Городской электрический транспорт. Курсовое и дипломное проектирование

отличаются более высокими динамическими характеристиками и удельными весовыми показателями;

скорость движения троллейбусов и динамика разгона практически не зависят от степени заполнения пассажирского салона;

троллейбусы могут отбирать от контактной сети практически любую мощность и не перевозят на себе запас топлива, что, кроме того, обеспечивает высокую пожаробезопасность (так, при возгорании автобуса очень велика опасность взрыва);

ввиду использования электрического привода троллейбус обладает высокими показателями динамической комфортабельности (в первую очередь плавность хода, разгона и торможения);

троллейбусы менее шумны, на порядок комфортнее автобусов; троллейбусы характеризуются продолжительным сроком службы;

тяговые электродвигатели просты, надежны в эксплуатации и по сравнению с двигателями внутреннего сгорания требуют меньших затрат по уходу;

себестоимость пассажирских перевозок, осуществляемых троллейбусом, ниже, чем автобусом;

троллейбусы обладают высокими эксплуатационными характеристиками в зимних условиях вследствие отсутствия системы охлаждения и более надежной работы электрического двигателя в ши-роком температурном диапазоне.

Однако с наличием контактной сети связаны определенные сложности троллейбусного транспорта: контактная сеть требует создания определенной инфраструктуры на улицах городов; связь с контактной сетью ограничивает маневренность троллейбусов отклонением от контактной сети не более 4,5 м. Правда, затраты на контактную и кабельную сеть сравнительно невелики по сравнению со стоимостью одной единицы подвижного состава, поэтому изменение маршрутной системы троллейбуса не влечет больших капиталовложений, но оно требует времени, значительно большего, чем для автобуса. Организация троллейбусного хозяйства требует сооружения подстанций и тяговой сети. Пока еще не решенные проблемы некоторых недостатков токосъема снижают скорость

10

движения троллейбусов при прохождении специальных частей контактной сети.

Вследствие более высоких динамических показателей и практически неограниченных возможностей получения электрической энергии от контактной сети троллейбусы в расчете на более высокую провозную способность проектируют с более высокой вместимостью, чем автобусы. Практически в настоящее время используют троллейбусы большой и особо большой вместимости. Провозная способность, в зависимости от вместимости, составляет порядка 8,5 тыс. пас./ч (в одном направлении) для троллейбусов большой вместимости и до 10–12 тыс. пас./ч для троллейбусов особо большой вместимости.

В настоящее время более 400 городов мира имеют троллейбусное сообщение. Больше всего троллейбусов в СНГ. В одной только России – 89 троллейбусных систем в 90 городах. Самым протяжённым троллейбусным маршрутом в мире является маршрут «Симферополь (аэропорт)–Ялта» на Украине. Протяженность рейса составляет 86 км, маршрут обслуживается троллейбусами «Шкода-14Тр» и ЮМЗ-Т2.

Подвижной состав троллейбуса за более чем 100-летний период развития претерпел большие изменения. Изменения произошли как

вмеханической, так и в электрической части. Троллейбус из примитивной электрической машины превратился в сложное, высокотехнологичное, энергоемкое, эргономичное, комфортное транспортное средство. И если еще не так давно основным направлением раз-вития подвижного состава было внедрение пневматической подвески, пневматических дверных приводов, гидроусилителя руля, тиристорно-импульсной системы управления, то сейчас основная задача – снижение уровня пола, ведь низкопольный троллейбус в условиях города необходим как воздух

– это удобно пассажирам; за счет уменьшения времени стоянки на остановочных пунктах низкий уро-вень пола увеличивает пропускную способность транспорта. Развитие электрической части главным образом сориентировано на внедрение электронных систем управления, систем компьютерной диагностики оборудования. И по сей день актуальна проблема токосъема на троллейбусе: устарела конструкция токоприемников, необ-ходимо принципиально новое решение в области объектов контактной сети,

впервую очередь внедрение новых «скоростных» специальных

11

частей, радиоуправляемых стрелок. Современный троллейбус должен обладать возможностью автономного хода за счет дуобусного исполнения.

В настоящее время в СНГ подвижной состав троллейбусов производится в Беларуси, России, Украине и Казахстане.

Дальнейшие основные и перспективные направления развития троллейбусостроения должны обеспечить:

1. Производство только низкопольного подвижного состава особо большой вместимости с колесной формулой 6 × 2 или 6 × 4. В данном направлении целесообразно применять три схемы компоновки подвижного состава: 15-метровый трехосный троллейбус (рис. 1, а), 18-метровый сочлененный троллейбус (рис. 1, б), 23метровый сочлененный троллейбус с двумя узлами сочленения (рис. 1, в).

Рис. 1. Компоновки троллейбусов особо большой вместимости

2. Применение комбинированной системы привода, создание автономных систем питания для работы в режиме дуобуса. Троллейбус мо-жет получать питание от контактной сети, дизельгенераторной установки и от накопителей энергии (аккумуляторные батареи или молекулярные накопители). Применение схем с накопителями энергии дает возможность рекуперировать электрическую энергию при торможении благодаря обратимости электрических машин (тягового двигателя) для дальнейшего ее использования при пуске и разгоне подвижного состава, а также для

12

собственных нужд. Возможна реализация следующих режимов работы троллейбуса с накопителем энергии:

автономный режим – накопитель энергии является основным источником питания для троллейбуса, который заряжается от контактной сети, а затем троллейбус следует по маршруту без контактной сети, используя только энергию накопителя, при торможении энергия может рекуперироваться и использоваться для подзарядки накопителя;

«экономный» режим – основным источником питания является контактная сеть, однако накопитель энергии заряжается при торможении подвижного состава рекуперируемой энергией, затем эта энергия используется для пуска и разгона столько, сколько это возможно. Когда заряд накопителя начинает уменьшаться, электропривод подключается к контактной сети.

На рис. 2, а представлена последовательная схема привода: ДВС приводит в действие генератор G, который дает энергию тяговому электродвигателю ТЭД-М, обеспечивая привод движителей.

13

Рис. 2. Различные варианты схем привода подвижного состава

Данный тип привода не требует коробки передач (КП). При работе в режиме питания от контактной сети генератор G и ДВС отключены.

В смешанной схеме привода (рис. 2, б) в дополнение к последовательной схеме используется накопитель энергии, о режимах работы которого сказано выше. Однако в настоящее время оправдано применение схем либо только с накопителем энергии, либо последовательных схем.

Также возможно применение параллельной схемы привода (рис. 2, в). При этом отсутствует генератор, а ДВС и ТЭД подключены к специальной КПП. В режиме автономного питания ДВС приводит в движение троллейбус через КПП без участия ТЭД. Кроме того, не

14

исключена схема (рис. 2, г), в которой осуществляется привод от ДВС и ТЭД на разные мосты. При работе от контактной сети ведущим становится задний мост, при работе в автономном режиме ведущий мост – средний.

3.Эффективность системы электрической тяги. Такие системы содержат мотор-колесные системы, когда электродвигатель встроен

вступицу внутри колеса, а вал двигателя связан с ободом колеса через редуктор с большим передаточным отношением, такой привод позволяет улучшить использование сцепного веса за счет автоматического управления силой тяги каждого мотор-колеса, ликвидировать задний мост как таковой.

4.Использование систем управления, снижающих уровень потребления электроэнергии, системы бортовой диагностики.

5.На троллейбусах с колесной формулой 6 × 4 возможность реализации отключения одного из ведущих мостов (в определенных дорожных условиях в целях экономии электроэнергии).

6.Унификацию троллейбусных и автобусных шасси.

7.Повышение электробезопасности путем снижения токов утечки и использования автоматики контроля их величины.

8.Повышение комфортности для пассажиров за счет системы кондиционирования и вентиляции, системы обогрева, улучшение дизайна подвижного состава.

9.Разработку новых компоновок троллейбусов с изолированными от салона энергоблоками. Один из вариантов такой компоновки приведен на рис. 3.

Конструкция каркаса кузова такого троллейбуса выполнена в виде пространственной мостовой фермы, где продольные раскосы охватывают все внешние грани. Вертикальные стойки внутри салона ужесточают боковины и одновременно выполняют функцию поручней. Такое решение позволяет разгрузить основание кузова, существенно уменьшив при этом массу основания. Наклон боковых стенок каркаса внутрь салона позволяет сократить ширину крыши и получить более жесткое и прочное его поперечное сечение. Уменьшение собственной массы данной конструкции приводит к экономии энергоресурсов, уменьшению воздействия на дорожное полотно. Пассажирский салон такого троллейбуса выполняется в виде отдельного модуля и имеет низкий пол по всей своей длине, в передней части салон стыкуется с кабиной водителя, причем

15

полностью от нее изолирован. Кабина представляет собой энергетический модуль, в котором располагается все электрическое оборудование троллейбуса, изолированное от салона.

Рис. 3. Компоновка троллейбуса с изолированным энергоблоком

Преимущества данного решения заключаются в том, что расположение электрооборудования в блоке, электрически изолированном от салона, наиболее безопасно для пассажиров, а уменьшение заднего свеса до минимума позволило создать троллейбус с постоянным уровнем пола по всей длине и удобной планировкой салона.

Перспективы и направления развития троллейбусостроения основаны на изучении подвижного состава городского электрического транспорта, анализа его конструкций, условий эксплуатации, технического обслуживания, сравнении технических показателей и направ-лены на повышение качества обслуживания, надежности подвижного состава и совершенствование их конструкций с целью повышения экономической эффективности использования. Данные перспективы могут быть реализованы поэтапно в соответствии с программами раз-вития городского электрического безрельсового транспорта.

Трамвай – это наземный рельсовый вид транспорта, который по многим конструктивным и эксплуатационным параметрам является аналогичным современному подземному метрополитену, но появился значительно раньше. Поэтому в странах СНГ сложилось стереотипное представление о трамвае. В то же время современные тенденции развития городского общественного транспорта сводятся к использованию трамвая как одного из основных видов городского пассажирского транспорта. Однако это совершенно другой трамвай – быстрый, тихий, удобный и комфортный. Поэтому сейчас возникла

16

острая необходимость в модернизации парка трамвайных вагонов республики в целях приведения его в соответствие с ведущими образцами мирового трамваестроения. Это может быть реализовано внедрением новых технических решений, подходов и технологий.

Также стоит отметить, что в мировой практике важное место занимает такой вид транспорта, как скоростной трамвай, который пред-ставляет собой сочетание быстроходных трамвайных вагонов особо большой вместимости (сочлененных и поездов из сочлененных вагонов) и изолированных от дорожного движения линий, имеющих кривые больших радиусов. Полотно скоростного трамвая на значительном протяжении выполняется обособленным, в местах пересечения с автодорогой трамваю включается зеленый сигнал светофора. В совокупности это обеспечивает высокую скорость сообщения и большую провозную способность.

О популярности трамвая и его преимуществах говорят следующие цифры: за последнее десятилетие в мире открыто трамвайное движение более чем в 100 городах, общее число городов, имеющих трамвайное движение, – более 400.

В настоящее время рынок подвижного состава характеризуется многообразием предлагаемых моделей подвижного состава и вариантов их исполнения. Но в целом все идет к уменьшению массы трамвайных вагонов, значительному снижению уровня пола. Последнее спо-собствует ускорению и упрощению пассажирообмена на остановках.

Мировая тенденция состоит в унификации конструкций подвижного состава трамвая и объединении предприятийизготовителей. Это постепенно приводит к уменьшению разнотипности подвижного состава и в конечном счете позволяет снизить себестоимость перевозок. Изготовители стремятся ограничиться несколькими базовыми конструкциями с выполнением на их основе специфических требований заказчиков. Широко распространен принцип модульного построения трамвайного вагона. Так, компания Alstom при производстве трамваев Citadis из различных унифицированных и стандартизованных модулей компонует трамвайные вагоны различного класса, технического уровня и пассажировместимости. Дизайн трам-вая определяется заказчиком, поэтому вагоны одной модели могут выглядеть по-разному.

17

Варианты исполнения низкопольных конструкций трамваев можно разделить на три группы:

1.Постоянно низкий уровень пола по всей длине трамвайного вагона. Это достигается за счет применения низкопольных неповоротных тележек, вовсе бестележечной конструкции ходовых частей, размещением ходовой части в узлах сочленения. Как правило, применяется мотор-колесный привод.

2.Переменный уровень пола реализуется за счет применения бестележечной конструкции или низкопольной неповоротной тележки

всредней секции сочлененного подвижного состава. Это обеспечивает снижение уровня пола в самой секции, а также в смежных с ней секциях. Моторные тележки классического исполнения, поворотные, уровень пола в местах их установки повышается. Применяются колеса меньшего диаметра.

3.Локальное снижение уровня пола реализуется только на дверных площадках. При этом используются обычные тележки, уровень пола по длине трамвая обычный и снижается для удобства входа-выхода пассажиров в местах размещения дверей.

Для подвижного состава с пониженным или низким уровнем пола определяющей является минимальная высота ходовой части. С этой целью применяют тележки без колесных пар как таковых. В таких тележках два колеса условной колесной пары вращаются независимо друг от друга на раздельных полуосях. Приводные колеса имеют индивидуальный мотор-колесный привод с малогабаритными двигателями небольшой мощности, монтируемыми непосредственно на ступице колеса.

Электрическое оборудование низкопольных вагонов устанавливается в специальных герметичных отсеках на крыше. Этим достигается компактность установки оборудования, сохранность, упроще-ние обслуживания, что приводит к увеличению надежности и снижению затрат на эксплуатацию трамваев.

Кроме того, во всем мире прослеживается стремление к использованию двустороннего подвижного состава. Такое решение не требует выделения значительных территорий дорогой городской земли для организации конечных станций; отсутствие кривых малого радиуса, применяемых на разворотных кольцах, способствует умень-шению износа и повышению надежности.

18

На рис. 4 представлена схема, определяющая стратегию развития производства городского электрического транспорта (трамвая). В целом развитие трамваестроения осуществляется по трем направлениям:

1)экономическое – снижение стоимости изделия и комплектую-

щих;

2)социальное – повышение потребительских свойств, комфортности поездки, низкопольность, предусмотрение мест для пассажиров с детскими колясками и инвалидов;

3)техническое – снижение материалоемкости, использование современных материалов, повышение скорости движения, унификация, повышение надежности, применение блочно-модульных конструкций, увеличение пассажировместимости.

УП «Белкоммунмаш» (Республика Беларусь) с 2000 года успешно освоило производство трамвайных вагонов. За семь лет предприятие выпустило более 90 трамваев трех моделей.

Таким образом, определяющие направления развития белорусского трамвая в ближайшей перспективе:

1. Электропривод: применение асинхронного привода, развитие электронных систем управления, транзисторное управление двигателем с использованием IGBT-модулей. Программа «минимум»: внедрение системы электронной диагностики электропривода, применение возможности перехода в режим экономии электроэнергии на легком профиле пути, создание возможности работы трамвайных вагонов в составе поезда из двух-трех вагонов по системе многих единиц. Также необходима разработка счетчика потребленной и рекуперированной энергии, системы измерения удельного сопротивления движению.

2. Тормозная система: дальнейшее развитие системы электрического торможения с полной рекуперацией электроэнергии в контактную сеть и молекулярные накопители (накопленная в них энергия будет использоваться при последующем пуске); совершенствование системы механического торможения, усиление тормозного эф-фекта, установка механического тормоза на каждую колесную пару; совершенствование схемы управления электромагнитным рельсовым тормозом из кабины водителя; внедрение дискового тормоза; применение электромагнитного

19