АВТОМОТРИСА ДЛЯ ПАССАЖИРСКИХ ПЕРЕВОЗОК
PASSENGER RAILCAR

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к автомотрисе для пассажирских перевозок, в частности к автомотрисе, предназначенной для скоростных магистралей или внутригородских перевозок.
Уровень техники
Конструкция поезда или автомотрисы зависит от того, обеспечивается ли тяга концентрированной или распределенной силовой установкой, имеют ли вагоны сочлененную конструкцию или нет, от расположения и числа ведущих и несущих колесных тележек, и являются ли вагоны одноуровневыми или двухуровневыми.
Характеристики таких транспортных средств связаны с их конструкцией, поэтому конструкторы должны проектировать транспортное средство на заданный диапазон скоростей и пассажирскую нагрузку.
Для большей ясности далее приведены определения понятий.
Поезд или автомотриса
Автомотриса содержит по меньшей мере один моторный вагон, т.е. один вагон, содержащий по меньшей мере один пассажирский отсек и по меньшей мере одну тяговую цепь. Таким образом, автомотриса может содержать или только моторные вагоны, или немоторные вагоны и по меньшей мере один моторный вагон.
Поезд содержит один или несколько локомотивов и определенное число пассажирских вагонов. В локомотив нет доступа пассажирам, а среди прочего оборудования имеется тяговая цепь.
Концентрированная или распределенная силовая установка
Тяговая цепь содержит несколько видов оборудования в виде электрических либо электронных компонентов для управления и передачи мощности, обеспечивающих возможность отбора электрической энергии от источника тяги (например, контактного провода), ее трансформации и преобразования в электрические сигналы питания электрических приводов ведущих колесных тележек для обеспечения приведения в движение поезда или автомотрисы.
Силовую установку называют концентрированной, если все компоненты тяговых цепей сгруппированы в одном месте, например в локомотиве поезда. Силовую установку называют распределенной, если компоненты тяговой цепи распределены в нескольких вагонах под рамой вагонов или на крыше.
Сочлененные или несочлененные вагоны
Классически колесная тележка содержит шасси, опирающееся на две оси. Под осью в основном следует понимать пару соосных колес, опирающихся на рельсы железнодорожного пути.
Ведущая колесная тележка содержит по меньшей мере один электрический двигатель привода колес по меньшей мере на одной из этих осей, называемой ведущей осью. Соответственно, не содержащая привода колесная тележка называется несущей тележкой.
Два соседних вагона называют «сочлененными» (или шарнирно-сочлененными), когда первый вагон опирается одним из своих концов на тележку, а находящийся напротив конец второго вагона опирается на конец первого. Таким образом, тележка находится на стыке концов двух смежных вагонов, т.е. автомотриса, состоящая из двух сочлененных вагонов, содержит три тележки, т.к. каждый из свободных концов двух вагонов опирается на соответствующую тележку, а смежные концы этих двух вагонов опираются на одну и ту же тележку.
Соответственно, два соседних несочлененных вагона не опираются каждым из своих концов на общую тележку, и каждый вагон опирается на две тележки. Таким образом, автомотриса, состоящая из двух несочлененных вагонов, содержит четыре тележки.
Известны одноуровневые поезда с несочлененными вагонами и силовой установкой, сконцентрированной в одном или двух локомотивах.
Недостатком такой конструкции является большое количество тележек, что увеличивает сопротивление движению и, следовательно, расход энергии. Большое число тележек требует также большого количества операций по обслуживанию.
Кроме того, все железнодорожные транспортные средства должны отвечать требованиям нагрузки на ось, значение которой зависит от строения путей, по которым движутся эти транспортные средства, или определено нормами, применяемыми для этих путей.
Одноуровневый или двухуровневый вагон
Вагон называют одноуровневым, когда он содержит пассажирский отсек только на одном уровне пола, и его называют двухуровневым, когда он содержит два пассажирских отсека на двух уровнях, находящихся один над другим.
Существуют также одноуровневые скоростные автомотрисы с несочлененными вагонами и с распределенной силовой установкой, с разными вариантами распределения тягового оборудования в вагонах, разным расположением ведущих тележек или ведущих осей в зависимости от конструкции вагона или автомотрисы. Эти автомотрисы содержат несколько моторных вагонов, каждый из которых установлен на двух тележках.
Этот тип силовой установки требует большой массы силовых кабелей, необходимых для прокладки соединений от токоприемника или токоприемников отбора энергии до приводов, которые проходят через каждое устройство тягового оборудования, причем эти кабели проходят между всеми вагонами, оборудованными либо токоприемником, либо оборудованием тяговых цепей, либо ведущей колесной тележкой.
Существуют также одноуровневые или двухуровневые поезда со «смешанным» соединением вагонов и с концентрированной силовой установкой. Пассажирские вагоны опираются на несущие тележки и расположены между двумя локомотивами, находящимися на каждом конце подвижного состава и опирающимися на ведущие тележки. Соединения вагонов этого поезда называют «смешанными», так как вагоны и локомотивы соединены разными типами соединения. Вагоны соединены между собой сочлененным соединением, и вагоны соединены с локомотивами несочлененным соединением.
Такая конструкция характеризуется меньшей пассажирской нагрузкой по сравнению с автомотрисой такой же длины, так как локомотивы не могут перевозить пассажиров.
Задачей изобретения состоит в устранении вышеуказанных недостатков.
Поставленная задача решается тем, что автомотриса для перевозки пассажиров, являющаяся, по меньшей мере частично, двухуровневой, с концентрированной силовой установкой содержит последовательно расположенные:
- первый ведущий вагон, затем по меньшей мере один промежуточный вагон;
- блок, содержащий по меньшей мере один двухуровневый по меньшей мере частично моторный вагон;
- по меньшей мере один промежуточный вагон и второй ведущий вагон;
при этом все смежные концы указанных двухуровневых вагонов указанного блока, указанных ведущих вагонов и указанных промежуточных вагонов являются несочлененными.
Автомотриса характеризуется одним или несколькими следующими признаками, рассматриваемыми во всех технически возможных комбинациях:
- конец указанных промежуточных вагонов, непосредственно смежных с указанными двухуровневыми вагонами указанного блока, содержит по меньшей мере одну моторную ось;
- все вагоны являются двухуровневыми, или вагоны, отличные от двухуровневых, являются одноуровневыми.
Раскрытие изобретения
Автомотриса для перевозки пассажиров в соответствии с настоящим изобретением, по меньшей мере частично, является двухуровневой и содержит концентрированную силовую установку. Она содержит последовательно расположенные первый ведущий вагон 2, по меньшей мере один промежуточный вагон 3, по меньшей мере один двухуровневый, по меньшей мере частично, моторный вагон 4, образующий блок Е, а затем - по меньшей мере один промежуточный вагон 3 и второй ведущий вагон 2. Силовая система сконцентрирована в двух вагонах 4.
Все смежные концы двухуровневых вагонов 4 указанного блока Е, ведущих вагонов 2 и промежуточных вагонов 3 являются несочлененными. Таким образом, автомотриса в соответствии с настоящим изобретением не содержит сочлененных соединений между вагонами.
Двухуровневые вагоны 4 блока Е и смежные с ними промежуточные вагоны 3а содержат по меньшей мере одну моторную ось.
Все ведущие вагоны 2, промежуточные вагоны 3 и концы промежуточных вагонов 3а, противоположные концам двухуровневых вагонов 4 блока Е автомотрисы, не являются сочлененными между собой. Таким образом, под каждым концом каждого вагона находится одна тележка.
Автомотриса содержит от двух до четырех тяговых цепей, при этом по меньшей мере одна тяговая цепь находится в каждом двухуровневом вагоне 4 блока Е. По этой причине двухуровневые вагоны 4 блока Е в дальнейшем будут называться моторными вагонами. Таким образом, автомотриса имеет концентрированную силовую установку, при этом концентрация касается одного-двух вагонов, независимо от того, имеются ли две или четыре тяговых цепи. Промежуточные вагоны 3а, непосредственно примыкающие к двухуровневым вагонам 4 блока Е, содержат, по меньшей мере частично, моторную тележку, находящуюся на свободном конце этих промежуточных вагонов 3а.
Каждый двухуровневый вагон 4, содержащий тяговую цепь, опирается двумя своими концами либо на ведущую тележку и на несущую тележку, либо на две ведущие тележки.
По обе стороны от двухуровневых вагонов 4 блока Е и промежуточных вагонов 3а, непосредственно примыкающих к двухуровневым вагонам 4 блока Е, автомотриса содержит по меньшей мере один одноуровневый или двухуровневый промежуточный вагон, не содержащий тяговой цепи, и одноуровневый или двухуровневый ведущий вагон, тоже не содержащий тяговой цепи. Поскольку эти промежуточные вагоны не содержат тяговой цепи, их называют прицепными вагонами.
Таким образом, прицепные вагоны установлены своими концами на несущие тележки.
Автомотриса в соответствии с настоящим изобретением соблюдает правило чередования блоков немоторных вагонов и блоков моторных вагонов и правило чередования ведущих тележек и несущих тележек, чтобы соблюдать максимальную нагрузку на ось.
Нагрузка на ось автомотрисы в соответствии с настоящим изобретением остается ниже максимально допустимой нагрузки, так как:
- каждый вагон автомотрисы опирается на две соответствующие тележки, что позволяет оптимально распределить нагрузку, действующую на оси, поскольку вагон содержит большое число осей (по четыре оси на вагон);
- прицепные вагоны, тоже не содержащие тяговой цепи, имеют меньший вес без нагрузки, чем моторные вагоны;
- двухуровневые моторные вагоны перевозят пассажиров и содержат оборудование, по меньшей мере, одной тяговой цепи. При этом каждая из соответствующих ведущих тележек на каждом конце моторного двухуровневого вагона несет половину массы моторного вагона.
Уравновешивание масс на каждой несущей и ведущей тележках получают также путем оптимизации распределения различных тяговых или вспомогательных устройств автомотрисы и за счет внутренней компоновки вагонов, зависящей от требуемого уровня комфорта (тип и число кресел, которые различаются в зависимости от класса вагона).
Внутренняя компоновка моторных двухуровневых вагонов 4 зависит, в частности, от массы тяговой цепи или тяговых цепей, которые, в свою очередь, зависят от требуемых характеристик автомотрисы (тяга с комбинированным напряжением, максимальная скорость и т.д.).
Согласно настоящему изобретению, если масса установленных тяговых устройств большая, внутренняя компоновка несочлененного моторного двухуровневого вагона не будет нуждаться в облегчении, а будет представлять собой вагон-ресторан, имеющий меньшую пассажирскую и сервисную нагрузку по сравнению с прицепными вагонами.
Каждая тяговая цепь приводит в действие по меньшей мере одну ведущую ось или ведущие тележки, находящиеся под одним или под двумя концами двухуровневых вагонов 4, в которых расположены одна или несколько тяговых цепей. Таким образом, автомотриса может содержать от трех до двенадцати ведущих осей в силу того, что каждый частично моторный промежуточный вагон опирается на ведущую тележку, которая содержит одну или две ведущих оси.
Преимуществом полностью несочлененной автомотрисы в соответствии с настоящим изобретением является возможность распределения нагрузок на большее количество осей по сравнению с полностью или частично сочлененным поездом. Кроме того, сокращаются также операции технического обслуживания за счет концентрации тяговых цепей в двух вагонах. Такое транспортное средство может перевозить больше пассажиров, так как вся длина транспортного средства используется для перевозки пассажиров.
Преимуществом несочлененной конструкции является также разделение функций управления и поглощения энергии, которые осуществляются в ведущем вагоне, и тяговой функции, которая согласно изобретению осуществляется в двухуровневых вагонах. Как следствие, улучшается управление и распределение масс.
Преимуществом концентрации тяговых цепей в моторных двухуровневых вагонах является лучшая защита и борьба с возгораниями за счет физического разделения тяговых цепей между собой и физического разделения между тяговыми цепями и пассажирскими отсеками.
Краткое описание чертежей
Изобретение и его преимущества будут более понятны из нижеследующего описания, представленного исключительно в качестве примера со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг.1-5 схематично показана автомотриса в соответствии с настоящим изобретением согласно нескольким вариантам выполнения, вид сбоку;
на фиг.6 и 7 схематично показаны различные варианты положения ведущих или несущих осей и положения тяговых цепей.
На чертежах колеса ведущих осей условно показаны затемненными.
Варианты осуществления изобретения
Первый вариант
Как показано на фиг.1, автомотриса А содержит четыре прицепных вагона 3, два промежуточных вагона 3а и моторный двухуровневый вагон 4, расположенные между двумя ведущими вагонами 2.
Первый ведущий вагон 2 находится на первом конце автомотрисы А (начиная слева на фиг.1). Он содержит свободный конец, где находится кабина 9 машиниста, и опирается на несущую тележку 7, состоящую из двух несущих осей. Противоположный конец ведущего вагона 2 является смежным с первым прицепным вагоном 3. Два находящихся против друг друга конца вагонов 2 и 3 опираются на несущую тележку 7, состоящую из двух несущих осей.
Первый прицеп 3 является смежным с первым промежуточным вагоном 3а. Два находящихся против друг друга конца вагонов 3 и 3а опираются на соответствующую несущую тележку 7, состоящую из двух несущих осей.
Ни первый ведущий вагон 2, ни первый прицепной вагон 3 не содержат тяговой цепи 8.
Первый промежуточный вагон 3а находится в несочлененном соединении с первым моторным двухуровневым вагоном 4, находящимся в этом варианте выполнения автомотрисы на четвертой позиции, начиная слева. На этом несочлененном конце промежуточный вагон 3а содержит тележку, по меньшей мере одна ось которой является моторной.
В несочлененном соединении первый моторный двухуровневый вагон 4 является смежным со вторым моторным двухуровневым вагоном 4. Таким образом, каждый из этих двух моторных двухуровневых вагонов 4 имеют на каждом из своих концов соответствующую моторную тележку. Две тяговые цепи 8 расположены под пассажирским отсеком 10 и/или под зоной 11 обслуживания и питают приводы ведущих тележек, каждая из которых состоит из двух ведущих осей и которые расположены на каждом конце моторных двухуровневых вагонов 4.
Второй промежуточный вагон 3а находится в несочлененном соединении со вторым моторным двухуровневым вагоном 4 и в несочлененном соединении со вторым прицепным вагоном 3.
Второй прицепной вагон 3 и два следующих прицепных вагона 3 тоже являются несочлененными и опираются на несущие тележки 7. Второй ведущий вагон 2 идентичен первому.
Все вагоны 2, 3 и 3а автомотрисы А являются либо одноуровневыми, либо двухуровневыми.
Промежуточные вагоны 3а могут содержать вспомогательные электрические устройства 13.
Все вагоны 2, 3, 4 автомотрисы А содержат пассажирский отсек 10. Каждый из вагонов 2, 3, 4 сообщается со смежным вагоном или с каждым смежным вагоном через межвагонный проход (не показан). Поскольку транспортное средство является несочлененным, автомотриса А, показанная на фиг.1 (или 2), содержит двадцать тележек: четыре моторные тележки 6, четырнадцать несущих тележек 7 и две частично моторные тележки, при длине около 200 м. В этом варианте выполнения все оси ведущих тележек двухуровневых вагонов 4 являются моторными. Такая автомотриса может перевозить порядка 550 пассажиров в зависимости от внутренней компоновки на эксплуатационной скорости свыше 350 км/час.
Чтобы сохранить длину пассажирского отсека, тяговую цепь или тяговые цепи 8 в каждом из моторных двухуровневых вагонов 4 располагают под полом пассажирского отсека 10 или зоны 11 ресторана. На фиг.1 схематично показано расположение тяговых цепей 8 по всей длине пассажирских отсеков 10 и зон ресторанов двухуровневых вагонов 4, однако в зависимости от действительных габаритов различных составляющих тяговой цепи 8, эти цепи можно располагать полностью или только частично под полом пассажирских отсеков 10 или зон ресторанов.
Каждый из промежуточных вагонов 3а оборудован токоприемником 12 для отбора электрической энергии на контактной линии (не показана).
Кабель высокого напряжения (не показан) обеспечивает подачу электрической энергии, отбираемой каждым токоприемником 12, в тяговую цепь 8, находящуюся в моторном двухуровневом вагоне 4. Обычно эти кабели проложены, например, в крыше.
Концентрация тяговых цепей 8 и ведущих тележек 6 в очень ограниченном числе вагонов позволяет снизить массу необходимых кабелей, поскольку между промежуточными вагонами 3а и тяговой цепью 8 моторных двухуровневых вагонов 4 проложены только кабели высокого напряжения. Как следствие, эти кабели имеют меньшую массу, чем силовые кабели конструкций известных автомотрис. Упрощается также прокладка кабелей.
Версии первого варианта осуществления
На фиг.2 показана автомотриса А с таким же числом вагонов, что и в предыдущем варианте, но в которой промежуточные вагоны 3а и моторные двухуровневые вагоны 4 расположены смежно с первым ведущим вагоном 2.
На фиг.3 показана автомотриса В с меньшим числом вагонов, в которой между промежуточными вагонами 3а находится только один моторный двухуровневый вагон 4.
Понятно, что согласно другим, не показанным вариантам выполнения, промежуточные вагоны 3а и моторные двухуровневые вагоны 4 расположены смежно в соответствии с настоящим изобретением, как показано на чертежах, а внутри автомотрисы их местонахождение может быть любым.
Второй вариант
Для автомотрисы, более короткой, чем автомотриса, описанная в первом варианте, или движущаяся на меньших скоростях и, следовательно, содержащая меньшее число тяговых цепей или тяговые цепи с меньшей массой, предпочтительно либо уменьшить число ведущих тележек, сохраняя при этом общее число тележек, либо исключить некоторые ведущие тележки.
Таким образом, в варианте осуществления, показанном на фиг.4 и 5, на которых сохранены обозначения элементов, аналогичных элементам, показанным на фиг.1, автомотриса С отличается от автомотрисы предыдущих вариантов тем, что двухуровневые вагоны 4, образующие блок Е, содержат меньшее число ведущих тележек. В данном случае каждый двухуровневый вагон 4 опирается на ведущую тележку 6 и на несущую тележку 7, находящиеся на его концах. Предпочтительно ведущие тележки расположены на концах, смежных с промежуточными вагонами 3а.
Поскольку транспортное средство является несочлененным, автомотриса С, показанная на фиг.4 (или 5), содержит двадцать тележек, в том числе две моторные тележки 6, четырнадцать несущих тележек 7 и две частично моторные тележки, при общей длине 200 м. В этом варианте выполнения только две тележки двухуровневых вагонов 4 являются моторными. Такая автомотриса может перевозить около 550 пассажиров в зависимости от внутренней компоновки на эксплуатационной скорости свыше 250 км/час.
Версии различных вариантов осуществления
Как было указано в первом варианте выполнения, в каждом из других вариантов выполнения и в предыдущих версиях, промежуточные вагоны 3а могут содержать вспомогательные электрические устройства 13.
На фиг.6 и 7 в упрощенном виде показаны возможные конфигурации ведущих тележек 6 и несущих тележек 7 автомотрисы согласно разным вариантам выполнения, представленным в качестве примеров. На чертежах показаны и обозначены цифровыми позициями только промежуточные вагоны 3а, моторные двухуровневые вагоны 4, тяговые цепи 8, ведущие тележки 6, несущие тележки 7 и токоприемники 12.
На фиг.6 и 7 показаны также возможные комбинации тяговых цепей 8, ведущих тележек 6, несущих тележек 7 и токоприемников 12 для каждого из вариантов выполнения с моторными двухуровневыми вагонами 4, каждый из которых имеет соответствующую тележку на каждом из своих концов.
Таким образом, автомотриса, выполненная в соответствии с настоящим изобретением, является полностью модулируемой в зависимости от количества перевозимых пассажиров и скорости, т.к. она может содержать, например, от семи до одиннадцати вагонов, от трех до четырех тяговых цепей 8, от шести до двенадцати ведущих осей 5, распределенных по трем-шести ведущим тележкам 6, и может развивать максимальную скорость от 140 до 350 км/час.
Эта модульность достигнута за счет упрощения типов вагонов (ведущие вагоны 2, прицепы 3 и моторные вагоны 4) с соблюдением правила чередования прицепных вагонов и вагонов, содержащих тяговую цепь 8, и правила чередования ведущих и несущих тележек для соблюдения максимальной нагрузки на ось.