Назначение основных узлов и классификация
механической части электровозов постоянного тока
Тележки подвижного состава снижают динамические силы взаимодействия
электровоза с путём при движении его по кривым и прямым участкам пути.
Тележки обычно состоят из рамы, рессорных комплектов или устройств,
выполняющих роль упругих элементов. Моторные тележки электровозов и
электропоездов оборудуют тяговыми электродвигателями, которые вращают
колёсные пары, через тяговую передачу. Последняя включает в себя
редуктор и тяговую муфту.
Редуктор снижает частоту вращения вала якоря тягового электродвигателя и
одновременно увеличивает вращающий момент, передаваемый на колёсную
пару.
Тяговая муфта состоит из шарнирно-рычажного или карданного механизма и
обеспечивает передачу вращающего момента в условиях статических и
динамических взаимных перемещений вала тягового двигателя и вала
редуктора. В других конструкциях тяговая муфта обеспечивает передачу
вращающего момента в условиях статических и динамических перемещений
центра большого зубчатого колеса редуктора относительно оси колёсной
пары. Совокупность названных устройств образует тяговый привод.
Колёсная пара состоит из двух колёс, насаженных на ось, и предназначеных
для восприятия и передачи на путь различных сил и в первую очередь сил
тяги и веса кузова и тележек. Кроме того, под действием передаваемого на
них тягового или тормозного моментов они развивают силы тяги и
торможения в местах контакта колёс с рельсами. Благодаря особой форме
поперечного профиля колёс колёсная пара выполняет функцию направления
движения электровоза в рельсовой колее как в кривой, так и на прямых
участках пути. При этом колёсная пара воспринимает поперечные
(горизонтальные) силы, действующие на неё при взаимодействии рельса и
колёс.
Рессорные комплекты создают так называемую систему рессорного
подвешивания, которая обеспечивает взаимную подвижность отдельных частей
механической системы электровоза и передачу сил от масс кузова и тележек
на колёсные пары. С помощью системы рессорного подвешивания
конструктивно реализуется «принцип разделения масс» электровоза.
Важная роль в тележечных электровозах принадлежит устройствам передачи
силы тяги и торможения от тележек на кузов. Для этого используют
шкворневые (в виде вертикального стержня) или поводковые устройства. В
последнее время получили распространение устройства, состоящие из
стержневых элементов, расположенных горизонтально или наклонно по
отношению к плоскости железнодорожного пути. Стержни или тяги по
сравнению со шкворневой передачей силы тяги позволяют увеличить
использование сцепного веса электровоза и отказаться от ненадёжного
шкворневого устройства, подверженного в местах соединения его с тележкой
поверхностному износу.
Для создания режима торможения применяют
пневматический тормоз, состоящий из тормозных пневматических цилиндров,
управляемых воздухораспределителем, и рычажной передачи, которая
передаёт силу от пневматических цилиндров к тормозным колодкам, прижимая
их к поверхности катания колёс или к специальным дискам для создания на
колёсной паре тормозного момента.
Для передачи продольных сил тяги или торможения вдоль поезда
осуществляют соединение электровоза с вагонами с помощью сцепных
приборов. На Российских железных дорогах для этого применяют автосцепки,
на Европейском подвижном составе широко применяют винтовые стяжки. Для
поглощения продольных ударов в момент сцепления электровоза с вагонами
автосцепку дополняют поглощающим аппаратом, а винтовые стяжки буферными
устройствами (буферами).
Классификация механической части. Механическую часть ЭПС можно
классифицировать по различным конструкционным признакам. Наиболее
распространены классификации по осевым характеристикам экипажной части,
конструкции рессорного подвешивания и тягового привода, а также по «составности»
(типам и последовательности расположения вагонов в составе поезда).
Осевые характеристики связаны с компоновкой ходовых частей (ранее их
называли колёсной или осевой формулой). Они представляют условную запись
в виде комбинации цифр с индексами и знаками «+» или «-». Цифры
указывают количество осей в тележках или раме электровоза, индекс «0»
(ноль) указывает на индивидуальный привод осей колёсных пар, отсутствие
- групповой привод. Знак «+» указывает на шарнирную связь тележек
многосекционных электровозов при передаче сил тяги и торможения в
продольном направлении, а «-» - на отсутствие такой связи.
Электровозы первых выпусков имели большую конструктивную преемственность
с ходовой частью паровозов (рис. 3.1). Все ведущие колёсные пары
располагались в общей раме кузова, которая передавала продольные силы, и
такие электровозы называют рамными. Часто на рамных электровозах в
дополнение к движущим колёсным парам устанавливали бегунковые
(поддерживающие) колёсные пары и даже бегунковые тележки. Бегунковые
тележки и колёсные пары не имеют тягового привода, они лёгкие, и
передавали на путь часть силы веса электровоза и облегчали вписывание
рамного электровоза в кривую.
Первый советский пассажирский электровоз ПБ21-01, построенный в 1934
году, с тремя движущими осями и двумя бегунковыми тележками имел осевую
характеристику 2-30-2. Все современные электровозы и вагоны
электропоездов и метрополитена - тележечные (рис 3.2). В них движущие
колёсные пары группируют в двух- или трёхосных тележках и поэтому
пропадает необходимость в бегунковых осях. Электровозы ВЛ22, ВЛ23 с
осевой характеристикой 30+30 и электровозы ВЛ8 с осевой характеристикой
20+20+20+20 имели сочленённые в продольном направлении тележки, так как
автосцепки располагались на концах тележек и необходима была связь между
тележками для передачи сил тяги и торможения (рис. 3.3,а).
Рис. 3.3 Схемы экипажных частей электровозов
В последнее время все электровозы выпускаются с
несущей рамой кузова, на которой располагают автосцепки и необходимость
в сочленении тележек отпала (рис. 3.3,6).
Пассажирские электровозы ЧС1 и ЧС3, а также вагоны электропоездов и
метрополитена имеют осевую характеристику 20-20, а шестиосные
электровозы ЧС2, ЧС4 и ВЛ60 имеют осевую характеристику 30-30, хотя у
электровозов ЧС2 и ЧС4 имеется межтележечное соединение, действующее
только в горизонтальном направлении, чтобы улучшить процесс вписывания
трёхосных тележек в кривую.
Многоосные локомотивы выполняют в виде отдельных секций, соединённых
автосцепкой (рис. 3.3,в). Такими электровозами являются: ВЛ10, ВЛ11,
ВЛ80, ВЛ65, а так же ВЛ15, ВЛ85 и ВЛ86Ф. Осевые характеристики этих
локомотивов, соответственно, 2(20-20) и 2(20-20-20). Коэффициент «2»
означает число секций из которых состоит электровоз. Электровозы ВЛ11 и
ВЛ80С могут быть сформированы из трёх секций и тогда их осевая
характеристика 3(20-20). В последнее время Коломенский
тепловозостроительный завод предложил новую схему экипажа 40-40 (рис.
3.3,г), которая позволяет уменьшить длину локомотива при одинаковом
количестве осей. Такая экипажная часть принята для пассажирского
тепловоза ТЭП80 и электровоза ЭП200 с конструкционной скоростью 200
км/ч.
На европейских железных дорогах количество движущихся осей принято
обозначать латинскими буквами: В - две движущие оси, С - три, D
- четыре.
Для определения количества и вида вагонов, входящих в состав
электропоезда или поезда метрополитена, используют другую важную
характеристику - составность. Цифрами указывают количество вагонов и их
групп, а буквами тип вагонов: М - моторный, МТ - моторный с
токоприёмником, П - прицепной, Г - головной с
кабиной управления, ГМ -головной моторный.
Отечественные электропоезда имеют следующую составность ЭР2, ЭР9П, ЭР9М,
ЭР9Е - 2Г+К(МТ+М), где К - количество вагонов или их групп в составе
поезда. Вагоны метрополитена имеют составность: серия Е - КМ, серии
81-717/81-714 - 2ГМ+6М.
В зависимости от схемы рессорного подвешивания бывает одно- или
двухступенчатое, индивидуальное и сбалансированное подвешивание. Так на
электровозах ВЛ22, ВЛ23, ВЛ8 применено одноступенчатое сбалансированное
рессорное подвешивание, на электровозах ВЛ10, ВЛ80, ВЛ85, ВЛ65, ЧС2,
ЧС4, ЧСб, ЧС7 и ЧС8 - двухступенчатое индивидуальное.
Первую ступень рессорного подвешивания обычно называют буксовым
подвешиванием, а вторую - центральным или кузовным.
Узлы и детали механической части, расположенные на рессорах называются
подрессоренными (обрессоренными), а детали
непосредственно взаимодействующие с путём - неподрессоренными (необрессоренными).
Такие элементы тягового привода как тяговый двигатель и редуктор в
некоторых конструкциях электроподвижного состава являются
неподрессоренными, частично или полностью подрессоренными. В зависимости
от этого всё многообразие конструкций тяговых приводов делят на три
класса:
- тяговый привод класса I имеет опорно-осевые тяговый двигатель и
редуктор (электровозы ВЛ22, ВЛ23, ВЛ8, ВЛ10, ВЛ80);
- тяговый привод класса II имеет опорно-осевой редуктор, но полностью
подрессоренный тяговый двигатель (электровозы серии ЧС, электровоз ВЛ65
и электропоезда серии ЭР);
- тяговый привод класса III обладает полностью подрессоренными тяговым
двигателем и редуктором, причём не имеет значения, где они располагаются
на тележке или кузове (электровозы ВЛ81, ВЛ84-002, серии 91 (Англия),
тепловозы ТЭП60, ТЭП70, ТЭП75).
Для сокращения количества тяговых двигателей на одном электровозе
применяют групповые тяговые приводы, которые в отличие от
индивидуальных, передают вращающий момент от одного двигателя на две или
три колёсные пары через мощный раздаточный редуктор. Такие электровозы
строились во Франции фирмой Альстом и широко распространены на ряде
железных дорог мира. В нашей стране были построены опытные электровозы
ВЛ40 и ВЛ83 с осевыми характеристиками 2-2 и 2(2-2). В силу ряда
недостатков эти электровозы не были переданы в серийное производство.