Описание кузова, рамы и тележки тепловоза

 

Рама и кузов тепловоза предназначены для размещения в них силового и вспомогательного оборудования, узлов соединения с тележками и с составом поезда. В процессе работы на раму и кузов действуют статические и динамические силы.

Конструкция рамы и кузова во многом зависит от конструкции и компоновки оборудования, экипажной части, от рода службы локомотива, производственно-технологических условий завода. Рама и кузов должны соответствовать техническими требованиями к проектируемым локомотивам по условиям прочности, безопасности движения поездов и удобствам для обслуживающего персонала, а также требования технической эстетики и санитарно-техническим нормам. Необходимая прочность должна сочетаться с минимальным весом конструкции рамы и кузова.

В зависимости от конструкции и компоновки несущих элементов кузова современных тепловозов делятся на два типа: с несущей рамой и цельно-несущей.

Для первого типа характерная мощная рама, воспринимающая внешние нагрузки с нежёстким и часто отъёмным кузовом, защищающим машинное отделение и локомотивную бригаду от окружающей среды. Кузова этого типа имеют два конструктивных варианта: вагонный и капотный. В первом варианте боковые стенки размещены с учётом максимального использования ширины габарита подвижного состава, что позволяет бригаде обслуживать силовые агрегаты без выхода из кузова. Такими кузовами оборудованы тепловозы 2ТЭ116, ТЭП60, М62 и др. Во втором варианте боковые стенки и крыша закрывают лишь силовые агрегаты и кабину машиниста. Такие кузова применяются преимущественно на маневровых тепловозах, в частности на тепловозах типов ТЭМ, ЧМЭ и ТГМ.

В цельнонесущем, цельносварном кузове жёсткая связь элементов рамы с боковыми стенками, верхним поясом и кабинами обеспечивает совместную работу всех элементов конструкции при восприятии всех внешних нагрузок. Цельнонесущими кузовами оборудованы магистральные тепловозы ТЭ10, ТЭП60, 2ТЭ116.

Основным достоинством цельнонесущих кузовов является высокая жёсткость и небольшая масса их конструкции. Так, если вес погонного метра кузова с несущей рамой составляет 1,1…1,25 тс, то вес погонного метра несущего кузова 0,86…1,0 тс.

На тепловозе ТЭП60 установлен несущий кузов ферменной конструкции. Для сравнения взяты тепловозы ТЭ3, имеющие несущую раму, и ТЭП60, имеющие несущий кузов. Несмотря на то, что длина тепловоза ТЭП60 значительно больше, общий вес несущего кузова значительно меньше у ТЭП60. Вес погонного метра несущего кузова меньше на 20…25%, чем у кузова с несущей рамой. Это объясняется тем, что у несущих кузовов часть металла вложена в боковые стенки и в верхнюю часть, что характеризуется высоким отношением массы кузова к раме. У несущих кузовов это отношение приближается к единице, у кузова с несущими рамами не более 0,4…0,6.

На Коломенском тепловозостроительном заводе нижнюю часть рамы, каркасы боковых стенок, кабин и крыши изготовляют отдельно. Затем в большом кантователе все части несущего кузова сваривают между собой. После этого несущий кузов поступает на участок обшивки листовой сталь, а боковые фермы ­ алюминиевыми листами толщиной 3 мм. В таком виде несущий кузов поступает в тепловозосборочный цех.

Все элементы несущего кузова, в том числе рама в отдельности, являются весьма гибкими и при подъёме краном сильно деформируются. Однако после сварки вся система становится очень жёсткой и устойчивой.

 

 

Рисунок 4.1 Каркас кузова: 1 – каркас холодильника; 2 – каркас боковой стенки; 3 – каркас углов крыши; 4 – каркас кабины

 

На тепловозе ТЭП60 главными элементами рамы, воспринимающими горизонтальные и вертикальные усилия, являются две продольные трубы диаметром 194 мм. и толщиной стенки 6 мм., расположенные на расстоянии 594 мм. друг от друга.

По наружному контуру рама обнесена балками коробчатого сечения высотой 250 мм, шириной 66 мм, толщиной стенок 6 мм. Эти балки скрепляют между собой все стыкующиеся с ними поперечные элементы рамы и служат основанием для приварки боковых стенок кузова.

В поперечном направлении продольные трубы и обносная балка связаны двумя стяжными ящиками, расположенными по торцам рамы, и четырьмя балками. В стяжных ящиках находятся автосцепки СА-3 с поглощающими аппаратами пассажирского типа ЦНИИ-Н6, обеспечивающими безударный подход тепловоза к поезду.

Концы рамы для размещения автосцепок, а также воспринятия горизонтальных сил выполнены более высокими в два этажа и с большим количеством вертикальных и горизонтальных полок толщиной от 4 до 10 мм.

Для лучшей передачи сил между стяжными ящиками и первыми шкворневыми балками вварена третья труба, расположенная между двумя продольными.

Рама заканчивается путеочистителями, нижняя часть которых выполнена из труб и может регулироваться по высоте, выдерживая установленное расстояние нижней трубы от головки рельса.

 

 

Рисунок 4.2 Рама несущего кузова: 1 – топливный бак; 2 – опорная часть под дизель-генератор; 3 – постамент для тормозного компрессора; 4 – опоры под шкворень; 5 – стяжной ящик.

 

Расчёт длины локомотива

 

Для локомотивов мощностью свыше 2900 кВт расчет длины по осям автосцепок:

 

                                (4.1)

 

 мм.

 

Максимальная длина локомотива может быть до 24 метров при ограничении длины ремонтных стойл и обеспечения прохождения кривых двумя локомотивами, которые двигаются навстречу друг к другу (при условии геометрического вписывания).

Минимальная допустимая длина локомотива:

 

                                               (4.2)

 

где  – граничная нагрузка на единицу пути,  кН/м.

 

м.

 

Минимальная допустимая длина локомотива не превышает общую, условие соблюдается.

Предварительная база локомотива:

 

                                              (4.3)

 

где  – числовой коэффициент, для локомотивов длинной более 20 м., .

 

 мм.

 

 

Рисунок 4.3 Основные геометрические размеры экипажной части ТЭП60

 

Для исключения больших ошибок при выборе линейных размеров L_л, L_б, принимаем длину прототипа, чтобы избежать ошибок при проведении последующих расчетов. Таким образом  мм;   мм.

 

Выбор типа и базы тележки

 

Тележки тепловозов являются их ходовыми частями. Они передают вертикальные нагрузки от веса кузова, и рамы тепловоза с установленным на ней силовым, и вспомогательным оборудованием на рельсы, создают во взаимодействии с рельсами тяговые и тормозные силы, направляют движение тепловоза в рельсовой колее, передавая на раму тепловоза поперечные усилия от рельсового пути.

В современных локомотивах наибольшее распространение получили тележечные экипажи. Это объясняется рядом их преимуществ. Прежде всего меньшие затраты на постройку и ремонт локомотивов, а также возможность применения агрегатных методов ремонта.

Тележки локомотивов различаются по числу осей, типу рам, конструкции рессорного подвешивания, способу подвешивания тяговых электродвигателей, конструкции опорно-возвращающих устройств, типу тормозов, конструкции связи колёсных пар с рамой и т.д.

Наибольшее распространение получили двух- и трёхосные тележки. У тепловозов с мощностью дизелей 6000…8000 л.с. встречаются четырёхосные и сдвоенные двухосные тележки.

Нагрузка от кузова на тележку тепловоза передается через двух-опорную систему, в которой используются опоры маятникового типа. Тележка имеет мягкое продольно сбалансированное рессорное подвешивание, бесчелюстные осевые буксы и опорно-рамное подвешивание тяговых электродвигателей. В узлах тележки широко использованы резиновые амортизаторы.

Тележка состоит из следующих основных узлов: главные опоры кузова; боковые опоры кузова; возвращающие аппараты; рама тележки; колесные пары с буксами, узлами эластичной муфты, ведомой шестерней и кожухом тягового редуктора; рессорное подвешивание; подвешивание тягового электродвигателя; тяговый электродвигатель с ведущей шестерней и шестеренчатым насосом; рычажная передача тормоза.

Обе тележки тепловоза одинаковой конструкции.

Основу рамы тележки тепловоза ТЭП60 составляют боковин, связанные двумя шкворневыми балками и концевыми балками. Концевая балка, обращённая в сторону автосцепки, искривлена для удобства смены автосцепки.

В отличие от рамы тележки тепловозов ТЭ10 из листового металла элементы рамы тележки тепловоза ТЭП60 выполнены из штампованных конструкций. Это позволяет при одинаковой прочности достичь некоторого снижения веса по сравнению с рамой из листовой стали. Боковина рамы имеет коробчатое сечение. Обе половины боковины сварены продольным стыковым швом из корытообразных элементов, отштампованных из малоуглеродистой стали толщиной 10 мм. По условиям производства каждая половина изготовляется из трёх штамповок, сваренных встык, под углом 45^о с выполнением контрольных швов. Косые швы, расположенные под углом 45^о к действующим силам, приблизительно равнопрочны целому сечению. Концевые балки также имеют коробчатое сечение и сварены из двух половин корытообразного сечения. Концевые балки с боковинами в последнем варианте рамы соединены сваркой стыковым швом с угловыми отливками коробчатого сечения.

В тепловозах ТЭП60 применена опорно-рамная подвеска тяговых электродвигателей. двигатель опирается в трёх точках на раму тележки. Для этой цели служат кронштейны, к которым крепятся две опоры тяговых двигателей болтами. Противоположные опоры двигателей крепятся к кронштейнам, размещённым на концевых балках и одной шкворневой балке.

 

Рисунок 4.4 Тележка тепловоза ТЭП60