Выбор конструкции кузова

/ Тепловозы ТЭП60 и 2ТЭП60 / Выбор конструкции кузова

Повышение скорости следования пассажирских поездов вызывает необходимость значительного увеличения мощности силовых установок. Элементарные подсчеты показывают, что для повышения скорости пассажирского поезда весом 1000 т на каждые 10 км/ч свыше 100 км/ч необходимо увеличить мощность силовой установки на 800- 1000 л. с. Поэтому основное направление в локомотивостроении - неизбежное увеличение секционной мощности тяговых единиц.

Увеличение секционной мощности оказывает значительное статическое и динамическое воздействия на ходовые части и главную раму с кузовом тепловоза. Все это требует усиления и, следовательно, утяжеления экипажной части. Одновременно увеличиваются габариты и вес силовой установки с вспомогательным оборудованием и электропередачи.

Возникает необходимость искать таких путей развития конструкции главной рамы с кузовом, которые обеспечили бы высокую прочность и устойчивость их при минимальном весе. Вес главной рамы с кузовом колеблется от 20 до 25% общего веса металла тепловоза. Отсюда следует, что рама с кузовом весьма металлоемки и что выбор их рациональной конструкции является важной и нелегкой задачей.

Современные конструкции рамы и кузова выполняют в двух вариантах. Первый вариант - несущая главная рама, второй - несущий кузов.

На тепловозах ранних выпусков применялась несущая главная рама. Главная рама воспринимает вес всего оборудования, расположенного на ней, передает силу тяги поезду, а также воспринимает динамические и ударные нагрузки. Кузов же не воспринимает никаких сил и по существу является крышей и кожухом, которые защищают оборудование от атмосферных воздействий.

В такой конструкции главная рама оказывается очень громоздкой и тяжелой, конструктивная форма ее весьма невыгодной и неэкономичной с точки зрения разумного взаимного расположения ее силовых, несущих элементов, оптимального выбора размеров и веса металла. Все агрегаты при сборке тепловоза устанавливают на открытую раму, после чего устанавливают элементы кузова - боковые стенки и крышу. Иными словами, боковые стенки кузова лишены возможности воспринимать статическую нагрузку после того, как она взята на себя главной несущей рамой.

За последнее десятилетие в локомотиво- и вагоностроении находит широкое применение конструкция сварного несущего кузова. В этой конструкции достигается органическое соединение главной рамы с топливным баком и кузовом. Получается единая пространственная довольно прочная и устойчивая система, хорошо воспринимающая вертикальные, продольные и даже эксцентрично приложенные статические и динамические нагрузки. При этом достигается значительное снижение веса против несущей главной рамы, выполненной, например, на тепловозе ТЭЗ.

Прогиб несущего кузова в месте приложения наибольших статических нагрузок (под силовой установкой) не превышает 3-5 мм.

Несущий кузов как единую конструкцию компонуют из двух силовых частей: нижняя часть - рама, заменяющая собой несущую главную раму, но более легкая и, следовательно, менее металлоемкая. Она состоит из гнутых продольных балок, расположенных в средней части или по бокам, соединенных между собой поперечными балками, по концам переходящими в стяжные ящики с упряжными приборами. В большинстве конструкций раму выполняют вместе с топливным баком, что ужесточает ее как раз в зоне, воспринимающей вес силовой установки тепловоза.

Верхняя часть несущего кузова состоит из каркасов боковых стенок, крыш и кабин. Все эти силовые элементы, сваренные между собой, и образуют несущий кузов.

На ряде кузовов боковые стенки выполнены в виде ферм с диагональными стержнями и вертикальными стойками, хорошо воспринимающими усилия, действующие на несущий кузов, включая моменты, скручивающие его.

Боковые фермы снаружи обшивают тонкими стальными листами толщиной не более 1,5 мм. Эта обшивка может выполняться из алюминия или пластмассы.

Такой несущий кузов можно назвать кузовом ферменной или раскосной конструкции.

Несущий кузов может иметь боковые стенки, состоящие из вертикальных и продольных звеньев, обшитых снаружи более толстыми стальными листами. В этой конструкции работают не только звенья, но и обшивка. Листы обшивки достигают толщины 3-4 мм. Такой несущий кузов можно назвать решетчатой, или безраскосной, конструкцией.

На тепловозе ТЭП60 установлен несущий кузов ферменной конструкции. В табл. 24 приведены данные, дающие представление о весе несущего кузова, с более целесообразным использованием металла. Для сравнения взяты тепловозы ТЭЗ, имеющие несущую раму, и ТЭП60, имеющие несущий кузов. Несмотря на то, что длина тепловоза ТЭП60 значительно больше длины тепловоза ТЭЗ, общий вес несущего кузова значительно меньше у ТЭП60. Вес погонного метра несущего кузова меньше на 20-25%, чем у кузова с несущей рамой. Испытания на стенде натурных кузовов показали, что несущие кузова прочнее и устойчивее, с меньшими фактическими напряжениями в рабочих звеньях по сравнению с кузовами, имеющими несущие

Таблица 24

главные рамы. 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 кузовов 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 сталью, 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 подъеме краном сильно деформируются. Однако после сварки вся система становится очень жесткой и устойчивой.

Оборудование тепловоза, включая дизель-генератор, устанавливают в кузов в сборочном цехе через большой люк в крыше. Причем сборка происходит без тележек: кузов устанавливают на четырех домкратах, поддерживающих его в точках зачаливания при подъеме кузова краном, и после окончания основных сборочных работ опускают на тележки.

Несущий кузов тепловоза ТЭП60-0004 в 1961 г. прошел статические испытания на заводском стенде, а в 1962 г. этот тепловоз был передан Всесоюзному научно-исследовательскому институту железнодорожного транспорта для проведения прочностных испытаний, в том числе и кузова.

На экспериментальном кольце ЦНИИ МПС ходовые испытания проводились при максимальной силе тяги до скорости 100 км/ч, на линии - до скорости 168 км/ч. Испытания на удар проведены на экспериментальном кольце ЦНИИ силой 150-200 тс; была зарегистрирована сила, равная 258 тс.

Прочностные испытания тепловоза подтвердили выводы, сделанные на основании статических испытаний, и выявили дополнительные слабые узлы, которые завод незамедлительно усилил.

Испытания электрооборудования при обкатке тепловоза | Тепловозы ТЭП60 и 2ТЭП60 | Рама несущего кузова