Міністерство транспорту та зв’язку України

Київський університет економіки та технології транспорту

Кафедра "Тяговий рухомий склад"

Транспортні засоби

Частина 1. Електрорухомий склад. Вагони.

Методичні поради до самостійного опрацювання матеріалу для студентів спеціальності 7.100.403 «Організація перевезень та управління на транспорті»,

спеціалізація: ОПУТ, ОМК, ОМП для денної та безвідривної форми навчання

Київ 2006

УДК 629.423

Методичні поради до самостійного опрацювання матеріалу з дисципліни «Транспортні засоби». Частина 1. «Електрорухомий склад».К.: КУЕТТ, 2006.-65.

Метою «Методичних порад» є рекомендації студентам з методики самостійного вивчення матеріалів за темами дисципліни, передбаченим навчальною програмою. Самостійна робота студентів з додатковими матеріалами, викладеними у данній методичці, дозволяє глибше вивчити лекційний матеріал, розширити знання з конструктивних особливостей різноманітних видів рухомого складу, опанувати навички праці з книгами.

Матеріали методичних порад можуть бути використані як студентами денної, так і безвідривної форм навчання.

«Методичні поради» розглянуто та затверджено на засіданні кафедри «Тяговий рухомий склад залізничного транспорту» (протокол № 8 від 23.03.2006 р.) та на засіданні методичної комісії університету (протокол № від 2006 р.).

Призначені для студентів університету всіх форм навчання та відповідають робочій програмі курсу «Транспортні засоби залізниць».

Укладач: М.О. Усватов старший викладач

Рецензенти: Дубравін Ю.Ф. канд. техн. наук доцент

Головань В.М. Зам. Директора КЕМТ

Зміст

Вступ …………………………………………………………………..... 4

1. Тема 1. Загальні відомості про рухомий склад, його кваліфікація. Типи локомотивів та їх характеристики. …………………….. 5

2. Тема 2. Вагони, їх призначення і характеристики. …………………… 13

3. Тема 3. Електропостачання залізниць. ………………………………… 21

4. тема 4. Електрорухомий склад постійного струму. …………………… 25

5. тема 5. Робочі характеристики тягових двигунів постійного труму. ... 32

6. Тема 6. Принципи і способи регулювання сили тяги,

швидкості руху ЕПС постійного струму. ……………………. 37

7. Тема 7. Загальна будова ЕРС однофазно-постійного струму,

регулювання його швидкості руху. …………………………… 40

8. Тема 8. ЕПС змінного струму. Пуск і регулювання швидкості

руху ЕПС з безколекторними двигунами. …………………… 43

9. Тема 9. Електричне гальмування на локомотивах. …………………... 46

10. Тема 10. ЕРС, який працює при різних системах тяги.

Електропоїзди. Будова та принцип роботи. …………………. 51

Використована література ……………………………………………… 56

Вступ

Транспортні засоби залізниць являють собою різноманіття транспортних рухомих одиниць на залізничному ходу, що мають величезну сферу обслуговування, яка забезпечує їх ефективне і безпечне використання.

Вимоги, пропоновані до конструкції локомотивів та вагонів, повинні забезпечувати обсяг перевезень господарських вантажів і пасажирів, ефективне використання одиниць рухомого складу і безпеки руху поїздів. Рішення цих задач в цілому залежить від правильної організації руху поїздів, удосконалювання перевізного процесу, від грамотного і достовірного виконання тягових розрахунків. Студенти спеціальності «Організація перевезень і керування на транспорті» виконують курсовий проект з тягових розрахунків і повинні уявляти собі принципи роботи різних видів рухомого складу і їх характеристики, порядок експлуатації й обслуговування локомотивів і вагонів.

Навчальна програма по предмету «Транспортні засоби» для студентів спеціальності «Організація перевезень і керування на транспорті» передбачає навчальні години для самостійної роботи студентів. Дійсні методичні рекомендації для самостійного вивчення дисципліни містять рекомендації по кожній темі дисципліни, передбаченої навчальною програмою. По темах запропонована література для самостійного вивчення дисципліни, зроблена добірка матеріалів, необхідних для вивчення тем в обсязі, необхідному для даної спеціальності, поставлені контрольні питання для самоперевірки.

У першій частині «Методичних рекомендацій» розглянуті електрорухомий склад і вагони, їх технічні характеристики, конструктивні особливості та способи регулювання швидкості руху.

Окремою темою представлені способи забезпечення електричною енергією електрорухомого складу, принциповий пристрій тягових підстанцій і тягової мережі, розглянуті переваги електрифікації на змінному струмі промислової частоти.

«Методичні рекомендації» доповнені малюнками, принциповими і функціональними схемами по окремих темах дисципліни й історичними довідками з розвитку локомотивобудівництва в закордонних країнах і в Україні.

Тема 1

Загальні ВІДОМОСТІ про рухомий склад, його кваліфікація. Типи локомотивів ТА їх характеристики

Рекомендована література:

1. В.Я Галаган, С.В.Виноградов та ін. Історія розвитку транспорту. − К.: 2004. 2. Кирпа.Г.Н. Железные дороги мира в XXI веке. −Д.: Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта, 2004. 3. Айзинбуд С.Я. Локомотивное хозяйство. − М.: 1986.

При вивченні матеріалу студенти повинні уявляти, що рухомий склад залізниць ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­− це технічні засоби, призначені для перевезення пасажирів і вантажів залізничними коліями. Характеристики і властивості рухомого складу повинні задовольняти зростаючі обсяги перевезень пасажирів і вантажів, забезпечуючи безпеку руху і терміни доставки вантажів. Найважливішим економічним показником є собівартість перевезень, а отже і тарифи на перевезення, що у значній мірі залежить від маси поїзда, економічності локомотива, вартості обслуговування і витрат на ремонт технічних засобів.

Рухомий склад можна поділити на тяговий (самохідний), до якого відносять локомотиви та моторні вагони, та несамохідний – вагони для перевезення пасажирів та вантажів.

Локомотиви та моторні вагони є тяговими одиницями, тобто вони створюють силу тяги, під дією якої рухаеться поїзд.

До основних видів локомотивів належать паровози, тепловози і електровози. Крім того в різні роки проектувалися, випускалися і випробувалися досвідчені зразки різних локомотивів. Наприклад, випускалися безтопочні паровози, паротурбовози, теплопаровози, турбовози, газогенераторні тепловози, акумуляторні електровози та ін., але вони не одержали застосування.

Паровози і тепловози є автономними локомотивами, тому що мають свою енергетичну установку. Електровози не автономні локомотиви − вони енергію споживають для створення тягового зусилля від тягових підстанцій.

Рис.1 Обладнання паровозу: 1 − силова установка; 2 − котел; 3,7 − топка; 4 − рама; 5 − задній візок; 6 − тендер; 8 − парові труби; 9 − передній візок

Паровоз – локомотив з паросиловою установкою, що забезпечує за рахунок енергії стисненої пари необхідну силу тяги. Паросилову установку складають котел і парова машина. Нагріта пара надходить з котла в парову машину, де її теплова енергія перетворюється в механічну енергію руху поршня і далі, через кривошипно-шатунний механізм, енергію обертання коліс. Паровози можуть бути з вугільним, дров'яним і нафтовим паливом, що забезпечує їх перевагу перед іншими локомотивами.

Історична довідка: Історія розвитку локомотивобудування починаєтся з ХІХ сторіччя, коли, завдяки єкспериментам англійських винахідників, кінна тяга на чавунних рейках була змінена машиною з паровим двигуном. Перший паровоз і залізничний шлях для нього побудував англійський винахідник Дж. Стефенсон на початку ХІХ сторіччя. У 1825 році новий паровоз Стефенсона надійшов в експлуатацію на Стоктон-Дарлингтонську залізницю під назвою «Локомошен». Назва з часом поширилася на всі тягові машини рейкового транспорту. У Росії перші паровози почали будувати Е.А. і М.Е. Черепанови на Нижнєтагільскому з-ді в 1835 р. Паровоз розвивав швидкість до 15 км/год і працював на шахті як вивізний. Для першої в Росії Царскосельскої залізної дороги були закуплені паровози на заводах Стефенсона. У 1838 р. на дорозі почав працювати паровоз «Моторний», побудований за кресленнями фахівців С-Петербурзького політехнічного інституту.

У СРСР найпотужнішим масовим паровозом. випущеним у 1931 р. був паровоз серії ФД типу 1-5-0 зі зчіпною вагою 1040 кН, розрахунковою силою тяги 241,5 кН і констр. швидкістю 90 км на годину. У СРСР заводи випускали потужні паровози серії З та ИС, а в 40 роки − серії Л, ЛВ, П36, що забезпечували інтенсивну роботу залізн. транспорту того часу.

Одним з найголовніших параметрів локомотива, який характеризує ефективність його використання, є коефіцієнт корисної дії (к.к.д.).Недивлячись на постійне вдосконалення конструкції паровозів протягом майже сторічного їх використання, на залізницях світу найбільш досконалі конструкції паровозів мали к.к.д. всьго 6 − 8 %.

Випуск магістральних паровозів у СРСР був припинений у 1956 році в зв'язку з корінною заміною паровозів тепловозами і електровозами.

Тепловоз − автономний локомотив, первинним двигуном якого є двигун внутрішнього згоряння − дизель. Двигун тепловоза перетворюе енергію рідкого палива в механічну роботу обертання колінчатого вала, від якого через передачу одержують обертання колеса.

Рис.2 Рис.3 Рис.4

Історична довідка:  Ідея використання теплового двигуна на локомотиві виникла наприкінці ХІХ ст. Попередники тепловозів — автодрезини, мотовози, створені головним чином для внутрішньозаводських перевезень. Російський інженер В. І. Гриневецкий у 1908—12р. створив експерементальний двигун внутрішнього згоряння, пристосований до перемінних навантажень, що виникають при роботі локомотива. Тепловоз з таким двигуном і прямою передачею був спроектований, але не був побудований. У 1922 р. тепловоз оригінальної конструкції з генератором газу запропонував радянський інженер А. Н. Шелест (його ідея була здійснена тільки в 50-ті р. у Швеції). Перший магістральний тепловоз (рис. 2) був створений у СРСР у 1924 р. за проектом Я. М. Гаккеля. Найбільш поширені тепловози з електричною передачею (рис. 3, 4), в яких колінчатий вал основного двигуна обертає якір головного електрогенератора, що виробляє електричний струм для живлення тягових електродвигунів. Через зубчасту передачу обертання якорів тягових електродвигунів передається колісним парам.

Основні елементи тепловоза: тепловозний двигун, силова передача, екіпажна частина, допоміжне устаткування. Встановлений у машинному відділенні тепловоза двигун перетворює теплову енергію палива, що спалюється, у механічну енергію, яка через механічну, гідромеханічну або електричну силову передачу реалізується в колісних парах.

Технічні характеристики основних серій тепловозів

До екіпажної частини тепловоза належать головна рама, двох, трьох або чотиривісні візки з колісними парами, буксами і ресорним підвішуванням. На головній рамі тепловоза розташовується кузов. Тепловози виконуються одно, двох і трьох секційними. У кузові розміщується кабіна машиніста, з якої здійснюється керування тепловозом. Машиніст за допомогою контролера встановлює визначену частоту обертання валу двигуна, а зміна режимів роботи електрогенератора і тягових електродвигунів відбувається автоматично в залежності від профілю залізничної колії.

Від машинної частини кабіну звичайно відокремлює апаратна камера, в якій розміщені прилади й апарати для виконання переключень у силовому колі тепловоза.

У машинному відділенні, крім двигуна, знаходиться головний генератор, компресор, акумуляторна  батарея, фільтри і  т. п. Тепловоз — економічний локомотив, на якому енергія палива використовується приблизно в 6 разів ефективніше, ніж на паровозі. Сучасні тепловози мають розрахунковий к. к. д. 28—32%, розвивають швидкість 120—160 км/год і більше.

Рис.5 Розміщення обладнання на тепловозі: 1 − кабіна управління; 2 − кузов; 3 − головний генератор; 4 − двигун(дизель); 5 − шахта холодильника; 6 − візок; 7 − паливний бак; 8 − тяговий двигун

Електровоз – неавтономний локомотив, що приводиться в рух тяговими електродвигунами, що одержують електричну енергію від контактної мережі. Існують типи електровозів, що одержують енергію від контактної мережі і від акумуляторів, установлених на самому електровозі (контактно-акумуляторний електровоз) або тільки від акумуляторів (акумуляторний електровоз). За призначенням електровози поділяються на магістральні (вантажні, пасажирські, вантажо-пасажирскі), маневрові, промислові і рудничні, а за родом використовуваного струму — на електровози постійного, змінного струму і комбіновані. Для підвищення провізної і пропускної здатності залізниць можна використовувати одночасно кілька електровозів, здійснюючи керування з кабіни одного з них.

Історична довідка:  Перший радянський магістральний електровоз побудований у 1932 р. (спільно Коломенським заводом і Московським заводом «Динамо»). У СРСР на залізницях працювали магістральні електровози постійного струму напругою 3 кВ і електровози однофазного струму промислової частоти 50 гЦ напругою 25 кВ. При роботі на ділянках з двома системами струму іноді використовують електровози подвійного живлення.    У 1977 р. у СРСР випробувався пасажирський 8-вісний електровоз ЧС 200 потужністю 8400 кВт з максимальною експлуатаційною швидкістю 200 км/год. У 1978 р. випробувалися вантажні 8-вісні електровози однофазного струму підвищеної потужності з безколекторними вентильними й асинхронними тяговими електродвигунами, що мають для регулювання швидкості перетворювачі на тиристорах. На Україні Дніпропетровським заводом ДЕВЗ збудовані та знаходяться в експлуатації електровоз ДЕ1 та електровоз змінного струму з асинхронними тяговими електродвигунами ДС3. За кордоном працюють електровози на цих же системах струму і напруги, а також на більш старих системах постійного струму напругою 1,5 кВ. і однофазного струму зниженої частоти 16²/₃ або 25 Гц напругою 11—16 кВ. Для безвідчіпної роботи з експресами на залізницях ряду країн Західної Європи (Франція, Бельгія, ФРН і ін.), що мають різні системи струму, експлуатуються пасажирські електровози на 4 системи живлення: постійний струм 1,5 і 3 кВ, однофазний струм промислової частоти 50 Гц 25 кВ і однофазний струм зниженої частоти 16²/₃ Гц 15 кВ.

Електровоз складається з механічної частини, електричного і пневматичного устаткування. До механічної частини належать кузов, у якому розташовується велика частина устаткування, ходова (екіпажна) частина й автозчіпка. Звичайно суцільнометалевий кузов спирається на 2-х або 3-х вісні візки. Вони складаються зі сталевих зварених, литих або брускових рам, у яких розміщені колісні пари з буксами, мають ресорне підвішування, гальмову систему і тягову передачу. На візку встановлені тягові електродвигуни. На вантажних електровозах застосовується найбільш просте за конструкцією тягової передачі опорно-осьове підвішування тягових електродвигунів, при якому виникає підвищений вплив колісних пар на шлях.

Рис.6 Розміщення обладнання на електровозі: 1 − кабіна керування; 2 − допоміжне обладнання; 3 − струмоприймач; 4 − силова випрямляюча установка; 5 − силовий трансформатор; 6 − рама; 7 − колісно моторний блок; 8 − кузов

У швидкісних електровозів, у тому числі на розроблювальних вантажних, розрахованих на швидкість до 120 км/год і вище, застосовують опорно-рамне підвішування, що забезпечує менший вплив на шлях через кріплення тягових електродвигунів на підресореній рамі візка. Обертаючий момент від електродвигуна на вісь колісної пари при цьому передається через більш складну тягову передачу. Іноді застосовується передача обертаючого моменту від тягового двигуна підвищеної потужності не на 1, а на 2 або 3 колісні пари візка. Така передача називається груповим приводом.

До електричного устаткування належать тягові електродвигуни, як правило, постійного струму, допоміжні машини (наприклад, двигун компресора), перетворювачі напруги для живлення допоміжних низьковольтних приладів, пуско − регулюючі і захисні апарати, і ін., а на електровозах змінного струму − тяговий трансформатор і випрямлячі для живлення тягових електродвигунів. Пневматичне устаткування включає компресор, резервуари для збереження стиснутого повітря, гальмові прилади та ін. Стиснене повітря використовується для живлення робочих приводів системи керування і гальмової системи поїзда.

О сновні дані найбільш розповсюджених магістральних електровозів 

  Електровози серії ВЛ10, ВЛ8 і частина електровозів ВЛ22^м обладнані рекуперативним гальмуванням. У електровозів інших серій індекс Т. характеризує реостатне гальмування; індекс Р — рекуперативне; індекс К позначає кремнієві напівпровідникові випрямлячі.

  Електровоз ВЛ80 є найпотужнішим вантажним електровозом у світі, а електровози ЧС4^т і ЧС4 — найпотужнішими пасажирськими електровозами. Швидкість руху електровозів регулюють зміною напруги на тягових електродвигунах і впливом на їх магнітний потік. На електровозах постійного струму на початку руху всі електродвигуни включені послідовно, а потім у міру росту швидкості послідовно-паралельно і далі — паралельно, з включенням у кожному випадку в електричне коло двигунів пускового реостата, що на початку має максимальний опір, а для наступного набору швидкості поступово виводиться. Моторвагонний рухомий склад, це моторні і причіпні вагони, з яких формують моторвагонні поїзди (електропоїзди), дизель-поїзди та ін. Групу постійно зчеплених і з'єднаних електричними і пневматичними колами вагонів (моторних і причіпних), що не можуть експлуатуватися роздільно, звичайно називають моторвагонною секцією. У порівнянні з поїздами, що обслуговуються локомотивами, моторвагонні поїзди мають більше співвідношення між зчіпною вагою (вагою, що приходиться на рушійні колісні пари) і загальною вагою, що забезпечує високі прискорення при розгоні поїзда. Крім того, моторвагонний поїзд дозволяє секціонувати поїзда і здійснювати рух у зворотньому напрямку без переформування поїзда. Ці переваги особливо істотні в умовах приміського пасажирського руху й у метрополітені. Моторвагонні поїзди для високошвидкісного пасажирського руху звичайно складаються суцільно з моторних вагонів і мають високу питому потужність (потужність тягових двигунів, віднесена до маси поїзда), що дозволяє реалізувати великі прискорення і швидкості руху в порівнянні з локомотивною тягою.

Технічна характеристика електропоїздів

 Електропоїзд, різновид мотор-вагонного поїзда, моторні вагони якого одержують енергію від електричної мережі. Використовуються в основному на лініях з великим потоком пасажирів (приміське зал. сполучення, метрополітен). До складу електропоїзда можуть входити моторні і причіпні вагони (з них 2 головних). Загальне число вагонів 4—12, причому моторними можуть бути як усі (характерно для метрополітену), так і частина вагонів. На Прибалтійській залізн. експлуатується невелика кількість так званих контактно-акумуляторних електропоїздів, тягові двигуни яких на не електрифікованих ділянках шляху живляться від акумуляторних батарей.  На приміських залізницях найбільш поширені 10-вагонні (з них 5 моторних) серій ЕР2 і ЕР9П (див. табл.).   Кожен вагон має механічну частину, електричне і пневматичне устаткування. Механічна частина складається із суцільнометалевого кузова, що працює як єдина конструкція, і двох візків з двома колісними парами. Електрообладнання включає тягові електродвигуни постійного струму (по 4 у кожному моторному вагоні), струмоприймачі, перетворювачі напруги для живлення низьковольтних допоміжних приладів і устаткування (наприклад, вентиляції і освітлення), а в електропоїздах змінного струму — силові трансформатори і випрямлячі для живлення електродвигунів. Частина електропоїздів обладнується пристроями для електричного гальмування. Пневматичне устаткування включає компресори і балони зі стисненим повітрям для гальмової системи й автоматичного відкривання дверей. Для машиністів у головних (кінцевих) вагонах обладнуються кабіни з необхідною контрольною апаратурою і пристроями керування.

 Сучасні електропоїзди — надійний, економічний і швидкісний транспортний засіб: витрата електроенергії менше 40 (Вт·год)/(т·км) при частих зупинках, тобто при великих витратах енергії на розгін і гальмування.

Дизель-поїзд − поїзд, у який входить два або більше моторних вагона (з дизельними двигунами) і кілька причіпних. Моторні вагони звичайно розташовуються на кінцях поїзда. Керування двигунами здійснюється з одного місця. Дизель-поїзда забезпечують приміське сполучення на ділянках не електрифікованих залізниць.

Контрольні питання:

1. Що відноситься до рухомого складу залізниці? 2. Які локомотиви відносять до автономних і чому?

3. Назвіть локомотиви, які відносяться до неавтономних.

4. Що відноситься до самохідних та несамохідних одиниць рухомого складу? 5. Принцип роботи та основні вузли паровоза.

6. Принцип дії та обладнання тепловоза.

7. В чому перевага тепловозу над паровозом?

8. Будова електровоза та його принцип дії?

9. Призначення та принцип дії моторвагонного рухомого складу.

Тема 2

Вагони, їх призначення і характеристики

Метою вивчення даної теми є придбання знань з призначення та технічних характеристик різних типів вагонів, шляхах їхнього удосконалювання для забезпечення зростаючих обсягів перевезень і підвищення безпеки руху.

Література, що рекомендується:

1. Грузовые вагоны колеи 1520мм железных дорог СССР (Альбом - справочник) − М.: Транспорт, 1988.

2. Шадур Л.А. Развитие отечественного вагонного парка. − М.: 1988.

3. Большая энциклопедия транспорта (ч.4 −)1994.

Вагон − це несамохідна одиниця рухливого складу залізниць, призначена для перевезення пасажирів (пасажирські) і вантажів (вантажні) і обладнана всім необхідним для включення до складу потяга.

Самохідні вагони, призначені для перевезення пасажирів, обладнуються тяговими пристроями і використовуються в електропоїздах, дизель-поїздах і метрополітені.

Історична довідка: Початок розвитку вагонів виник в англійському графстві Суррей у 80-і роки ХVIII сторіччя, коли була відкрита перша дорога на рейковому шляху з перевезенням пасажирів у візках з кінною тягою.У Росії перші вагонетки з канатною і кінною тягою з'явилися на рудничних і внутрішньозаводських рейкових дорогах.

Виробництво перших вагонів у Росії було налагоджено на Олександрівському заводі в 1846 році для першої Російської магістральної залізниці між Москвою і Петербургом. До 1880 р. заводом були побудовані вантажні криті вагони, платформи, вагони-льодовики, думпкари, цистерни для перевезення нафтових продуктів та ін. Однак вантажопідйомність цих вагонів була невелика − у межах 6,5 − 10 т. У 1892 році був створений вантажний вагон вантажопідйомністю 12,5 т.

Перші пасажирські вагони були побудовані на Олександрівському заводі в 1850 році. Вагони мали комфортні умови для пасажирів. У 90-і роки ХІХ сторіччя були створені спеціальні вигони: поштові, багажні, санітарні та ін. У 1915 році на Південно-Західній залізниці побудований вагон-ресторан із системою вентиляції, опалення й охолодження повітря.

Із середини ХХ століття вагонобудівна промисловість СРСР перейшла на випуск суцільнометалевих пасажирських вагонів довжиною 23,6м, критих універсальних вагонів з обсягом кузова 120 м³, 4 − 8 вісних суцільнометалевих піввагонів, цистерн різної ємності і різного призначення, платформ з металевими бортами, транспортерів вантажопідйомністю до 700 т і спец. вагонів для перевезення різних вантажів.

Сучасні вагони мають високі техніко-економічні характеристики, що забезпечують рух потягів з високими швидкостями і гарантують безпеку руху.

Вагонний парк відрізняється різноманіттям типів і конструкцій, що обумовлено необхідністю задоволення різних вимог: висока провізна спроможність, комфортні умови для пасажирів, максимальне використання параметрів вагона, схоронність і захист вантажів від атмосферних опадів. Цим визначаються вимоги до конструкції вагонів.

Вагон складається з кузова, рами, вагонних візків, вагонного устаткування.

Кузов − це частина вагона, призначена для розміщення пасажирів чи вантажу. Кузов може бути з несущою рамою, у якого всі сили, що діють на вагон, сприймає рама, кузов з бічними стінками, жорстко зв'язаними з рамою і суцільнонесучі кузови, у яких навантаження сприймається кузовом разом з рамою. Кузов пасажирського вагону має суцільнонесучу конструкцію з оббивкою з коррозіонностійкої сталі. Устаткування кузовів вантажних вагонів містять пристрої, що забезпечують комфорт пасажирам (системи опалення, вентиляції, водопостачання, туалетні і службові приміщення.)

Рама вагона призначена для розміщення на ній кузова, сприйняття ударно-тягових навантажень і передачі ваги кузова з вантажем на візки. На рамі розміщується автозчепне і гальмове обладнання. Рама виконана з подовжніх і поперечних балок. Подовжні балки (хребтова і бічні) виконані з прокатних профілів. Хребтова балка посилена накладками, тому що вона сприймає всі подовжні сили потяга. Поперечні балки (шкворневі) мають перемінний по висоті коробчатий переріз зварної конструкції. На шкворневій балці є п`ятник, що служить для передачі вертикальних навантажень на підп'ятник розташований на рамі візка. В отвори на п`ятнику рами і підп'ятнику візка вставляється шкворень, який забезпечує поворот візка щодо осі шворня при рухові на кривих ділянках шляху.

Вагонний візок призначений для сприйняття навантажень від кузова і передачі їх на колісні пари. Візок складається з рами, ресорного підвішування, колісних пар з буксовими вузлами і гальмового обладнання. На поперечній балці рами візка є підп'ятник зі шворнем і бічні опори, що забезпечують обмеження надмірних нахилів кузова і гасіння коливань вагона при звивистому рухові візків.

Буксовий вузол візка передає навантаження від візка на шийку осі колісної пари. Вагонні букси можуть бути на підшипниках ковзання і качання. В даний час вагони випускають з підшипниками качання, а усі вагони старої конструкції, майже цілком переустатковані на підшипники качання. У корпусі букси вагона розташовані два роликових підшипники й ущільнення з боку торця осі і колеса. Корпус захищає підшипники від забруднення і служить резервуаром для мастила. Букси розміщені в прорізі рами візка і зв'язані з рамою за допомогою ресорного підвішування.

Ресорне підвішування − це система пружних механічних елементів, призначених для зм'якшення ударних навантажень і гасіння коливань кузова. Ресорне підвішування в різних типів вагонів може складатися з ресор і гасителів коливань. Ресори бувають листові, пневматичні, торсионні, гумові. Гасителі коливань (демпфери) застосовуються механічні, гідравлічні і пневматичні. Від конструкції ресорного підвішування багато в чому залежать ходові властивості вагонів.

Ударно-тягові і зчіпні пристрої, встановлені на рамі вагона призначені для з'єднання вагонів, передачі подовжніх навантажень і амортизації при зіткненнях. Пристрої складаються з фрикційного апарата й автозчеплення, механізм якого після розчіплювання автоматично відновлює готовність до нового зчеплення.

Гальмове обладнання вагона, установлене на рамі і візу містить повітряні трубопроводи, резервуари, сполучні рукава, важільну гальмову передачу і гальмові прилади, пристрій яких і принцип роботи будуть розглянуті в окремій темі.

Вагонний парк сучасної залізниці має багато типів вагонів в залежності від їх призначення. Вантажні вагони в залежності від типу вантажу та умов його перевезення мають бути: криті вагони, напіввагони, платформи, рефрижераторні, цистерни, думпкари, хопери та інші вагони спеціального призначення.

Критий вагон (рис.7) призначений для перевезення вантажів,що потребують схоронності і захисту від атмосферних опадів. Криті вагони в бокових стінах мають двері для вивантаження вантажу і люки для навантаження сипучих вантажів і вентиляції кузова. Вагони можуть обладнуватися для перевезення людей, для чого в середині вагона є незнімне устаткування. Вагонобудівною промисловістю випускаються криті вагони з дахом, що розкривається, для механізованого навантаження і вивантаження вантажів. Криті вагони для перевезення легкових автомашин побудовані на базі суцільнометалевого пасажирського вагону і мають торцеві двері для навантаження і вивантаження.

Рис.7

Піввагон (рис.8) призначений для перевезення сипучих, штучних і навалочних вантажів. Відсутність даху в піввагонах полегшує завантажувально-вивантажувальні роботи. Для вивантаження сипучих вантажів на підвищених коліях у підлоги піввагонів маються люки. Для навантаження і вивантаження самохідних машин піввагони мають торцеві двері. В експлуатації є 4-х, 6-ти і 8-ми вісні піввагони вантажопідйомністю до 130 т.

Рис.8

Платформа (рис.9) призначена для перевезення устаткування, механізмів, довгомірних вантажів і сипучих вантажів, які не потребують захисту від атмосферних опадів. В залежності від призначення кузов платформ виконується в різному виконанні. Кузов універсальної платформи має підлогу (дерев'яну чи металеву) і відкидні торцеві і бічні борти із замикаючими пристроями. Кузов платформ для перевезення контейнерів не має підлоги і бічних бортів, але обладнаний упорами для кріплення контейнерів. Платформи для перевезення лісу обладнаються стійками і торцевими стінами.

Транспортер являє собою спеціальну багатовісну потужну платформу великої вантажопідйомності. Транспортер служить для перевезення великовагових і громістких вантажів (мостові і кранові ферми, потужні верстати, трансформатори, тощо). Транспортер складається із платформи у вигляді потужної балки і екіпажної частини, складеної з декількох дво або тривісних візків, на які спирається ця балка.

Рис.9

Ізотермічні вагони (рис.10) служать для перевезення швидкопсувних вантажів − риби, м’яса, молока, овочів та ін., тому будова кузова та обладнання цих вагонів дозволяє підтримувати у вагоні постійну температуру. Рефрижераторні вагони можуть бути автономними або входити до складу рефрижераторних секцій або поїздів. У пятивагонній секції чотири вагони служать для перевезення швидкопсувних вантажів, а один є дизель-електростанцією, у якому розміщенні щитове відділення, салон-кухня, акумуляторна, відділення для відпочинку обслуговуючого персоналу.

Рис.10

Хопером (рис.11) роблять масове перевезення сипучих вантажів. Завдяки похилим стінкам бункерів вивантаження вантажу виробляється через нижні люки самопливом. Для перевезення вантажів, що повинні бути захищені від атмосферних опадів, виконуються закриті хопери з завантажувальними люками в даху.

Рис.11

Цистерни (рис.12) використовуються для перевезення рідких вантажів, а також стиснених і зріджених газів. Кузова цистерн для рідких вантажів складаються з котла, рами, сходів, обладнання заповнення та випорожнення котла. Цистерни для в’язких вантажів обладнуються кожухом для нагрівання паром. В цистернах перевозяться світлі, темні та в’язки нафтопродукти, сірчана кислота, слабка азотна кислота, соляна кислота, фенол, аміак, хлор, цемент та ін. Особливістю бензинових цистерн є будова наливних пристроїв, які не допускають течі та вибуху парів бензину.

Рис.12

Вагони бункерного типу (рис.13) використовуються для перевезення нафтобітуму, полімерів, безтарного перевезення борошна.

Вагони пасажирського типу (рис.14) призначені для перевезення пасажирів, пошти та багажу. Пасажирські вагони різного призначення відрізняються плануванням і внутрішнім обладнанням. Відкритий пасажирський вагон обладнаний кріслами для сидіння призначений для перевезення пасажирів з перебуванням у шляху до 7 годин.

Рис.13

Відкритий пасажирський вагон дальнього прямування має 54 спальні місця з полками для лежання. Купейний вагон розділений на 4-х місні та 2-х місні купе, відділені від коридору дверима. Усі вагони мають тамбури, коридори, туалети, котельне і службове відділення і купе для відпочинку провідників. Вагони будуються з суцільнометалевим кузовом несучої конструкції, індивідуальним водяним чи електричним опаленням, примусовою і природною вентиляцією, електричним освітленням. На багатьох вагонах є установки для кондиціонування повітря, гарячого водопостачання й охолодження питної води. Для живлення електроспоживачів вагона (освітлення, вентиляція, кондиціонування, опалення, охолодження питної води, засоби радіозв'язку, ПОНАБи) існує кілька систем електропостачання. Система автономного електропостачання характеризується наявністю власних джерел електричної енергії − генератора й акумуляторної батареї. Генератори мають привід від колісної пари вагона і виробляють напругу 50 В для вагонів без кондиціонерів і 110 В для вагонів з кондиціонуванням. На стоянках використовується акумуляторна батарея ємністю до 400 А*год. Система централізованого електропостачання здійснюється від локомотива з подачею у вагони тільки високої напруги для живлення пристроїв опалення й установкою на кожному вагоні генератора для живлення інших споживачів і статичних напівпровідникових високовольтних перетворювачів.

Рис.14

Основними технічними характеристиками вантажного вагона є: вантажопідйомність (найбільша маса вантажу, яку можна в ньому перевозити), тара (власна маса порожнього вагона), кількість колісних пар (кількість вісей), площа підлоги, обсяг кузова й ін.

Кожен вантажний вагон має восьмизначну нумерацію.

Система нумерації - дозволяє у восьмизначному номері об'єднати неповторний інвентарний номер, привласнений даній одиниці рухомого складу, основну характеристику його і кодовий захист вірогідності зчитування номера.

Перша цифра характеризує рід рухомого складу:

2 - криті вантажні вагони;

4 - платформи;

6 - піввагони;

7 - цистерни;

8 - ізотермічні вагони;

3 і 9 - інші вагони (спеціалізовані й ін.)

Другий знак характеризує вісність і основні характеристики вагона. Цифри 0-8 позначають чотиривісні, цифра 9 - восьмивісні вагони. Усі шестивісні вагони і транспортери віднесені до інших вагонів, номера яких починаються з цифри 3 (у шестивісних друга цифра номера - 6, у транспортерів - 9).

Крім вісності друга цифра визначає:

- для критих вагонів - обсяг кузова

- для платформ - довжину рами

- для 4-вісних піввагонів - наявність люків у підлоги і торцевих дверей

- для цистерн - спеціалізацію

Четвертий, п'ятий і шостий знаки в номері вагона визначають їхній порядковий номер і характеристик не містять.

У сьомому знаку цифра 9 свідчить про наявність у вагона перехідної площадки.

Восьма цифра - контрольна.

Для порівняння різних конструкцій вагонів використовують відносини основних характеристик:

Коефіцієнт тари - відношення тари до вантажопідйомності вагона.

Т- тара вагона у т.

Р- вантажопідйомність у т.

Для пасажирських вагонів коефіцієнт тари це відношення тари до числа місць у вагоні:

Т- тара вагона у т.

N-число місць у вагоні.

Питомий обсяг кузова вагона - відношення обсягу кузова до вантажопідйомності.

V- обсяг кузова вагона у м³.

Р- вантажопідйомність у т.

Питома площа платформи це відношення площі підлоги вагона до його вантажопідйомності.

S- площа підлоги м².

Р- вантажопідйомність у т.

Поліпшення цих характеристик дозволяє при тих же витратах збільшити обсяг перевезень і значно скоротити опір руху поїзда, а, значить ефективніше використовувати локомотиви.

Поняття про габарити

Усі транспортні одиниці та споруди мережі залізниць України повинні відповідати вимогам габариту встановленого Державним стандартом.

Споруди та пристрої загальної мережі залізниць України і під’їзних колій від станцій примикання до території промислових підприємств повинні відповідати вимогам габариту наближення споруд С. Габарит наближення споруд являє собою граничний поперечний (перпендикулярний до осі колії) контур, у середину якого не повинні заходити ніякі частини споруд та пристроїв, а також матеріали, що лежать біля колії. Споруди та пристрої які знаходяться на території та між територіями підприємств мають відповідати вимогам габариту С_н. Основні розміри габаритів С і С_н і порядок користування їми обумовлені «Инструкцией по применению габаритов приближения строений ГОСТ 9238-83». Усі споруди повинні знаходитися за межами габариту, окрім пристроїв, що призначені для безпосередньої взаємодії їх з рухомим складом, таких як вагонні уповільнювачі у робочому стані на сортувальних гірках станцій, контактні проводи, тощо.

Навантажений на відкритому рухомому складі вантаж (з урахуванням упаковки та кріплення) повинен розміщуватися у межах габаритів навантаження. Габаритом навантаження називається граничний поперечний ( перпендикулярний осі колії ) контур, у якому не виходячи назовні, повинен розміщуватися навантажений на відкритий рухомий склад вантаж з урахуванням упаковки та кріплення, при розміщенні рухомого складу на прямій горизонтальній колії. Для перевезення вантажів що виходять за межі габариту навантаження встановлені зони та ступені негабаритності: у нижній зоні –шість ступенів, у боковій зоні – шість ступенів, у верхній зоні – три ступені. Вантаж, що перевищує граничні обриси зон негабаритності називається поверх негабаритним. Перевезення поверх негабаритних вантажів, а також вантажів нижньої і бокової негабаритності 6-й ступеня здійснюється з контрольною рамкою.

Габарит рухомого складу – граничний поперечний (перпендикулярний до осі колії ) контур, в якому, не виходячи назовні, повинен розміщуватися як навантажений, так і порожній рухомий склад, встановлений на прямій горизонтальній колії. Існують таки габарити рухомого складу:

Т - для рухомого складу, що допускається до обертання по коліях загальної мережі залізниць України та під’їзних коліях підприємств, споруди і пристрої яких відповідають габариту С(для не електрифікованих ліній) і С_н.

Т_ц - для цистерн і вагонів самоскидів, що допускаються для обертання по коліях загальної мережі залізниць та під’їзних коліях підприємств.

Т_пр – для піввагонів, що допускаються для обертання по коліях загальної мережі залізниць та під’їзних коліях підприємств.

0-Т – для рухомого складу _, що допускається для обертання по коліях усій мережі залізниць колії 1520 мм. так і по залізницях членів Організації Співробітництва (ОСЗ) колії 1435 мм.

01-Т – для рухомого складу, що допускається до обертання як по мережі залізниць України колії 1520 мм., так і по усіх основних лініях залізниць членів ОСЗ колії 1435 мм.

02-Т - для рухомого складу, що допускається до обертання по залізницях України колії 1520 мм. і по залізницях членів ОСЗ колії 1435 мм.

Контрольні питання:

1. Будова вантажних вагонів. Призначення основних вузлів.

2. Класифікація вантажних вагонів.

3. Будова та призначення основних вузлів пасажирських вагонів.

4. Система нумерації вантажних вагонів.

5. Основні технічні характеристики вантажних вагонів і що вони означають?

6. Які існують габарити та їх значення?

7. Габарити рухомого складу і де вони використовуються?

8. Поняття про габарит погрузки.

9. Значення габаритів щодо забезпечення безпеки руху поїздів.