Лекція 3. Транспортні засоби залізничного транспорту

1. Основні види рухомого складу залізничного транспорту.

2. Локомотивне та вагонне господарство.

3. Організація і управління рухом транспортних засобів залізничного транспорту.

4. Показники експлуатаційної роботи транспортних засобів залізничного транспорту.

1. Основні види рухомого складу залізничного транспорту.

Залізничний транспорт – це виробничо-технологічний комплекс організацій і підприємств залізничного транспорту загального користування, призначений для забезпечення потреб суспільного виробництва і населення країни в перевезеннях у внутрішньому і міжнародному сполученнях та надання інших транспортних послуг усім споживачам без обмежень за ознаками форми власності та видів діяльності.

До складу залізничного транспорту входять: підприємства залізничного транспорту, що здійснюють перевезення пасажирів і вантажів; рухомий склад залізничного транспорту; заліз­ничні шляхи сполучення; інфраструктурні господарства (господарства зв’язку, електрифікації та електропостачання, обчислювальної техніки, вагонне, локомотивне, пасажирське, вантажне, управління громадських споруд, управління матеріально-технічного постачання, воєнізованої охорони, пожежної безпеки тощо).

Залізничний транспорт України – це: (дані на початок 2014 рік)

6 залізниць, що об’єднують всі області України (Львівська, Південно-Західна, Донецька, Одеська, Придніпровська, Південна);

27 дирекцій залізничних перевезень;

1447 залізничних станцій;

125 основних вокзалів;

експлуатаційна протяжність головних колій – 21640,4 км;

розгорнута протяжність колій – 30,3 тис. км;

електрифікованих колій – 9878 км;

ширина колії – 1520 мм.;

2268 зупиночних пунктів та платформ;

5422 залізничних переїздів, зокрема 4168 – обладнаних автоматичною переїзною сигналізацією;

55 локомотивних депо;

48 вагонних депо;

16 вагонних пасажирських депо;

44 дистанції енергопостачання;

69 дистанцій сигналізації та зв’язку;

110 дистанцій колії;

38 колійно-машинних станцій;

37 дистанцій цивільних споруд;

23 дистанції навантажувально-розвантажувальних робіт;

інвентарний парк вантажних вагонів – 116093 од.;

інвентарний парк пасажирських вагонів – 7025 од.;

інвентарний парк тепловозів – 2447 од.;

інвентарний парк електровозів – 1547 од.;

інвентарний парк електропоїздів – 1547 секцій (зокрема, 14 секцій рейкових автобусів), з них 1340 – в експлуатації;

інвентарний парк дизель-поїздів – 528 секцій, з них 247 – в експлуатації;

63 од. – фірмових пасажирських потягів;

середньоспискова чисельність працівників основної діяльності залізниць України – 363 тис. чол.;

82% - вантажних перевезень та 50% - пасажирських перевезень від усіх транспортних перевезень в Україні;

4 місце за обсягами перевезень на Євразійському континенті (після Китаю, Росії та Індії).

Дистанція – структурний підрозділ залізниці.

Транспортні засоби залізничного транспорту – це залізничний рухомий склад (вагони всіх видів, локомотиви, монорейковий транспорт) і контейнери.

Рух поїздів на залізничному транспорті здійснюється за допомогою тягового рухомого складу, до якого належать: локомотиви та моторвагонний рухомий склад.

Локомотив (від латинського «locus» – «місце» і «motia» – «рух») – це двигун на колесах, призначений для пересування вагонів по рейках (у свою чергу вагони є несамохідними).

Розрізняють різні види локомотивів.

Класифікація локомотивів:

1) в залежності від місця створення механічної енергії, необхідної для руху поїзда:

- локомотиви з автономними видами тяги – механічна енергія для руху поїзда виробляється в результаті згорання палива на самому локомотиві. До локомотивів з автономним видом тяги відносять: тепловози (локомотиви з поршневими двигунами внутрішнього згорання (дизелями)), паровози (локомотиви, в яких перетворення теплової енергії, одержуваної при спалюванні палива, у механічну, здійснюється установкою з паровим котлом або паровою машиною), газотурбовози (локомотиви з газотурбінними установками), дизельні потяги (локомотиви з дизельними установками); мотовози (локомотиви – особливо малі промислові тепловози, які використовуються для маневрової роботи - з бензиновим або дизельним двигуном невеликої потужності);

- локомотиви з неавтономними видами тяги - це локомотиви, до яких первинна енергія надходить від зовнішніх джерел (отримують електроенергію від контактної мережі через спеціальний струмоприймальник – пантограф). До локомотивів з неавтономним видом тяги відносять: електровози, електровагони (виконують одночасно функції вагону та локомотиву).

В автономних локомотивах, залежно від типу теплового двигуна і ступеня його використання, коефіцієнт корисної дії становить: тепловозів – 29 - 31%, у паровозів – 5 - 9%, в разі електротяги – 34 - 35%. Експлуатаційні витрати на утримання і обслуговування електровозів нижчі, ніж відповідні витрати на локомотиви автономної тяги.

2) в залежності від виду робіт:

- магістральні локомотиви. Магістральні локомотиви призначені для перевезення вантажів та пасажирів. До них відносяться: вантажні та пасажирські локомотиви;

- маневрові. Маневрові локомотиви призначені для маневрових робіт на станціях та під’їзних шляхах, тобто для виконання всіх пересувань вагонів по стаціонарним шляхам, формування та розформування поїздів, подачі вагонів до вантажних фронтів, на ремонтні шляхи, перестановки з парку в парк.

3) в залежності від кількості кузовів, що з’єднані з локомотивом:

- односекційні (локомотив з одним кузовом);

- багатосекційні (дво-, три-, чотирисекційні), тобто локомотиви з двома і більше самостійними кузовами (секціями), з’єднаними між собою автозчепленнями або спеціальними шарнірними з’єднаннями. Приклад видів локомотивів у залежності від кількості кузовів представлений на рисунку 1.

а

б

в

Рис. 1 – Види локомотивів в залежності від кількості кузовів:

а) односекційний; б) двосекційний; в) багатосекційний

Бустер – це допоміжна одиниця тягового рухомого составу, як правило, без кабіни, але, яка доповнює собою тягове зусилля на поїзд.

У деяких випадках устаткування секційних локомотивів дає можливість кожній його секції самостійно водити потяги. Багато електровозів і тепловозів мають устаткування, яке дає можливість їм працювати за системою декількох (багатьох) одиниць, що забезпечує управління декількома локомотивами (секціями) з однієї кабіни машиніста.

4) в залежності від типу кузова (частина конструкції локомотива, яка слугує для розміщення устаткування):

- кузов з головною несучою рамою – це кузов, який сприймає своєю потужною рамою всі зовнішні навантаження. Бокові стіни, дах та кабіна слугують лише для відгородження машинного відділення та бригади від навколишнього середовища. Кузови даного типу за конструктивними особливостями поділяються на: вагонного та капотного типів. Вагонний тип кузова дозволяє отримати доступ бригаді локомотива до силового устаткування під час руху локомотива, не покидаючи кузова. Такий тип покращує умови роботи бригади, підвищує аеродинаміку поїзда. Такі кузова ставляться на поїзні локомотиви. Капотний тип кузова – це такий тип кузова, в якому бокові стінки, дах прикривають лише силове устаткування, що створює для машиніста гарний огляд з кабіни, хоча при цьому сильно страждає аеродинаміка, особливо при високих швидкостях. Такі кузова ставлять на маневрові локомотиви. Приклад видів локомотивів у залежності від типу кузова з головною несучою рамою представлений на рисунку 2.

 

а

б

      

Рис. 2 – Види локомотивів у залежності від типу кузова з головною несучою рамою:

а) вагонний; б) капотний

- суцільнонесучий кузов – це кузов, в якому рами, бокові стіни та дах працюють як одне ціле. В кузові є жорсткий зв’язок між елементами рами з боковими стінками, верхнім поясом та кабіною, що забезпечує спільну роботу всіх елементів конструкції при сприйняті зовнішніх навантажень. Кузови цього типу виконуються лише у вагонному варіанті. Приклад виду локомотиву з цільнонесучим кузовом представлений на рисунку 3.

5) за типом передачі обертального моменту від тягового двигуна на вісь колісної пари:

- електрична передача – передбачає, що механічна енергія обернення колінчатого валу дизеля передається електричному тяговому генератору, який перетворює її в електричну. Електрична енергія від генератора надходить до тягового електричного двигуна, який кінематично (як передатковий механізм) пов’язаний з рухомими колісними парами та приводить їх до обертання. На сьогоднішній день використовується на більшості вітчизняних та зарубіжних магістральних тепловозах, а також на багатьох маневрових тепловозах;

- механічна передача – представляє собою редуктор («коробку швидкостей»), який розташований кінематично між колінчастим валом дизеля та ведучими осями локомотива. Для запуску двигуна без навантаження та зміни напрямку руху існує прилад (муфта зчеплення), який дозволяє від’єднати вал дизеля від рухомих коліс. Коробка швидкостей на локомотивах може мати 3-4, а іноді та 5 ступенів швидкості. На сьогоднішній день використовується на мотовозах, на маневрових тепловозах малої потужності, а також на деяких дизель-поїздах;

- гідравлічна передача – передбачає, що енергія дизеля витрачається на привід гідравлічного насосу, який передає енергію рідини, що циркулює в замкнутому контурі. Поступаючи до гідравлічної турбіни, потік рідини передає на її лопатки свою кінетичну енергію та обертає вал ротора турбіни, а разом з ним і колісні пари. На сьогоднішній день використовується на тепловозах малої та середньої потужності, головним чином на маневрових та промислових тепловозах;

Рис. 3 – Локомотив з цільнонесучим кузовом

- гідромеханічна передача локомотива – поєднує особливості механічної та гідравлічної передач. Дана передача призначена для передачі обертаючого моменту від колінчастого валу дизеля на колісні пари з різним передаточним відношенням, що дозволяє отримати необхідну тягову характеристику. Передача може мати три рівні швидкості: перша – гідравлічна, друга і третя – механічні, які включаються електронним регулятором швидкостей при досягненні суворо певної швидкості руху.

6) в залежності від типу екіпажної частини:

- візкові – характеризуються тим, що колісні пари (ведучі вісі) об’єднуються у візки, кожна з яких має можливість повертатися відносно вісі локомотива на певний кут;

- безвізкові або з жорсткою рамою – характеризується тим, що колісні пари своїми буксами встановлюються безпосередньо в головну раму. Букси – це вузли ходової частини, що призначені для передачі через підшипники вертикального навантаження (від ваги локомотива) на вісі колісних пар, що обертаються, а також для передачі поздовжніх горизонтальних (тягових або гальмівних) сил від буксових шийок колісних пар через раму поїзду, що рухається. Приклад видів локомотивів в залежності від типу екіпажної частини представлений на рисунку 4.

Рис. 4 - Види локомотивів в залежності від типу екіпажної частини:

а) екіпаж з жорсткою рамою; б) візковий екіпаж

На сьогоднішній день всі паровози є безвізковими, а сучасні локомотиви – візкового типу.

7) в залежності від типу тягової передачі:

- з індивідуальним приводом – це локомотиви, в яких кожну колісну пару обертає окремий електричний двигун. На сьогоднішній день майже 90% локомотивів випускається з індивідуальним приводом;

- з груповим приводом – це локомотиви з однією силовою установкою. При груповому приводі всі колісні пари пов’язані або дишлами (як на паровозі), або редукторами (як на тепловозах). В локомотивобудуванні зустрічаються електропоїзди з груповим приводом, в яких використовується один тяговий електродвигун на візок (2-3 колісні пари). Тягова передача – це сукупність елементів, що утворюють та передають обертальний момент на колісну пару. В тягову передачу входять: «рушій» (парова машина, паливно-енергетичний двигун, двигун внутрішнього згорання); редуктор (карданний вал, муфта); колісна пара. Приклад видів локомотивів у залежності від типу тягової передачі представлений на рисунку 5.

а

б

Рис. 5 - Види локомотивів у залежності від типу тягової передачі:

а) з груповим приводом; б) з індивідуальним приводом

8) в залежності від ширини колії:

- локомотиви з нормальною колією або широкою (ширина 1520 мм);

- локомотиви для вузькоколійних залізничних доріг (ширина від 600 до 1100 мм).

9) в залежності від кількості осей:

- восьмивісні локомотиви;

- шестивісні локомотиви;

- чотирьохвісні локомотиви;

- трьохвісні локомотиви;

- двохвісні локомотиви.

Характеристики локомотивів:

1) Серія локомотива. Серія локомотива – це позначення локомотивів, які були побудовані за одним проектом. Розрізняють наступні серії паровозів: СО (Серго Орджонікідзе), ФД (Фелікс Дзержинський), ІС (Йосиф Сталін), Л (Лебедянський), П (Перемога), О (основний) тощо.

Розрізняють наступні серії тепловозів: найчастіше у всіх тепловозів найменування серії починається з букви Т, що означає тепловоз; друга літера вказує на тип передачі (Е – електрична передача; Г – гідравлічна передача); третя літера визначає рід служби тепловозу (П – пасажирський тепловоз; М – маневровий тепловоз; у вантажних тепловозів третя літера не ставиться).

Цифри в серії після буквеного позначення вказують на номер серії тепловозу (для маневрових та вузькоколійних тепловозів), а для магістральних тепловозів також і на завод-виробник (з №1 до 49 – Харківський завод; №50 до 99 – Коломенський завод; з №100 та вище – Луганський завод). Цифри перед літерою показують кількість секцій у тепловозі. Наприклад, 2ТЕ116, ТЕП 70, ТЕМ2, ТГМ11. Літера після номера серії може вказувати або на модернізований варіант (2ТЕ10М, 3ТЕ10М), або на завод-виробник, якщо початковий проект тепловоза був розроблений іншим заводом (2ТЕ10Л – Луганськ, 2ТЕ10В – Ворошиловград). Але існують і відхилення від цієї системи. Наприклад, ТУ2 – тепловоз, вузькоколійний (У), другий варіант (2), тобто друга буква (У) не означає тип передачі. При позначенні серії тепловозів, що імпортовані з інших країн, введена літера, яка вказує на країну-виробника (тепловози ЧМЕ3 та УМЕ1 (ВМЕ1) виготовлені відповідно у Чехії та Угорщині).

Розрізняють наступні серії газотурбовозів: найчастіше у всіх газотурбовозів найменування серії починається з букви Г або ГТ, що означає газотурбовоз; друга або третя літера визначає рід служби газотурбовозу (П – пасажирський; у вантажних газотурбовозів - літера не ставиться). Цифри в серії після буквеного позначення вказують на серію або тип газотурбовозу. Наприклад, ГП-1 (газотурбовоз пасажирський 1 типу), Г-1 (газотурбовоз вантажний 1 типу), ГТ-1 (газотурбовоз вантажний 1 типу), ГТ101 (газотурбовоз вантажний 101 типу експериментальний).

Розрізняють наступні серії мотовозів: найчастіше у всіх мотовозів найменування серії починається з букви М, що означає мотовоз; інші букви можуть визначати рід служби або тип передачі (ПТ – вантажно-транспортний; МТ – маневровий тягач; ЕС – електростанція; Г – гідромеханічна передача). Цифри в серії після буквеного позначення вказують на серію або тип мотовозу. Наприклад, М , М 15, МЕС (мотовоз-електростанція), МПТ4 (мотовоз вантажно-транспортний 4 серії), ММТ-2 (мотовоз маневровий тягач 2 серії), МГ1, МГ2, МГ3 (мотовоз з гідромеханічною передачею 1 серії, 2 серії, 3 серії).

Оскільки деякі мотовози можна віднести до категорії промислових тепловозів, то вони мають подібні серії з тепловозами, але з певними особливостями мотовозів. Наприклад, ТГК-1, ТГК-2 (тепловоз з гідромеханічною передачею Калузького заводу 1 типу, 2 типу).

Всі радянські електровози мають основне літерне позначення ВЛ (Володимир Ленін); цифри після літер вказують на кількість осей і рід струму. Для серій електровозів змінного струму встановлена нумерація: чотиривісні – від ВЛ40 до ВЛ59; шестивісні – від ВЛ60 до ВЛ79; восьмивісні – від ВЛ80 до ВЛ99. Але існують виключення: ВЛ85 та ВЛ86 – це дванадцятивісні, а не восьмивісні. Електровози постійного струму нумеруються: шестивісні від ВЛ19 до ВЛ39; восьмивісні – від ВЛ8 до ВЛ18. Крім цього, в деяких серіях до цифрового позначення може додаватися також буквена індексація, де кожний індекс означає внесені зміни: а (асинхронні тягові двигуни), в (вентильне регулювання), к (кремнієві випрямлячі), с (системне з’єднання секцій), і (імпульсне регулювання), м (модернізований), п (пасажирський), т (реостатне гальмування), р (рекуперативне гальмування), ф (фазове регулювання). Наприклад, ВЛ60к (пасажирський шестивісний електровоз змінного струму з кремнієвими випрямлячами). Пасажирські електровози, що випускали в Чехії, мають на залізницях СНД і Балтії серійне позначення ЧС (ЧС1, ЧС2, ЧС3 – шестиосні постійного струму; ЧС4 – шестиосні змінного струму; ЧС6, ЧС7, ЧС200 – восьмиосні постійного струму; ЧС8 – восьмиосні змінного струму).

2) Осьова формула. Ходові частини електровозів і тепловозів позначають так званою осьовою формулою. Для тепловозів візкового типу осьова формула представляє собою поєднання цифр, число яких відповідає числу візків, а кожна цифра показує число осей у кожному візку; індекс «0» – індивідуальний привід від тягового електродвигуна до осі; знак «+» – візки зв’язані шарнірно і тягове зусилля до поїзда передається через їхню раму; знак «-» – візки між собою не з’єднані і тягові зусилля до поїзда передаються через раму кузова. Наприклад, 3₀+3₀ – локомотив шестивісний, два зчленовані тривісні візки з індивідуальними приводами всіх рухомих колісних пар; 2(3₀–3₀) – двосекційний локомотив, кожна секція якого має два тривісні незчленовані візки з індивідуальними приводами всіх рухомих колісних пар, що рухаються, і може працювати самостійно. Якщо ж секції не можуть працювати самостійно, то осьова характеристика має вигляд: 3₀–3₀–3₀–3₀. Для тепловозів безвізкового типу в осьовій формулі послідовно перераховано число осей бігункових, ведучих (зчіпних) та підтримуючих. Наприклад, 0-3-0 – локомотив немає бігункових осей, ведучих – 3, підтримуючих осей – немає, привід груповий. За кордоном в осьових формулах тепловозів число ведучих осей у візках позначають не цифрою, а літерою, маючи на увазі, що порядковий номер у латинському алфавіті відповідає числу осей (А – одна вісь; В – дві; С – три; D – чотири тощо). Наявність бігункових або підтримуючих осей позначаються також цифрами. Приклад осьових характеристик тепловозів представлений на рисунку 6.

Рис. 6 – Осьові характеристики тепловозів

3) Вагові характеристики. До основних вагових характеристик відносять: конструкційна вага (P), кН (кілоньютон) – вага локомотива без екіпірувальних матеріалів; службова вага (Р_сл), кН – до конструкційної ваги додати повну вагу води, олії та 2/3 запасу піску та палива та ваги локомотивної бригади; зчіпна вага (Р_зч), кН – вага, яка приходиться на ведучі (зчіпні) колісні пари, що приймають участь у створенні сили тяги.

4) Осьове навантаження (навантаження від вісі на колії), 2П, кН, тс (1 тонна-сила = 9,81*10³Н) характеризує статичну дію локомотива на залізничний шлях та визначається як ділення службової ваги на число осей в секції. Службова вага – це повна вага локомотива з локомотивною бригадою, повним запасом води, мастила та двома третинами запасів палива та піску. Для старих магістральних локомотивів, що експлуатуються на залізничних дорогах України, найбільше допустиме навантаження на колії складає 225 кН, а для нових локомотивів – 235 кН (наприклад, електровози ВЛ15, ВЛ85) та 245 кН (тепловози 2ТЕ121, ТЕ136).

5) Потужність локомотива. Потужність тепловоза – це ефективна потужність дизеля двигуна внутрішнього згорання (ДВЗ) N_е, кВт; потужність електровоза – сумарна потужність годинного режиму роботи тягового електродвигуна (ТЕД) ΣР_г, кВТ; потужність локомотивів іноземного будування – дотична потужність на ободі коліс ведучих осей локомотива N_k, кВт.

6) Габарити. Габарит – це граничний поперечний контур (що є перпендикулярний вісі шляху), за межами якого не повинна виступати ні одна з частин локомотива, як нового, так і значно зношеного. Існують габарити типу: Т, 1Т, 1-ВМ, 0-ВМ, 02-ВМ, 03-ВМ. Габарит Т розповсюджується на рухомий склад, який був допущений до обігу по шляхам, споруди та обладнання на які відповідають вимогам габаритів наближення до споруд С та Сп. Габарит 1-Т розповсюджується на рухомий склад, який був допущений до обігу по всім шляхам загальної сітки доріг, під’їзним шляхам та шляхам промислових підприємств. Габарити 1-ВМ, 0-ВМ, 02-ВМ, 03-ВМ розповсюджується на рухомий склад, який був допущений до обігу по залізничним дорогам колії 1520 (1524) мм та доріг колії 1435 мм. Розширення габаритів дозволяє збільшити провізну спроможність дільниці за рахунок підвищення маси вагону та потужності локомотива.

7) тягові властивості. До основних тягових властивостей належать: величина реалізованої сили тяги F_д і швидкість руху на керівному підйомі V_к. Регулювання F_д і V_к здійснюється: на електровозі – поступово за рахунок вимикання послідовно з тяговими електродвигунами резисторів (елемент електричного кола, призначений для використання його електричного опору); на тепловозі з електричною передачею – за рахунок зміни напруги на клемах генератора (устаткування для приєднання проводів до апарату) і подачі палива в дизель.

Електричний рухомий склад складається з:

 механічної частини (кузов для розміщення в ньому електричної апаратури та іншого устаткування; візка, що складається з рами, колісних пар з буксами, ресорного підвішування (система пружних механічних елементів, призначена для регулювання коливань кузова транспортного засобу та пом’якшення ударних навантажень) і гальмового обладнання);

 електричного устаткування (тягових електродвигунів, допоміжних електричних машин, апаратури для управління двигунами і допоміжними машинами, а на електрорухомому складі змінного струму і подвійного живлення, крім того, трансформаторів і перетворювачів струму).

Приклад кузова електровозу представлений на рисунку 7.

Рис. 7 – Кузов електровозу ВЛ-10 (ВЛ-80)