ГОЛОВНОЙ ВАГОН ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Изобретение относится к рельсовому транспорту и может быть использовано для формирования пассажирских составов высокоскоростного железнодорожного транспорта.
Вся история развития железнодорожного транспорта связана со стремлением к повышению рабочих скоростей движения поездов, обеспечению минимального времени нахождения в пути, увеличению использования провозной способности магистралей и повышению комфортабельности пассажиров.
Высокоскоростной наземный транспорт в современном понятии - это железнодорожный транспорт, обеспечивающий движение поездов со скоростью более 200 км/ч.
Из уровня техники известен головной вагон электропоезда типа ЭР2, содержащий кузов и лобовую часть полукруглой формы, имеющую более двух лобовых стекол (см. Цукало П.В. и др. Электропоезда ЭР2 и ЭР2Р. Издательство «Транспорт». Москва. 1986 г., стр.4).
Однако конструкция известного устройства не позволяет развивать значительные скорости из-за большого аэродинамического сопротивления и больших удельных нагрузок на каждую ось.
Наиболее близким аналогом можно считать головной вагон электропоезда, содержащий кузов с окнами и дверями с каждой боковой стороны и лобовую часть с металлической рамой и прожектором, лобовым стеклом, под которым расположены лобовой щит, автосцепка и отбойный щит, при этом лобовое стекло выполнено плоским прямоугольной формы, многослойным и обеспечено внутренним электрообогревом, при этом оно закреплено в металлической раме методом вклеивания и обеспечено стеклоочистителем с подачей омывающей жидкости непосредственно на каждую щетку, боковые части металлической рамы выполнены в виде выступающих относительно лобового стекла овальных ребер, при этом вагон снабжен двумя защитными юбками, расположенными по его бокам на уровне отбойного щита, каждая дверь кузова выполнена прислонно-сдвижной, на крыше кузова установлено N кондиционеров, где N - целое число не большее 10, окна кузова выполнены в виде единой оконной линейки, состоящей из стеклопакетов и черноглянцевых фалып-стекол, которые установлены заподлицо с металлической обшивкой вагона, кузов выполнен с внешней стороны гладким без гофр (см.RU 39553 U1 от 10.08.2004).
Недостатком прототипа, как и в предыдущем случае, является невозможность развития значительных скоростей из-за большого аэродинамического сопротивления и больших удельных нагрузок на каждую ось.
Задачей предлагаемого изобретения является создание головного вагона, позволяющего использовать его в составе высокоскоростных пассажирских железнодорожных транспортных средств.
Технический результат, достигаемый при реализации предлагаемого изобретения, заключается в возможности повышения скоростного режима железнодорожного транспортного средства за счет одновременного снижения аэродинамического сопротивления, снижения массы вагона, более эффективного распределения и размещения подвагонного оборудования, а также за счет повышения эффективности восприятия и передачи тяговых и тормозных усилий.
Указанный технический результат достигается за счет того, что головной вагон высокоскоростного железнодорожного транспортного средства содержит моторные тележки, кузов с окнами и дверями с каждой боковой стороны и лобовую часть, в которой расположена кабина управления. Новым, согласно настоящему изобретению является то, что каждая моторная тележка содержит две моторные колесные пары, каждая из которых оснащена одноступенчатым осевым редуктором и тяговым двигателем, расположенным перпендикулярно продольной оси моторной тележки, для связи тягового двигателя с одноступенчатым осевым редуктором предусмотрена зубчатая муфта с дуговыми зубьями, при этом предлагаемый вагон оснащен крэш-системой, содержащей энергопоглащающие элементы в виде цилиндрических управляемо-деформируемых деталей, с суммарным энергопоглащением верхнего пояса, боковых крэш-элементов и автосцепки не менее 2 МДж, причем кузов представляет собой алюминиевую монококовую конструкцию, в качестве несущих и соединенных с кузовом конструкционных элементов предусмотрены алюминиевые профили и алюминиевые листы, пол кузова разделяет головной вагон на обитаемую и техническую части, последняя из которых предназначена для размещения подвагонного оборудования и закрыта с боков аэродинамической защитной юбкой, лобовая часть выполнена удлиненной, оснащена выпуклым лобовым стеклом и аэродинамической защитной юбкой, имеющей в нижней части, выполняющей роль рельсоочистителя, U или V образное поперечное сечение, а на крыше отсутствует токоприемник, что позволяет разместить воздухозаборник тяговой установки и климатическую установку.
Предлагаемый вагон высокоскоростного железнодорожного транспортного средства предназначен для эксплуатации на железных дорогах с шириной колеи 1520 мм. Двери выполнены автоматическими, наружными, прислонно-сдвижного типа.
В качестве тяговых могут быть установлены асинхронные тяговые двигатели, например, четырехполюсные асинхронные двигатели трехфазного тока с короткозамкнутым ротором, бескорпусным статором и принудительным воздушным охлаждением.
Выполнение лобовой части удлиненной, с выпуклым лобовым стеклом, а также наличие аэродинамических защитных юбок позволяет значительно снизить аэродинамическое сопротивление.
Выполнение моторных тележек с двумя моторными колесными парами, каждая из которых оснащена одноступенчатым осевым редуктором и тяговым двигателем, расположенным перпендикулярно продольной оси моторной тележки, а также осуществление связи тягового двигателя с одноступенчатым осевым редуктором посредством зубчатой муфты с дуговыми зубьями, позволяет значительно повысить эффективность восприятия и передачи тяговых и тормозных усилий, что, в совокупности с применением асинхронных тяговых двигателей, ведет к повышению скоростного режима, увеличению мощности при сокращении потерь, увеличению К.П.Д. и более эффективному распределению и компоновке тягового оборудования, т.е. снижению нагрузки на оси.
'Наличие крэщ-системы позволяет ^повысить*" безопасность вагона высокоскоростного железнодорожного транспортного средства и пассажиров в аварийных ситуациях, что диктуется возросшими скоростями движения.
Выполнение кузова монококовым позволяет увеличить его жесткость, повысить эффективность восприятия и передачи тяговых и тормозных усилий, а выбор в качестве основного материала для изготовления вагона алюминия позволяет значительно снизить массу вагона.
Наличие защитных аэродинамических юбок позволяет надежно защищать подвагонное оборудование и менять его компоновку наиболее оптимальным образом, а также ведет к уменьшению аэродинамического сопротивления, что ведет к повышению скоростного режима.
Перенос токоприемника и, соответственно, тягового трансформатора и тягового преобразователя в другие вагоны позволяет более равномерно и целесообразно распределять тяговое оборудование, т.е. регулировать нагрузку на оси.
Далее предлагаемое изобретение будет раскрыто более подробно, со ссылкой на графические материалы, на которых изображена принципиальная схема предлагаемого вагона высокоскоростного железнодорожного транспортного средства.
Описываемый в рамках данной заявки вагон будет использован в составе высокоскоростного пассажирского железнодорожного транспортного средства с шириной колеи 1520 мм, для удобства использования и обслуживания которого предполагается, что все вагоны будут иметь унифицированное исполнение в соответствии с типом вагона.
Головной вагон 1 высокоскоростного железнодорожного транспортного средства электропоезда образует обтекаемую голову поезда и содержит кузов с окнами 2 и дверями 3 с каждой боковой стороны и лобовую часть, в которой расположена кабина управления.
В качестве несущих и соединенных с кузовом конструкционных элементов используются алюминиевые профили по технологии непрерывного литья и алюминиевые листы.
Кузов представляет собой легкую алюминиевую монококовую конструкцию с применением крупногабаритных прессованных профилей.
Кузов в области боковых стенок, крыши, торцевых стенок и головной части в основном представляет собой наружную оболочку полностью оборудованного вагона высокоскоростного железнодорожного транспортного средства и полностью защищен от коррозии.
Боковые стенки с вертикальными стойками оконных проемов изготавливаются в виде заключенных между слоями наружной и внутренней обшивки сотовых конструкций с усиливающими элементами, крыша - из полых конструкций с встроенными проемами для воздуховодов системы кондиционирования воздуха.
Монококовая конструкция, помимо простоты изготовления и надежности, позволяет увеличить жесткость кузова, повысить эффективность восприятия и передачи тяговых и тормозных усилий.
Алюминиевые материалы позволяют значительно облегчить сборочные и ремонтные процессы, уменьшают массу вагона высокоскоростного железнодорожного транспортного средства и полностью исключают его коррозию.
Пол кузова разделяет головной вагон высокоскоростного железнодорожного транспортного средства на обитаемую и техническую части. Техническая часть предназначена для размещения подвагонного оборудования и закрыта с боков аэродинамической защитной юбкой 4.
Для изготовления настила пола использованы полые экстру дированные профили, укладываемые на продольные балки. С нижней стороны настила имеются направляющие, к которым крепятся модульные блоки подкузовного оборудования.
Аэродинамическая юбка 4 защищает подвагонное оборудование и позволяет менять его компоновку наиболее оптимальным образом. Помимо этого, упомянутая юбка 4 способствует значительному уменьшению аэродинамического сопротивления, что ведет к повышению скоростного режима.
Для. лобовой части головного вагона высокоскоростного железнодорожного транспортного средства было необходимо обеспечить сочетание хороших аэродинамических характеристик, привлекательного внешнего вида и технологичности в изготовлении, для чего лобовая часть выполнена удлиненной, оснащена выпуклым лобовым стеклом 5 и аэродинамической защитной юбкой 6.
Для повышения способности восприятия ударных нагрузок при столкновении в конструкцию лобовых частей включена крэш-система, содержащая энергопоглащающие элементы в виде цилиндрических управляемо-деформируемых деталей, с суммарным энергопоглащением верхнего пояса, боковых крэш-элементов и автосцепки не менее 2 МДж.
Наличие крэш-системы обусловлено требованиями техники безопасности и технического регламента «О безопасности инфраструктуры и подвижного состава высокоскоростного железнодорожного транспорта», при этом предлагаемый способ ее реализации! и высокое энергопоглащение предлагаемой крэш-системы позволяют использовать ее на головных вагонах в составах высокоскоростных железнодорожных транспортных средств, движущихся со скоростями, значительно превышающими 200 км/ч.
Аэродинамическая защитная юбка 6, помимо функции уменьшения сопротивления потоку набегающего воздуха, выполняет, также, роль рельсоочистителя, для чего ее нижняя часть имеет U или V образное поперечное сечение.
Тележки оснащены системой активного в поперечном направлении рессорного подвешивания. Эта система обеспечивает центрирование положения кузова относительно тележек даже при прохождении кривых с высоким поперечным ускорением, что повышает уровень комфорта для пассажиров. Для этого на каждой тележке установлены два расположенных по диагонали демпфера, перемещающих кузов в поперечном направлении.
Для уменьшения аэродинамического сопротивления, а также для повышения уровня комфорта двери 3 выполнены автоматическими, наружными, прислонно-сдвижного типа.
Поскольку в головном вагоне высокоскоростного железнодорожного транспортного средства, не смотря на то, что он является моторным, отсутствует токоприемник, на крыше размещены воздухозаборник 7 тяговой установки и климатическая установка 8, установленные в аэродинамических корпусах.
Головной вагон высокоскоростного железнодорожного транспортного средства опирается на две моторные тележки 9.
Каждая моторная тележка 9 содержит две моторные колесные пары.
Каждая моторная колесная пара содержит ось, одноступенчатый осевой редуктор, два напрессованных на ось колеса, каждое из которых имеет на дисковой части два тормозных диска и два буксовых узла, каждый из которых оснащается температурным датчиком.
Каждая моторная колесная пара связана с одноступенчатым осевым редуктором и тяговым двигателем, расположенным перпендикулярно продольной оси моторной тележки. Для связи упомянутого редуктора с тяговым двигателем предусмотрена зубчатая муфта с дуговыми зубьями.
Предложенное техническое решение позволяет повысить эффективность передачи крутящего момента за счет повышения К.П.Д. зубчатой передачи и уменьшения потерь на трение.
В качестве тяговых двигателей могут быть использованы асинхронные двигатели, например, четырехполюсные асинхронные двигатели трехфазного тока с короткозамкнутым ротором, бескорпусным статором и принудительным воздушным охлаждением, что позволит повысить К.П.Д. и мощность тягового привода и снизить его потери.
Таким образом, предлагаемые конструкция и компоновка заявляемого головного вагона позволяют использовать его в составах высокоскоростных пассажирских железнодорожных транспортных средств за счет одновременного снижения аэродинамического сопротивления, снижения массы вагона, возможности более эффективного распределения и размещения подвагонного оборудования, а также за счет повышения эффективности восприятия и передачи тяговых и тормозных усилий.