Что находится под вагоном
Что находится под пассажирским вагоном?
Опубликовано 26.07.2019 · Обновлено 04.02.2021
Некоторым из нас, особенно живущим не в центральной России, хотя бы раз в жизни приходилось путешествовать на поездах дальнего следования. В современном пассажирском вагоне зимой тепло, а летом прохладно, а в некоторых купе даже есть телевизор и микроволновая печь. В каждом вагоне есть освещение и персональные электрические розетки.
Мы и не замечаем как всё это работает, а громоздкое оборудование, с помощью которого создается энергия для всех привычных нам благ, расположено под вагоном. И даже шум от того-же кондиционера не слышен внутри вагона.
Теперь я коротко расскажу, как собственно выглядит подвагонное оборудование.
Привод генератор
Итак первое и самое главное — электрогенераторы. Они дают электроэнергию для систем кондиционирования, освещения, персональных розеток, и другого важного оборудования вагона.
Генераторов существует несколько видов: переменного и постоянного тока, различающихся по мощности. Менее мощный генератор соединен с колесной парой вагона с помощью ремённой передачи. Такой генератор вырабатывает ток уже при достижении скорости 20 км/ч, однако его мощность не позволяет подключить систему кондиционирования.
Если вы видите такую ремённую передачу на вагоне, значит кондиционера в нем точно нет.
Карданный привод генератора
Более мощный генератор, созданный для обеспечения работы кондиционера и для питания всего внутривагонного электрооборудования, подвешен под днищем вагона, а от колесной пары через редуктор к нему подсоединяется карданный вал. Такой аппарат производит достаточно электроэнергии при скорости поезда не менее 40 км/ч.
Генератор с карданным приводом
А что делать если поезд не движется, или его скорость совсем мала? Получается вырабатываемую генератором электроэнергию необходимо запасать — так и происходит.
Под вагоном расположены большие ящики чёрного цвета, в них располагаются аккумуляторные батареи в достаточном количестве.
Ящики с аккумуляторными батареями
Ну и также под вагоном расположено очень востребованное в летнее время оборудование — система кондиционирования. Она состоит из двух частей — компрессора и испарителя. Подробно рассматривать её работу не будем, это не тема данной публикации.
Оборудование кондиционера
Ещё под вагоном расположено очень важное для поезда оборудование — Пневматические тормоза. Под каждым вагоном обязательно установлены тормозные цилиндры, передающие через металические тяги усилие к тормозным колодкам. А также резервуар со сжатым воздухом, давление в котором нагнетается компрессором локомотива. Из данного резервуара воздух по команде машиниста попадает в тормозной цилиндр.
Кот, который наблюдает за пневматическим цилиндром и рычагом для передачи усилия тормозным колодкам
Также под вагоном могут быть расположены трансформаторы тока и иное электрооборудование.
Что находится под вагоном?
Практически каждый человек хоть раз в жизни ездил железной дорогой. Ныне в вагонах созданы для пассажиров максимально комфортные условия. Большинство составов оснащено системой кондиционирования, способной поддерживать комфортную температуру в летнее время. Зимой работает отопление. К тому же имеются розетки, светильники. В некоторых купе предусмотрены телевизоры, а в купе проводника часто имеется микроволновка. Пользуясь благами цивилизации, не все люди задумываются о том, где располагается оборудование и как оно работает.
Электрогенераторы
Это оборудование относится к основным устройствам, без которых представить комфортное передвижение в поезде сложно. Генераторы обеспечивают электрической энергией системы кондиционирования, освещение и др. От них работает и другое важное оборудование.
В поездах используются электрогенераторы нескольких видов. Между собой они могут отличаться принципом работы, мощностью и другими особенностями. Все устройства можно разделить на две основные категории – переменного и постоянного тока.
Малой мощности генератор соединен с колесной парой переменной передачей. Работает он при движении скорости от 20 км/ч, но его мощности не хватает для подключения системы кондиционирования и других устройств, которые потребляют много энергии. Под днищем вагона обязательно располагается еще один генератор большей мощности. Обычно с колесной парой он соединен не напрямую, а через карданный вал. Обычно такие устройства вырабатывают достаточное количество энергии, но работают только при скорости поезда свыше 40 км/ч.
Аккумуляторы и другое оборудование
Чтобы пассажирам было комфортно в любое время, важно обеспечить наличие электроэнергии при любых условиях. Так как генераторы не могут вырабатывать ток при малой скорости или во время остановок, под днищем каждого вагона обязательно устанавливаются аккумуляторы. Их основная задача – запасы энергии впрок. Определить наличие батарей можно по простому признаку – черным вместительным ящикам.
Под вагоном также располагается система кондиционирования, которая состоит из двух основных частей – испарителя и компрессора. Так как все оборудование, отвечающее за работу системы охлаждения, находится под дном вагона, пассажиры не слышат постороннего шума при его работе.
Заглянув под поезд, вы обязательно увидите и пневматические тормоза, изготовленные в виде больших цилиндров. Принцип их работы основан на применении сжатого воздуха.
Основные части и планировка вагона
Все пассажирские вагоны различных типов имеют общие основные элементы: кузов с рамой, ходовые части, ударно-тяговые приборы и тормозное оборудование. Основные части и общий вид пассажирского вагона показаны на рис. 1.4.
Все оборудование вагона подразделяется на механическое, санитарно-техническое, низковольтное электрическое (работающее на напряжении 50 или 110 В постоянного тока), высоковольтное электрическое (работающее на напряжении свыше 1000 В). По месту расположения оно, в свою очередь, подразделяется на подвагонное, внугривагонное и расположенное в крышевом пространстве. Места расположения оборудования на вагонах разного типа могут различаться, это зависит от планировки вагона и его габаритов.
Все механическое оборудование находится снаружи вагона или под вагоном (тележки, все основные детали тормоза, переходные площадки и т.п.).
К низковольтному подвагонному оборудованию относятся генератор, аккумуляторная батарея, ящик с аппаратурой, умформер (до 1990 г.). К внутривагонному низковольтному оборудованию относятся распределительный шкаф, светильники, узлы кондиционирования воздуха и др.
Высоковольтное электрическое оборудование размещено как снаружи вагона (высоковольтные междувагонные соединения, высоковольтный подвагонный ящик), так и внутри вагона в котле водяного отопления.
К санитарно-техническому оборудованию, расположенному в основном внутри вагона, относятся системы обеспечения жизне-
Рис. 1.4. Общий вид пассажирского (купейного) вагона:
Планировка вагонов (некупейного, межобластного сообщения, купейного и габарита РИЦ) показана на рис. 1.5.
Специфичными являются оборудование и планировка вагона-ресторана, в котором имеются четыре или пять холодильников в зависимости от серии вагона и тепловое оборудование кухни, работающее на твердом или жидком (дизельном) топливе. Проводников для вагона-ресторана не предусмотрено, поэтому наблюдает за всем оборудованием и управляет его работой бригада вагона-ресторана (директор и повара).
В последующих главах приведены краткие конструктивные данные каждого узла оборудования вагона, правила его эксплуатации и методы безопасного обслуживания.
Отдельно следует сказать о поставляемых в Россию из Германии купейных вагонах с кондиционированием воздуха постройки с 1993 г. На этих вагонах изменена система электрооборудования, выполнена новая планировка: уменьшено число мест, предусмотрено специальное купе для инвалидов с лифтовым подъемным
Принципиально система электрооборудования и основные узлы (генератор, аккумуляторная батарея, приборы регулирования, защиты, сигнализации и др.) таких вагонов не отличаются от серийно поставляемых до 1993 г. купейных вагонов с кондиционированием воздуха. Имеются, однако, некоторые дополнения; ус тановка электроплиты в котельном отделении, перенос низковольтных междувагонных электрических соединений (аварийных) из-под вагона внутрь переходных площадок и др. Купе для инвалидов оборудовано, помимо подъемника, туалетом со специальной раздвижной дверью, умывальником, душем с возможностью подъезда к умывальнику на коляске. Гидравлический подъемный агрегат состоит из электродвигателя мощностью 1,5 кВт, работающего на напряжении 110 В постоянного тока от вагонной аккумуляторной батареи; гидравлического насоса с ручным приводом производительностью 1,2 см 3 за 1 оборот; запасного масляного бака емкостью 3 л со смотровым стеклом; двухходового гидравлического клапана для подъема платформы подъемного устройства; 1
Рис. 1.6. Планировка пассажирского купейного вагона с кондиционированием воздуха постройки Германии (с 1993 г.):
Опыт эксплуатации купейных вагонов с поворотно-подъемным устройством показывает, что основным требованием его безопасной эксплуатации является соблюдение точной последовательности операций по подъему и впуску инвалида в вагон и его выходу из вагона. Перед включением подъемного устройства предохранительные рычаги необходимо привести в исходное положение, ограждение платформы должно находиться в откинутом вверх положении. Область поворота устройства должна быть свободна.
При наличии любых неисправностей запрещается включать поворотно-подъемное устройство. В первую очередь нужно проверить наличие напряжения и величину тока двигателя гидравлического агрегата; функционирование переключающего и гидравлического клапанов; исправность подъемного устройства и гидросистемы, особенно на отсутствие утечки масла; состояние подводящих проводов и кнопочных выключателей; положение платформы, состояние смазки, отсутствие защемления шлангов.
Как устроен пассажирский вагон дальнего следования
Современный вагон при соединении с остальным поездом автоматически включается в локальную сеть и получает параметры с сервера штабного вагона. У одноэтажного вагона Тверского вагоностроительного завода сейчас в мониторинге примерно 280 параметров (начиная от уровня заполнения фекального бака и заканчивая напряжением аккумулятора), а у двухэтажного — около 400.
Начнём с межвагонных связей. Это тормозная пневматическая магистраль (пневматические рукава, которыми вагоны соединяются между собой, железнодорожники называют их «лягушками»), высоковольтная магистраль, аварийная магистраль 110 В, интерком и локальная сеть, плюс радиорелейные мосты между вагонами на случай обрыва локальной сети.
Тормозная система
Вагоны соединены пневматической магистралью. Как и в метро, для удержания тормозов в отпущенном состоянии в ней поддерживается давление определённого уровня (примерно 5 атм). В этом случае говорят, что тормозная магистраль заряжена, чтобы затормозить поезд, надо снизить давление в магистрали. Тогда тормоза придут в действие.
Если поезд вдруг расцепится, то первое, что произойдёт, — у него упадёт давление в тормозной магистрали, и от этого он почти сразу остановится.
Если сорвать стоп-кран прямого действия, то вы просто откроете тормозной магистрали доступ в атмосферу и оттуда стравится воздух. Состав, соответственно, тоже остановится. Пока магистраль не зарядится, поезд дальше не поедет, потому что будет стоять на тормозах.
В некоторых современных пассажирских вагонах и электропоездах стоп-краны прямого действия остаются только в одной точке, остальные заменяются на стоп-краны непрямого действия, посылающие в кабину электровоза или тепловоза сигнал об экстренной остановке. В этом случае машинисту даётся некоторое время (обычно порядка 5 секунд) на принятие решения о разрешении или запрете на экстренное торможение.
Со скорости 160 км/ч тормозной путь — полтора километра. Чем меньше скорость вагона, тем резче остановка. Ничего смертельного в срыве стоп-крана для вагона нет — он не изнашивается как-то сверх меры. А вот пассажиров неприятно тряхнёт, некоторые (кто не выдвинул поручень, был пьян или не использовал ремни) упадут с полок.
Электропитание
Вот тут отдельный пост про электропитание пассажирского вагона и котёл отопления. Очень коротко сюжет выглядит так: есть входы (генератор от вращения колёсной пары, высоковольтная магистраль 3000 В от электровоза, аварийные 110 В от соседнего вагона), есть аккумуляторная батарея и есть контрольно-управляющий модуль (преобразователь собственных нужд), который следит за тем, чтобы всё шло правильно, и преобразует ток в нужный для электрических потребителей формат, 110 В бортовой сети, 5 В розеток USB и так далее.
USB-розетки на верхних полках:
220-вольтовые розетки на нижних полках:
Почему 220 В снизу, а 5 В сверху? По правилам безопасности нельзя поднимать опасное напряжение выше определённой высоты. Условно, чтобы пассажир сверху не вскипятил втихаря там воду и не начал лить её вниз. Как правило, такие требования на пустом месте не появляются — видимо, были прецеденты.
Интерком
Вагоны соединены магистралью локальной сети (было 100 Мбит/с, сейчас на новых вагонах 1 Гб/с) и по радио. Антенно-фидерные устройства установлены снаружи на торцевых стенах вагона, их часто принимают за фонари. Радиосвязь раньше была 10 Мб/с, сегодня уже 100 Мб/с по стандарту.
Нужно всё это для того, чтобы вы могли использовать Wi-Fi, а проводники могли звонить друг другу через IP-телефонию в локальной сети, плюс для передачи технических данных (об этом подробнее чуть дальше). Пока же важно, что Wi-Fi обычно настроен так, что даже при отсутствии доступа к большому интернету вас, как правило, пускают на локальный медиасервер (стоящий в штабном вагоне), с которого можно посмотреть фильм. Так же устроено вещание телевизоров в купе — даже на участке без сети пассажиры могут договориться, что смотрят, и получить стрим из штабного вагона.
Сегодня обычно около 150 клиентов инфосети на поезд.
В инфосети также находятся табло, которые показывают занятость туалета, температуру и маршрут внутри вагона:
Данные из инфосети берут табло с номером вагона (это те, которые смотрят наружу) — вагон автоматически определяет своё место в поезде, руками уже ничего настраивать не надо (только расположение штабного вагона в составе поезда, потому что вагон знает, кто перед ним и кто позади него, но не знает, где голова, а где хвост состава).
В 2018 году табло также могут отображать произвольный контент. Так что ждите акции от вагона-ресторана, ролики про безопасность и погоду за окном.
Ещё есть аудиомагистраль — это межвагонное радио. По нему делает объявление начальник поезда, по нему играет музыка. По нему же вас будят по прибытии, если это конечный пункт для состава.
Двери
Бывают ручные распашные, они вам наверняка прекрасно знакомы. Ещё есть двери электромеханические.
Пробовали делать пневматические, как в московском метро (кажется, это был «Невский экспресс»), но дальше по результатам эксплуатации решили перейти на электрику. Воздух надо где-то брать (у пассажирского вагона нет компрессорной установки, чтобы обеспечить себя воздухом), а электричество существенно проще достать и потом обслужить. Но, как говорит инженер, «метро — это подвижной состав, который всё-таки работает в особых условиях эксплуатации. Он в тепле и сухости, обслуживается ежесуточно. Для пассажирских вагонов установлены другие, более «редкие» регламентные интервалы обслуживания, поэтому закладываем надёжность и простоту. У дверей есть ручной режим работы: выключаешь электропитание и вручную рукояткой с тросом открываешь».
Сейчас двери вагонов ТВЗ с электромеханическим приводом. Там 24-вольтовый «шуруповёртный» движок. Вращение двигателя за счёт шкивов и зубчатого ремня преобразуется в поступательное движение двери.
Климат-контроль
На вагоне есть установка кондиционирования воздуха (кондиционер), На фото выше он на заводе прямо перед монтажом. Он забирает наружный воздух, охлаждает или нагревает и дальше по воздуховодам раздаёт по помещениям вагона. Затем забирает рециркуляционный воздух из салона, смешивает с забортным и направляет снова в вагон. Это сделано для экономии энергии: чем больше использование рециркуляционного воздуха, тем больше экономия энергии. При этом, конечно, нельзя забывать о необходимости соблюдения санитарных правил и норм.
Для воздуха есть установка обеззараживания, она в одном блоке с кондиционером. Там пакет ультрафиолетовых ламп, поэтому, если кто-то болеет, его бациллы при проходе через кондиционер становятся трупами. Что не исключает прямое заражение в вагоне (как и в любом многолюдном месте), но существенно снижает шансы на такой исход.
Вторая установка обеззараживания стоит в водяном контуре для непитьевой воды. Питьевая раньше делалась из технической методом кипячения, а сегодня берётся из кулера (из заранее загруженной бутылки, как в офисе). А вот вода для умывания обеззараживается. Под крышей вагона над туалетами стоит бак (1100 литров в современных вагонах-одноэтажках). Эта вода берётся с заправочной станции на стоянке, она не всегда хорошего качества: там может быть песок и ил, например. Чтобы эту воду обеззаразить, нужно пропустить её через ёмкость с колбой с УФ-лампами. Это не уберёт песок и примеси, но микроорганизмы будут убиты.
Про отопление было в посте про котёл.
В большинстве вагонов отдельного помещения для душа нет (есть в СВ двухместном, комфорт-вагонах и в штабном). В штабном ещё купе для пассажиров с ограниченными возможностями и сопровождающих их лиц, кстати. Но каждый туалет имеет лейку душа (иногда скрытую за панелью) и отверстие в полу.
В большинстве вагонов параметры температуры и скорости воздуха в системе кондиционирования одинаковы для всех. В зимнее время уставка 24 °C, в летнее время — 22. Никаких динамически регулируемых заслонок в конкретных точках по вагону нет. Если есть система покупейного температурного регулирования (на ТВЗ делали несколько модификаций), там всё сложнее и хитрее, но это дороже для перевозчика.
Чаще всего используется хладагент Р134, смеси. Для обеспечения возможности нагрева воздуха в кондиционере есть жидкостной (в одноэтажных вагонах) и электрический (в двухэтажных вагонах) калорифер. Вентиляторы нужны для обеспечения движения воздуха по вагону. В жидкостной системе отопления имеется насос для принудительной циркуляции теплоносителя (воды) в условиях экстремальных температур.
В двухэтажном вагоне туалетов три, то есть на один больше, а кондиционеров два.
Управление
Управление всеми этими чудесами осуществляется либо из купе проводника, либо с помощью приложения, доступного по сертификату и только при подключении к локальной сети вагона.
Если открыть ключом проводника дверь с сенсорным экраном, то будет доступно управление вагоном в ручном режиме (с игнорированием удалённого доступа) и можно будет нажимать на кнопки.
Там же, рядом под панелью, окажутся стрелочные приборы и вообще всё легаси:
На управлении надо остановиться подробнее ещё ради мониторинга.
Чтобы купе проводника не стало похожим на кабину пилотов и чтобы можно было проще управлять всем, сделали графический интуитивно понятный интерфейс:
Параллельно технический прогресс шёл в сторону автоматизации и понадобился модуль, обеспечивающий выполнение разных действий, которые раньше делал проводник. Например, без перехода в ручной режим нельзя удалённо (из локальной сети состава) открыть наружные двери на скорости больше 5 километров в час, при критическом уровне заряда аккумулятора начинается переключение освещения с люминесцентных ламп на светодиодное «ночное», есть целые группы скриптов на одной кнопке (например, управление климатом) и так далее.
Вместе с автоматизацией пришло логирование всех действий и возможность видеть статусы каждой подсистемы в штабном вагоне.
Сегодня каждое устройство вагона проектируется автономным, но с инфовыводом до локальной сети мониторинга. То есть пока есть три уровня устройств:
Потом сверху «наросло» управление подсистемами и логи, благо это было очень удобно. Следующий шаг — удалённое управление вагоном из центра мониторинга перевозчика, но сделать его нельзя, поскольку:
Но чтобы такое не повторялось точно, сети сейчас разделяют физически. Точнее, собираются. Пока вагоны, даже самые новые, с общей сетью.
Как используются логи вагона? Важнейшие сообщения пишутся в короткий лог и отправляются через интернет на сервера перевозчика. Условно это состояния систем после очередного перегона плюс действия проводника. У перевозчика задача — анализировать отказы, чтобы по профилю уже отремонтированных вагонов догадываться, когда будет пора профилактически что-то менять в ещё выглядящем нормально. Это в перспективе позволяет много экономить, потому что лучше заменять почти умерший узел в депо, чем сталкиваться с поломкой в пути.
Мониторинг видно из штабного вагона.
Критичные логи (сообщения об отказах) на участках без интернета могут отправляться по SMS. Также в устройстве есть небольшой буфер, который копит лог до прибытия на участок пути, где есть устойчивая связь.
Вагон также можно перевести в режим отладки, и тогда он будет писать в лог вообще всё.
За час можно набрать гигабайт сырых логов в отладочном режиме.
В этом же устройстве есть вся документация на вагон:
В режиме администратора можно получить больше данных о подсистемах:
А в режиме инженера можно запустить тесты некоторых подсистем:
Туалет
Современные туалеты на вагонах ТВЗ вакуумные и скомпонованы в одной стороне вагона. Вообще, новый вагон очень легко отличить по крутым автоматическим дверям и туалетам с одной стороны. Объясняется это просто: для смыва нужны вакуум-компрессорные установки. Когда туалеты в двух концах вагона, нужны либо две установки, либо трасса под вагоном. Две установки дорого, с трассой тоже была серия вагонов, но было шумно. Особенно ночью, когда кто-то смывал в той части вагона, где установки нет, — адский звук шёл по всем купе.
Бак туалета на одноэтажках расположен под вагоном, на двухэтажных под вагон лезть некуда, там практически всё внутри вагона. Поэтому он внутри около туалета. На обычном вагоне бак «на улице» имеет ещё и обогрев, чтобы отходы не смёрзлись намертво. Потому что дальше процедура починки бака превращается в нечто невероятное. Обогрев есть электрический и жидкостной тосольный: змейка трубопровода — и понеслось. Чтобы тосол был тёплый, он греется от непрямого контакта с трубой водяного отопления. На двухэтажном вагоне бак находится внутри вагона и системы обогрева не имеет.
Самое узкое в прямом смысле слова место современного туалета — это отверстие в чаше унитаза. Если в него пролезло, то дальше не застопорится. Если в чашу не залезло, а кто-то пропихнул шваброй, есть шансы порвать резинометаллический запорный клапан. И дальше всех ждёт забавная история.
Ещё более интересная поломка была на установках старого типа. Сочетание фекального бака без дополнительных рёбер жёсткости и поддержания отрицательного избыточного давления в самом баке (сейчас-то оно уже поддерживается только в системе откачки) вело к тому, что иногда случался сюрприз. Несколько случайных неверных движений, повреждение — и баки схлопывались под вакуумом. Поговаривают, что пассажиры, которые совершали эти грубые эксплуатационные ошибки, до сих пор очень аккуратно заходят в туалеты даже дома.
Тележки
Вагон стоит на тележках, рамы которых опираются на колёсные пары. Сначала они были просто жёсткие, потом, с увеличением скоростей, там стали появляться пружины, а сегодня современная подвеска пневматическая. Вот от пассажирского вагона дальнего следования:
А вот от электропоезда типа Иволги:
Всё. Как видите, вагоны — это маленькие космические корабли.