§2.5. Несущие кузова и особенности их работы.

Повышение секционной мощности локомотивов, а также скорости их движения обусловливает увеличение массы агрегатов, причем нагрузка на оси не должна увеличиваться. Поэтому следует уменьшать массу узлов и агрегатов. Более металлоемкими узлами являются главная рама и кузов локомотива, на долю которых приходится до 15—20% общей массы. Применяя несущие кузова, удается существенно снизить суммарную массу главной рамы и кузова (табл. 2.1). Причем в зависимости от компоновки и массы размещаемых в кузове агрегатов хребтовые балки можно располагать на всей длине кузова или только по его концам.

На тепловозах ТЭП60, ТЭП70 и ТЭП75 применены кузова с несущими раскосными фермами. Толщина обшивки стен 1,5— 2 мм. Обшивка воспринимает некоторую долю нагрузки.

На тепловозах ТЭ10, ТЭ109 основным несущим элементом является обшивка (оболочка) боковых стен толщиной 2—2,5 мм. Она подкреплена каркасом в виде прямоугольной решетки (безраскосная ферма). Безраскосные кузова обладают большей несущей способностью при одинаковой металлоемкости по сравнению с раскосными кузовами. Безраскосные кузова несколько легче раскосных, но последние проще и технологичнее в изготовлении.

Каркас может быть значительно облегчен при применении трехслойных оболочек, известных под названием «сэндвич». Они состоят из двух тонких внешних слоев из высокопрочного материала, связанных между собой слоем маложесткого и легкого заполнителя, который выполняет также роль шумо- и термоизоляции. Такие конструкции, как показала практика их применения, обеспечивают высокую устойчивость, жесткость и надежность при малой массе. Кроме того, они обладают способностью снижать вибрации. Элементы крыши кузова по возможности также включают в общую несущую систему. Для максимального использования несущей способности включают топливные баки в общую несущую систему кузова (тепловозы ТЭ109, ТЭП60, ТЭП70).

Кузов тепловоза ТЭП70 несущий, ферменно-раскосный со съемной крышей блочного типа (рис. 2.7, а). Конструкция кузова ТЭП70 является дальнейшим развитием и совершенствованием хорошо зарекомендовавшего себя кузова тепловоза ТЭП60. Конструктивно кузов можно разделить на пять основных частей: рама, бак для топлива, боковые стенки с обшивными листами, блоки крыши и кабины машиниста.

Рама кузова охватывающего типа образована двумя продольными балками коробчатого сечения, двумя лобовыми поперечными балками, образующими короба для установки сцепных приборов, и четырьмя поперечными шкворневыми балками. В силовую схему рамы включены топливный бак и каналы централизованной системы воздухоснабжения.

Рисунок 2.7 – Кузов тепловоза: а — ТЭП70; б — ТЭ109.

Концевые секции рамы воспринимают продольные силы, для чего в них устанавливают автосцепки СА-3 с поглощающими аппаратами пассажирского типа ЦНИИ-Н6. К ним же на болтах крепят путеочистители, нижняя часть которых регулируется по высоте.

Средняя секция рамы представляет собой основание для установки дизель-генератора. В нее входят также вварной топливный бак с нишами для размещения аккумуляторных батарей и два канала воздуховода системы охлаждения электрических машин. Промежуточные секции рамы устанавливают между концевыми и средней. В каждой промежуточной секции две поперечные шкворневые балки непосредственно воспринимают силу тяги от тележек и одновременно передают на них вес кузова.

Боковые стенки кузова имеют каркас раскосного типа из гнутых тонкостенных элементов, к которому заклепками крепят обшивку из дуралюминия Д16А толщиной 3 мм. Боковые стенки около концевых секций рамы соединяют нижний продольный силовой пояс рамы и верхний пояс боковых стенок с помощью раскосов. При таком решении происходит лучшее распределение сил по элементам кузова, и конструкция лобовой части кабины машиниста становится более жесткой и прочной.

Крышу кузова используют для размещения узлов вспомогательного оборудования. Конструктивно крыша с встроенными узлами состоит из пяти отдельных съемных секций, которые устанавливают над машинным помещением, и двух секций над кабинами машиниста.

В отличие от тепловоза ТЭП60, в котором рама и каркас боковых стенок выполнены из стали Ст3 или стали 20, на тепловозе ТЭП70 они изготовлены из низколегированной стали 09Г2, а слабонагруженные и некоторые силовые узлы — из алюминиевых сплавов.

Кузов тепловоза ТЭ109 несущий безраскосного типа (рис. 2.7, б). Боковые стенки, рама, кабины, топливный бак и несъемные секции крыши образуют единую пространственную систему, все элементы которой участвуют в передаче нагрузок. Крыша над холодильной и высоковольтной камерами, а также дизель-генератором состоит из съемных элементов. Главная рама кузова охватывающего типа образована двумя главными продольными балками замкнутого профиля сечением 320x210x5 мм, двумя шкворневыми балками, поперечными креплениями и топливным баком. Боковые стенки выполнены из тонкостенного набора продольных и вертикальных элементов и стальной гофрированной обшивки толщиной 2 мм.

В кузове широко использованы легкие алюминиево-магниевые сплавы АМГ-5, АМГ-6 и пластмассы, из которых изготовлены поперечные диафрагмы, двери, съемные секции крыши и другие слабонагруженные узлы.

Розрахунок рам і кузовів.