормозов по- зволяет устранить понижение коэффициента сцепления, свойствен- ное вагонам с дисковым тормозом. Для снижения вредного влияния неблагоприятных атмосферных условий на эффективность тормозов созданы специальные тормозные накладки с антиобледенительны- ми свойствами. Исходя из этого, представляется целесообразным дальнейшее проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по совершенствованию дисковых тормозов железнодорожно- го подвижного состава. В связи с этим продолжаются исследования, выбор параметров и совершенствование основ конструирования фрикционной пары дискового тормоза железнодорожного подвиж- ного состава на базе имеющегося зарубежного и отечественного опыта эксплуатации дисковых тормозов. В настоящее время остается актуальным проведение научно-ис- следовательских и опытно-конструкторских работ по внедрению дисковых тормозов также и на грузовых вагонах в целях дальней- шего повышения скоростей движения грузовых поездов (которые в настоящее время ограничены в основном из-за недостатка тормоз- ного нажатия). В первую очередь увеличение скоростей движения требуется для грузовых контейнерных поездов по Транссибу и БАМу в сообщении Дальний Восток (Китай) — Западная Европа, что обу- словлено требованиями повышения конкурентоспособности в этом сегменте рынка грузовых перевозок. Сегодня максимальная скорость движения контейнерных поез- дов составляет 90 км/ч. Приводимые на протяжении ряда лет работы по повышению скоростей движения контейнерных поездов на ос- нове использования под платформами-контейнеровозами тележек пассажирского типа разных вариантов (тележки КВЗ-И2, аналогич- ные тележкам вагонов рефрижераторного подвижного состава, а также тележки, аналогичные тележкам прицепных вагонов электро- поездов серий ЭД4М/ЭД9М) нельзя считать единственно верным на- правлением повышения скоростей движения грузовых поездов та- кого типа, так как при этом используются металлоемкие и морально устаревшие пассажирские тележки с архаичной, громоздкой и тяже- лой тормозной рычажной передачей (к тому же имеющие неудовлет- ворительную плавность хода на высоких скоростях движения). Для организации текущих и деповских ремонтов платформ-кон- тейнеровозов с такими тележками в грузовых вагонных ремонтных депо и на участках текущего отцепочного ремонта потребуется зна- чительное увеличение номенклатуры запасных частей и изделий повышенной стоимости (в частности, буксовых узлов колесных пар, элементов рессорного подвешивания, гидравлических гасителей ко- лебаний и др.), установка дополнительного оборудования и специ- альной оснастки. В качестве альтернативы необходимо рассмотреть возможность оборудования грузовых вагонов (в первую очередь, платформ- контейнеровозов) упрощенным вариантом дискового тормоза. В настоящее время существуют два разных варианта расположения тормозных дисков — на оси колесной пары и на диске колеса колес- ной пары. Первый вариант используется на пассажирских вагонах локомотивной тяги и прицепных вагонах электропоездов с диско- выми тормозами (рис. 19), второй вариант используется в дисковых тормозах локомотивов (рис. 20) и моторных вагонов электропоездов (где это вызвано отсутствием места для тормозных дисков на осях колесных пар из-за размещения между колесными дисками тяговых электродвигателей и тяговых редукторов). В обоих вариантах тор- мозной блок дискового тормоза с клещевым механизмом крепится к раме тележки. Вследствие особенностей конструкции трехэлементной грузовой тележки грузовых вагонов размещение тормозных дисков возможно как на оси колесной пары (с креплением клещевых механизмов дис- кового тормоза к надрессорной балке с обеих сторон), так и с разме- щением их на боковых поверхностях дисков колес колесных пар (и креплением клещевых механизмов к боковинам тележки). В обоих вариантах возможно использование на тележках грузовых вагонов комбинации дискового тормоза совместно с существующим колодочным тормозом (после некоторых его конструктивных и тех- нологических изменений). Такая комбинация, на наш взгляд, позволит не использовать в конструкции дискового тормоза грузовых вагонов конструктивно сложные и дорогие противоюзные устройства. Первый вариант, возможно, потребует усиления (с некоторыми изменениями конструкции) осей колесных пар в сечениях установки тормозных дисков, а также усиления надрессорной балки тележки. Второй вариант потребует усиления дисков вагонных колес и бо- ковых рам тележек (с некоторыми изменениями их конструкции). Указанные возможные усиления осей и дисков колес колесных пар (а также боковых рам тележек) необходимы в целях повышения их прочности на разрыв вследствие появления дополнительных сил, действующих на узлы ходовых частей вагона в разных направлениях при использовании дисковых тормозов для снижения скорости дви- жения или остановки поезда. Применение дисковых тормозов на грузовых вагонах позволит снять ограничения скорости движения грузовых поездов по нехват- ке тормозного нажатия и повысить скорости их движения (в первую очередь, контейнерных поездов) до 100 — 120 км/ч при сохранении трехэлементной грузовой тележки с удовлетворительной динами- кой хода на участках и направлениях ОАО «РЖД» с хорошим техни- ческим состоянием железнодорожного пути. В статье использованы фото из открытых источников сети Интернет, А.В. Молчанова Библиография 1. Раков В.А. Локомотивы отечественных железных дорог, 1845 — 1955. М.: Транспорт, 1995. 564 с. 2. Раков В.А. Локомотивы отечественных железных дорог 1956 — 1975. М.: Транспорт, 1999. 444 с. 3. Лукин В.В., Анисимов П.С., Федосеев Ю.П. Вагоны. Общий курс : учебник для вузов. М.: Маршрут, 2004. 424 с. 4. Пастухов И.Ф., Лукин В.В., Жуков Н.И. Вагоны : учебник / М.: Транспорт, 1988. 280 с. 5. Турков, А.И. Исследование, выбор параметров и разработка основ конструиро- вания фрикционной пары дискового тормоза железнодорожного подвижного соста- ва : диссертация на соискание ученой степени доктора техн. наук : 05.05.01 / ХабИИЖТ. Хабаровск, 1982. 349 с. Рис. 19. Размещение тормозных дисков дискового тормоза на оси ко- лесной пары (тележка прицепного вагона электропоезда «Ласточка») Рис. 20. Размещение оборудования дискового тормоза на электро- возе ЭП20 42 Лоkомо т ив № 5. Май 2022 г. Странички истории АВТОМОТРИСЫ ИЗ ЧЕХОСЛОВАКИИ: ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ Д.М. УМАНЕЦ, инженер, г. Харьков АВТОМОТРИСА АЧ0 — ПРЕДВЕСТНИК СЕРИЙНЫХ АЧ2 В 1975 — 1976 гг. заводами народного предприятия «Шкода- Пльзень» (Чехословакия) были начаты работы над проектом одно- кузовной четырехосной автомотрисы с двигателем внутреннего сгорания и электрической передачей мощности для нужд железных дорог Союза ССР. Руководил проектом инженер Любомир Чиерна. За основу изначально были взяты уже освоенные в производстве ку- зов и тележки от автомотрис, поставлявшихся на железные дороги Чехословакии, которые нужно было доработать для будущего про- екта. Согласованным с советской стороной проектом изначально были обозначены следующие требуемые характеристики: Æ мощность автомотрисы — не менее 700 кВт (4 тяговых элек- тродвигателя по 175 кВт); Æ возможность работы с прицепными вагонами, как специально спроектированными для автомотрисы, так и с обычными пассажир- скими вагонами; Æ возможность работы с разным количеством прицепных ваго- нов (от трех до шести); Æ унификация по основным узлам с уже эксплуатировавшейся в СССР продукцией завода «Шкода»; Æ вместимость автомотрисы не менее 70 — 75 человек. Сам проект получил название «мотовоз четырехосный (2 0 –2 0 ) пассажирский, с электрической передачей мощности для желез- ных дорог Советского Союза». В процессе работ над проектом возникли сложности с применением двухосной тележки соб- ственного производства и, соответственно, применения тяговых двигателей нужной мощности для нее. Предполагалось примене- ние тяговых двигателей постоянного тока мощностью 175 кВт с опорно-рамным подвешиванием, но еще находившихся в стадии разработки. Также требовалась унификация с уже эксплуатиро- вавшейся на дорогах Союза ССР продукцией завода «Шкода», но унификации по ряду причин технического характера достичь не получалось. В итоге было решено отказаться от первоначального проек- та и в кратчайшие сроки искать новые пути решения проблемы, при этом учитывая имевшиеся технические и технологические возможности завода. Еще одним немаловажным фактором было то, что помимо разработки автомотрисы, завод был загружен за- казами на электровозы как от Советского Союза, так и от других стран, поэтому времени на проработку и организацию полного цикла выпуска новых узлов для нового типа подвижного состава не было. К тому же создание самой оснастки заняло бы достаточ- ное время. Поэтому в соответствии с обновленным техническим заданием МПС СССР, полученным несколько позднее, было принято решение максимально унифицировать будущую автомотрису по основным узлам, в основном по тележкам и дизелю, с уже эксплуатировавши- мися в СССР дизель-поездами производства Рижского вагоностро- ительного завода (РВЗ) типа ДР1. Таким образом, обеспечивалась требуемая унификация по ремонтной базе (пусть и не с продукци- ей завода «Шкода») и, самое важное, унификация открывала воз- можности для последующих модернизаций на отечественной ре- монтной базе с применением советских комплектующих. В апреле 1977 г. на заводе все-таки были начаты работы над созданием необходимой оснастки для выпуска автомотрис на производственных площадях в городе Пльзень. В середине дека- бря 1977 г. были заложены рамы будущих трех автомотрис. 21 декабря 1977 г. со стапелей завода сошла первая автомотри- са — АЧ0-001 (заводской № 6454). Затем 23 декабря была построена АЧ0-002 (заводской № 6455) и 3 января 1978 г. — АЧ0-003 (заводской № 6453). Все три автомотрисы получили заводское наименование 20М0, где цифра «0» на самом деле обозначала слово «опытные». В конструкции автомотрисы АЧ0 были применены технические решения, ранее не находившие распространения и практического применения при постройке моторвагонного подвижного состава, а именно: была применена электрическая передача с опорно-кузовным подвешиванием одного тягового электродвигателя (ТЭД), с пере- дачей вращающего момента от него к раздаточному редуктору по- средством карданного вала и группового привода колесных пар от раздаточного редуктора; в цепях управления были использованы бесконтактные эле- менты так называемого «кассетного» типа; был установлен электродинамический тормоз, в котором ис- пользованы технические решения, ранее примененные на постав- лявшихся в СССР электровозах ЧС2Т; обеспечена возможность питания цепей отопления обычного пассажирского вагона напряжением 3000 В, для чего были сделаны отводы от синхронного генератора и реализовано питание соответ- ствующих цепей через выпрямительную установку. Дизель 211Д-2 размерностью 6ЧН21/21 был изготовлен комбина- том SKL (ГДР) по технической документации Балаковского машино- строительного завода (СССР, Саратовская область). Двигатель разви- вал номинальную мощность 552 кВт (750 л.с.) при частоте вращения коленчатого вала 1500 об/мин. Предполагалось, что в дальнейшем при серийной постройке автомотрис АЧ0, начиная с № 004, будут применяться дизельные двигатели мощностью 736 кВт (1000 л.с.). На автомотрисах АЧ0 применена электронная (бесконтактная) система регулирования возбуждения тягового и вспомогательного генераторов в тяговом и тормозном режимах. Обмотка возбуждения тягового генератора питается от тиристорного выпрямителя, управ- ление которым производится при помощи электронного регулятора. Вся электроника была изготовлена чехословацким предпри- ятием «ЧКД-Прага», известного в СССР как поставщик массовых маневровых тепловозов ЧМЭ2 и ЧМЭ3. Необходимо отметить, что электроника, как и структурная схема управления тяговым приво- дом и электродинамическим тормозом, была также применена на двух опытных шестиосных маневровых тепловозах ЧМЭ3М (№ 0001 и № 0002), появившихся на заводе «ЧКД-Прага» «в металле» в конце 1977 г. — практически одновременно с автомотрисами АЧ0 на заво- де «Шкода». Схемой управления также предусмотрена возможность ручной регулировки тока возбуждения главного генератора при помощи переключателей, имеющихся на пультах управления, что необходи- мо при работе в аварийном режиме в случае выхода из строя ста- тического преобразователя или кассет электронного регулятора. Подобная схема также была применена на тепловозах ЧМЭ3М. Охлаждение воды дизеля осуществляется в охлаждающем устройстве потолочного типа. Масло охлаждается в водомасляном теплообменнике. Для поддержания необходимой температуры обо- рудования в холодное время года при нахождении автомотрисы в отстое в водяных коллекторах охлаждающего устройства установ- лены электрические нагреватели, получающие питание от внешнего источника 3×380 В. Розетка внешнего питания расположена под ку- зовом автомотрисы. Тяговый генератор типа А4537/6 имеет независимое возбужде- ние. Его длительная мощность составляет 646 кВт при частоте вра- щения якоря 1500 об/мин; ток — 950 А; напряжение — 680 В посто- янного тока. В конструкции тягового генератора имеется пусковая Лоkомо т ив № 5. Май 2022 г. 43 Странички истории обмотка для запуска дизеля. Вал генератора закреплен в двух под- шипниках. Генератор имеет приливы для крепления к поддизельной раме. У него имеется фланец для монтажа к выходному валу дизеля через компенсирующую муфту. Отвод тепла от тягового генератора осуществляется самовентиляцией, для чего на валу тягового генера- тора со стороны коллекторно-щеточного узла закреплена крыльчат- ка вентилятора. Выброс воздуха производится через противополож- но расположенные отверстия в корпусе генератора. Синхронный вспомогательный генератор типа 1Н4732/12 имеет две обмотки — низкого напряжения для собственных нужд авто- мотрисы и питания цепей управления и высокого напряжения для питания цепей отопления прицепного вагона. Генератор имеет мощ- ность 30 / 65 кВт (обмотка низкого/высокого напряжения), выходное напряжение 3×89 В / 3×2200 В, ток 195 / 16 А. Привод вспомогатель- ного генератора осуществляется через клиноременную передачу от вторичного вала тягового генератора. Тяговый электродвигатель AL-4244m0 закреплен под кузовом около задней тележки. Он размещен продольно относительно оси кузова и подвешивается к поперечной балке кузова (подрамнику) через сайлент-блоки для уменьшения вибраций. Привод к осям колесных пар тележки от тягового двигателя осу- ществляется через карданный вал и раздаточный редуктор. Тяговой является задняя тележка. Тяговый электродвигатель — коллектор- ный, постоянного тока, последовательного возбуждения. Он имеет длительную мощность 600 кВт, ток якоря 915 А, номинальное на- пряжение на зажимах 700 В. Частота вращения якоря в длительном режиме 1110 об/мин, максимальная 2000 об/мин. Вал тягового дви- гателя размещен в двух двухрядных шарикоподшипниках закрытого типа. Для обслуживания коллекторно-щеточного узла имеются смо- тровые лючки, закрываемые крышками с винтовыми запорами. Количество полюсов — 4. Охлаждение обмоток тягового двигателя принудительное от мотор-вентилятора. Для защиты тягового электродвигателя применено одноякорное реле перегрузки RPD10, ток срабатывания которого 1100 А (±15 А). Для защиты от боксования использована зарекомендовавшая себя на электровозах трансдукторная система защиты с магнитным уси- лителем и регулирующим блоком. Дополнительно имеется и элек- тронная система защиты от боксования. Для охлаждения обмоток тягового двигателя установлен аксиаль- ный вентилятор с приводом от электродвигателя постоянного тока SM 1364/a мощностью 4 кВт. Мотор-вентилятор расположен в кузо- ве рядом с дизель-генераторной установкой. Диаметр крыльчатки вентилятора 344 мм. Воздух к тяговому двигателю подается по вер- тикальному вентиляционному каналу и далее через гибкое соедине- ние (кожаный мех) направляется в двигатель со стороны коллектор- но-щеточного узла. Отработанный нагретый воздух выбрасывается наружу с обратной стороны тягового двигателя. Для защиты двига- теля вентилятора от аварийных режимов работы предусмотрена как тепловая, так и релейная защита. Кузов автомотрисы имеет сварную главную раму, состоящую из двух продольных балок коробчатого сечения, двух лобовых балок — буферных брусьев, с размещенными в них поглощающими аппара- тами автосцепок СА-3 и шести поперечных балок. Наружная обшив- ка приваривается к каркасу кузова, собранному на главной раме. Каркас кузова в основной своей части состоит из обносного нижнего швеллера, продольных профилей, стоек, верхней крышевой обвязки и крышевых дуг. Обшивка выполнена из профильного стального ли- ста толщиной 1,5 мм, имеющего в подоконной части гофры для уве- личения жесткости кузова. Крыша обшита стальным листом той же толщины. В определенных местах для придания жесткости она также выполнена из гофрированного листа. Главная рама кузова состоит из двух частей — поддизельной рамы и, собственно, главной рамы. На поддизельной раме через резиновые блоки закреплен дизель-генератор. Рядом с дизель-ге- нераторной установкой в специальном шкафу расположена аппара- тура управления. К поперечным балкам главной рамы подвешены топливный бак, ящик аккумуляторной батареи, подрамник тягового двигателя и прочее оборудование. Ширина кузова автомотрисы со- ставляет 3100 мм, максимальная высота 4670 мм, габарит 0-Т по ГОСТ 9238–73. Между кабинами управления расположены пассажирские сало- ны и машинное помещение. Для уменьшения шума машинное поме- щение отгорожено от кабины машиниста тамбуром с увеличенной площадью, а от пассажирского салона — двойными дверями с шумо- поглощающим покрытием. Для перевозки пассажиров имеются два салона, разделенные тамбуром. В салонах расположены полумягкие диваны, размещенные по схеме 2+3. В переднем салоне 39, а в за- днем 25 мест для сидения. Во втором пассажирском салоне имеется санузел. Для отопления салона используется тепло, выделяемое при работе дизель-генераторной установки (ДГУ). При нахождении в депо или на отстое нагрев воздуха внутри салонов возможен так- же от электрических печей, подключаемых к внешнему источнику питания переменного тока напряжением 3×380 В. Также имеется устройство принудительной вентиляции с мотор-вентилятором, размещенным в тамбуре в верхней его части. Для забора воздуха на вентиляцию над входными автоматическими дверями расположены прорези. Двигатель 1APS-7044/0,8 имеет выходящий с обеих своих сторон вал, на котором закреплены крыльчатки. Мощность трехфазного асинхронного двигателя — 8 кВт, питающее напряжение составляет 380 В. Вентиляционная установка имеет одну особенность — на дви- гателе закреплены крыльчатки разного диаметра, так как площадь переднего пассажирского помещения несколько больше заднего. Вход пассажиров может производиться как с высоких, так и с низ- ких платформ через раздвижные двери с пневматическим приво- дом и дистанционным управлением из кабины машиниста. Входные двери и их привод схожи по конструкции с подобными дверями на советских электро- и дизель-поездах производства РВЗ. Двери име- ют сварной каркас из стального профиля и обшиты алюминиевым листом с обеих сторон. Через алюминиевые рамки и резиновый уплотнитель в дверях закреплены стекла. На торцах дверей имеется профильный резиновый уплотнитель. Для исключения попадания холодного воздуха извне имеются дополнительные уплотнения. Н-образная в плане рама тележки состоит из двух продольных и двух поперечных балок. Между поперечными балками расположена шкворневая балка. К продольным балкам с обоих концов приварены кронштейны для крепления элементов тормозной рычажной пере- дачи. Тормозные цилиндры размещены вдоль оси автомотрисы. К продольным балкам приварены кронштейны для крепления буксо- вых узлов и кольцевые посадочные места под узлы опор вторичного подвешивания (поддона). Рессорное подвешивание состоит из вто- ричного (кузовного) и первичного (буксового). Буксовый узел одним концом через подшипник и валик жестко соединен с кронштейном рамы тележки, а другим через стальной стержень (направляющую) и комплект из двух пружин (наружной и внутренней) связан с концом рамы тележки. Тем самым обеспе- чивается передача усилий через комплект рессор. Тележки выпол- нены по типу тележек дизель-поездов типа ДР1. Отличия имеются в шкворневом узле и узле редуктора. Передаточное число осевого редуктора 3,047. Вместо дисковых тормозов применены колодочные тормоза двухстороннего действия. Ведущие колесные пары имеют бандаж- ные колеса и полые, так называемые «сверленые», оси. На крышках букс первых колесных пар крепится узел редуктора, который через телескопический вал и вертикальную передачу вращает хвостовик механического регистрирующего скоростемера типа СЛ-2М, уста- новленного в кабине. Между кузовом и рамой тележки установлены гидравлические га- сители колебаний TBS фирмы «Kony». Ранее подобные гасители были использованы на электровозах ЧС4 а также некоторых электровозах, выпущенных для стран Восточной Европы, и зарекомендовали себя с наилучшей стороны. |