Подвижной состав. Локомотивное и вагонное хозяйство

Подвижной состав железных дорог делится на две крупные части: тяговый подвижной состав и вагоны. Вагон — это единица подвижного состава, не имеющая тягового двигателя; движение поездов осуществляется с помощью тягового подвижного состава, к которому относятся локомотивы и моторвагонный подвижной состав.

Общее требование к подвижному составу установлено Правилами технической эксплуатации: подвижной состав, в том числе специальный самоходный, должен своевременно проходить планово-предупредительные виды ремонта и техническое обслуживание и содержаться в исправном состоянии, обеспечивающем его бесперебойную работу и безопасность движения.

Локомотивы делятся на автономные и неавтономные. Автономные имеют на себе источник энергии: это паровозы, тепловозы, газотурбовозы и мотовозы. Неавтономные получают энергию извне — это электровозы, питающиеся от контактной сети. Моторвагонный подвижной состав (электропоезда, дизель-поезда, рельсовые автобусы) сочетает в одном составе тяговые (моторные) и не имеющие двигателей (прицепные) вагоны.

Главный технико-экономический показатель любого вида тяги — коэффициент полезного действия (КПД). Он составляет:

• у паровозов — 5–7 %;
• у тепловозов — 29–31 %;
• у электроподвижного состава — 25–32 %; при питании от тепловых электростанций КПД электротяги составляет 25–26 %.

Сравнение видов тяги по эксплуатационным качествам даёт следующие результаты. Паровоз может работать на любом топливе, которое горит, и имеет собственный источник энергии, но его КПД ничтожно мал, а обслуживание трудоёмко. Тепловоз также автономен, имеет существенно более высокий КПД, чем паровоз, но требует дорогого дизельного топлива и сложной передачи. Электровоз имеет наиболее высокий КПД, более низкие, чем у тепловоза, затраты на техническое обслуживание и текущий ремонт, больший срок службы и более простой ремонт, экологически наиболее чист; провозная способность электрифицированных линий выше, чем неэлектрифицированных. Недостаток электрического подвижного состава — большие капитальные вложения в инфраструктуру (контактная сеть, тяговые подстанции), поэтому на дорогах с малой интенсивностью движения затраты окупаются медленно.

Локомотивы классифицируют по нескольким признакам.

По роду работы различают локомотивы грузовые (обладают большей мощностью), пассажирские (обладают более высокой конструкционной скоростью) и маневровые (имеют рациональное сочетание скорости и мощности, рассчитаны на частые трогания с места и работу на малых скоростях). Магистральные локомотивы могут быть также грузопассажирскими.

По количеству секций локомотивы бывают односекционные, двухсекционные и трёхсекционные; по количеству осей — четырёх-, шести- и восьмиосные (существуют и многоосные). Секция — это часть локомотива, имеющая собственный кузов и экипажную часть и работающая в общей системе управления.

Расположение колёсных пар и способ передачи тягового усилия описывает осевая формула. В ней цифра 2 или 3 означает количество осей в тележке, запись вида 2(...) — количество секций, знак «минус» показывает, что тяговое усилие передаётся через раму кузова и тележки между собой не сочленены, а знак «0» — что на каждую колёсную пару работает индивидуальный привод. Например, ВЛ10 имеет осевую характеристику 2(20-20), ВЛ80 — 2(20-20), ВЛ85 — 2(20-20-20), ТЭМ7 — 20+20-20+20.

Обозначение серии локомотива — комбинация букв и цифр. Буквы указывают тип и передачу: ВЛ — электровозы (историческое «Владимир Ленин»), а также ЭП и ЭС — современные электровозы; ТЭ — тепловоз с электрической передачей; ТГ — тепловоз с гидравлической передачей. В буквенное обозначение включают знак рода службы: П — пассажирский, М — маневровый. Цифра после букв соответствует нумерации выпуска (модели).

Отсюда практические примеры, которые нужно знать наизусть:

• ВЛ10 — грузовой электровоз постоянного тока; осевая характеристика 2(20-20), мощность часового режима 5200 кВт, конструкционная скорость 100 км/ч;
• ВЛ80 — двухсекционный восьмиосный грузовой электровоз переменного тока;
• ВЛ85 — двенадцатиосный грузовой электровоз переменного тока (осевая характеристика 2(20-20-20)) мощностью 9700 кВт;
• 2ТЭ116 — двухсекционный грузовой тепловоз с электрической передачей (цифра 2 перед буквами означает число секций);
• ТЭП75 — пассажирский тепловоз с электрической передачей (буква П — пассажирский);
• ТЭМ7 — маневровый тепловоз (буква М — маневровый), сцепная масса 180 т, мощность по дизелю 1470 кВт;
• ЭТ2 — электропоезд; ЭР2, ЭР9П — электропоезда постоянного и переменного тока; ЭР200 — скоростной электропоезд с конструкционной скоростью 200 км/ч.

Электровозы выполняют на постоянном токе, на переменном токе и двойного питания (способные работать в обеих системах тока). Основные производители — Новочеркасский электровозостроительный завод (электровозы), Демиховский и Тверской (Торжокский) вагоностроительные заводы (моторвагонный подвижной состав).

В состав электроподвижного состава входят три части: механическая, пневматическое оборудование и электрическое оборудование. Механическая часть включает кузов, служащий для размещения кабины машиниста, электрических машин и механизмов, и экипаж (ходовые устройства). Основной элемент экипажа — тележка, в которую входят рама, колёсные пары с буксами, рессорное подвешивание (листовые рессоры, пружины, амортизаторы), смягчающее толчки и удары при движении, и тормозное оборудование.

Электрическое оборудование составляют тяговые электродвигатели, вспомогательные электрические машины, аккумуляторные батареи, аппараты управления и аппараты защиты. На электровозах постоянного тока применяют тяговые двигатели последовательного возбуждения, а скорость регулируют изменением напряжения, подаваемого на двигатели, или изменением тока якоря и тока возбуждения; основной аппарат управления — контроллер машиниста. К вспомогательным машинам относятся мотор-вентилятор (охлаждение тяговых двигателей), мотор-компрессор (снабжение сжатым воздухом тормозной системы поезда и пневматики локомотива), мотор-генератор (на электровозах с рекуперативным торможением), генератор тока управления (питание цепей управления, освещение, зарядка батареи) и аккумуляторная батарея как резервный источник питания.

В основе тепловоза два главных агрегата: дизель — первичный двигатель, и передача — устройство, передающее вращение вала дизеля во вращение колёсной пары. Передача бывает электрической, гидравлической и механической. Дизель не может тронуть поезд с места, поэтому между ним и колёсными парами обязательно ставится передача, позволяющая плавно изменять силу тяги.

Электропоезда формируются из моторных, прицепных и прицепных головных вагонов; в обозначениях составности М — моторный, П — прицепной, Пг — прицепной головной, Мг — моторный головной. Например, электропоезд ЭР2 имеет составность 5М+3П+2Пг, мощность часового режима 4000 кВт, конструкционную скорость 130 км/ч, 1050 мест для сидения и длину поезда 201,5 м. Большинство современных электропоездов может работать по системе многих единиц (СМЕ), когда двумя и более составами управляет один машинист.

На высокоскоростном подвижном составе применяют как сосредоточенную (локомотивная тяга, как в TGV), так и распределённую тягу (моторвагонная схема, как в ICE-3, «Синкансэн» и китайских поездах). Кузова собирают из лёгких алюминиевых сплавов так, чтобы нагрузка на ось не превышала 17 тс (реализованный минимум — 9 тс). Головные вагоны делают обтекаемыми: это снижает влияние воздушного сопротивления, доля которого на высоких скоростях достигает 40 %. Количество вагонов в составе — от 7 до 16, мощность — от 6000 до 12000 кВт. Применяются электропневматическое (дисковые тормоза), электромагнитное, вихретоковое, электродинамическое (реостатное и рекуперативное) и аэродинамическое торможение. Например, тормозной путь поезда TGV при торможении со скорости 260 км/ч составляет 3100 м.

Вагонный парк делится на пассажирские и грузовые вагоны, а также вагоны специального назначения.

Грузовые вагоны классифицируют по назначению:

• крытые — для перевозки разнообразных грузов, требующих сохранности и защиты от атмосферных осадков; кузов имеет раздвижные двери в боковых стенах и люки с металлическими крышками;
• полувагоны — для массовых навалочных и сыпучих грузов; наиболее распространённый тип грузового вагона (четырёх-, шести- и восьмиосные). У полувагона есть торцевые и боковые стены, но нет крыши: погрузка сверху, разгрузка через люки в полу самотёком. Полувагоны с глухим дном разгружают на вагоноопрокидывателях. Разновидности — хопперы (высокие наклонные стены, крыша, специальные люки в днище) и думпкары (вагоны с самоопрокидывающимся кузовом);
• платформы — для длинномерных, тяжеловесных и громоздких грузов; имеют невысокие откидные борта, приспособленные для установки стоек. Для перевозки контейнеров служат фитинговые платформы;
• цистерны — для наливных грузов; наиболее распространены четырёхосные (объём кузова 72 м³) и восьмиосные (объём кузова 134 м³). Цистерны бывают общего назначения и специальные — для отдельных видов груза. Внутренняя поверхность цистерн для кислот имеет защитный слой (резина, свинец), для молока — оцинковку; для вязких нефтепродуктов применяют цистерны с паровой рубашкой;
• изотермические — для скоропортящихся грузов; представляют собой металлический кузов с термоизоляцией и приборами охлаждения и отопления; бывают универсальные и специализированные (рефрижераторные);
• вагоны специального назначения — для грузов, требующих особых условий перевозки: вагоны для скота, живой рыбы, битума, легковых автомобилей. Для тяжеловесных и громоздких грузов служат транспортёры — многоосные платформы на 12, 16, 20 и более осей грузоподъёмностью 130, 180, 230 и 300 т. Именно вагон, имеющий более 10 осей, называется транспортёром.

Отдельно выделяют вагоны для бытовых нужд железных дорог: вагоны-мастерские, вагоны восстановительных и пожарных поездов.

Пассажирские вагоны по назначению делятся на вагоны для перевозки пассажиров, вагоны-рестораны, почтовые, багажные, почтово-багажные и вагоны специального назначения. По дальности следования различают вагоны дальнего следования (купейные и некупейные, то есть плацкартные), межобластного сообщения (с местами для сидения) и пригородного сообщения. Характерные параметры: мягкий вагон с четырёхместным купе имеет тару 56,5 т и 32 места, межобластной вагон — тару 47 т и 68 мест, мягкий вагон с двухместным купе — тару 62 т и 16 мест. Типичное число осей современного грузового вагона — 4.

Любой вагон состоит из пяти основных элементов, каждый из которых выполняет строго определённую функцию:

• ходовые части — восприятие нагрузки от вагона и обеспечение его плавного и безопасного движения; включают колёсные пары, буксы с подшипниками и рессорное подвешивание;
• рама вагона — восприятие нагрузки от кузова вагона и груза и передача на ходовые части вертикальных и горизонтальных усилий;
• кузов — размещение пассажиров и грузов;
• ударно-тяговые устройства — сцепление вагонов между собой и с локомотивом, смягчение сжимающих и растягивающих усилий (автосцепка);
• тормозное оборудование — уменьшение скорости движения вагона или его остановка.

Технико-экономическую оценку конструкции и эксплуатационных особенностей вагона дают по системе параметров:

• число осей;
• грузоподъёмность P, т — наибольшая масса груза, перевозимая вагоном по условиям прочности конструкции;
• тара T, т — масса вагона в порожнем состоянии;
• коэффициент тары K = T / P — показывает, какая масса вагона приходится на единицу его грузоподъёмности; чем он меньше, тем экономичнее вагон;
• удельный объём кузова V_у = V / P, м³/т — показатель вместимости вагона;
• удельная площадь пола f_у = F / P, м²/т — показатель вместимости для платформ;
• давление от колёсной пары на рельсы, т — характеризует воздействие вагона на верхнее строение пути;
• давление на 1 погонный метр пути, т/м — также характеризует воздействие на верхнее строение пути.

Каждому грузовому вагону присваивается номер из восьми знаков, наносимый на боковой стене. Номер состоит из семи основных цифр и восьмой — контрольной, предназначенной для проверки правильности передачи номера в документах и учёта в ЭВМ. Первый знак кодирует тип вагона и ряд других технических средств на железнодорожном ходу: 0 — пассажирские вагоны; 1 — локомотивы, путевые машины, краны и другие механизмы; 2 — крытые грузовые вагоны; 3 — транспортёры, шестиосные вагоны, четырёхосные хоппер-дозаторы и думпкары; 4 — платформы; 5 — вагоны, находящиеся в собственности предприятий других ведомств; 6 — четырёх- и восьмиосные полувагоны; 7 — четырёх- и восьмиосные цистерны; 8 — изотермические четырёхосные вагоны; 9 — прочие четырёхосные вагоны. Второй знак кодирует осность: цифры от 0 до 8 обозначают четырёхосные, цифра 9 — восьмиосные вагоны. Седьмой знак кодирует наличие или отсутствие переходной площадки, восьмой — контрольный.

Номер пассажирского вагона также состоит из восьми цифр. Первая цифра «0» определяет род вагона, вторая и третья — индекс железной дороги приписки, четвёртая — тип пассажирского вагона («0» — мягкий или жёстко-мягкий, «1» — купейный, «2» — жёсткий, «3» — межобластной с местами для сидения, «4» — почтовый, «5» — багажный и почтово-багажный, «6» — вагон-ресторан, «7» — служебно-технический, «8» — принадлежащий другим ведомствам), пятая, шестая и седьмая — разновидность и конструктивные особенности, восьмая — контрольный знак. Чтобы облегчить считывание, номер пишут в виде дроби: в числителе первые три цифры, в знаменателе — остальные пять.

Работа локомотивов организуется по графику их оборота, который составляется на основе графика движения поездов с учётом условий труда и отдыха локомотивных бригад и установленного порядка технического обслуживания, экипировки и ремонта локомотивов. Протяжённость участков обращения устанавливается исходя из норм времени работы локомотивов между техническими обслуживаниями и в зависимости от рода тяги, местоположения станций формирования поездов, основных депо и других факторов.

Применяются четыре основные схемы обслуживания поездов локомотивами:

• плечевая езда: локомотивы, приписанные к основному депо, следуют до участковых станций, являющихся пунктами оборота; на станцию приписки локомотив возвращается с поездом обратного назначения, здесь он отцепляется от состава и следует в депо для экипировки, технического обслуживания и смены локомотивных бригад, после чего подаётся к следующему составу;
• кольцевая езда: локомотивы проходят станцию основного депо без отцепки от составов, бригады меняются на станционных путях, а техническое обслуживание и экипировка выполняются в пунктах оборота;
• кольцевая езда на удлинённом участке обращения: локомотивы следуют без отцепки от поезда по большому кольцу, охватывающему несколько участков работы бригад своей и других дорог;
• зонное обращение: в районах с разветвлённой сетью несколько смежных участков обращения объединяют в зону, и локомотивы, приписанные к разным основным депо зоны, работают по единому плану.

Локомотивное хозяйство обеспечивает перевозочную работу железных дорог тяговыми средствами и содержание этих средств в соответствии с техническими требованиями. К его сооружениям и устройствам относятся: основные локомотивные депо; специализированные мастерские по ремонту отдельных узлов локомотивов; пункты технического обслуживания; пункты экипировки локомотивов; пункты смены бригад, обеспечивающие требуемую продолжительность работы локомотивных бригад; базы запаса локомотивов. Локомотивные депо — основные производственные единицы локомотивного хозяйства; их размещают на участковых, сортировочных и пассажирских станциях. Депо классифицируют по роду тяги (электровозные, тепловозные, моторвагонные, дизельные, паровозные, смешанные).

Пункт оборота — пункт, на котором локомотивы находятся в ожидании поездов для обратного следования с ними; здесь же выполняется техническое обслуживание и экипировка локомотива. Экипировка — снабжение локомотивов песком, смазочными и обтирочными материалами, наружная обмывка и обтирка; экипировка тепловозов, кроме того, включает снабжение дизельным топливом и водой для охлаждения дизеля. Пробег локомотива между экипировками определяется запасом песка (у электровоза) или топлива (у тепловоза).

К основным сооружениям и устройствам вагонного хозяйства, обеспечивающим исправное содержание вагонного парка, относятся: вагонные депо; пункты подготовки вагонов к перевозкам; пункты технического обслуживания; механизированные пункты текущего отцепочного ремонта; специализированные пути укрупнённого ремонта вагонов; контрольные посты. Кроме того, в состав вагонного хозяйства входят вагонно-колёсные мастерские, контейнерные депо и мастерские, перестановочные пункты, пункты экипировки, пункты технического обслуживания рефрижераторных вагонов и пассажирские технические станции. Вагонное депо — предприятие вагонного хозяйства, основным назначением которого является ремонт вагонов.