Вагоны. Проектирование, устройство и методы испытаний. Л. Д

ПРОЕКТИРОВАНИЕ, УСТРОЙСТВО
И МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ
Под редакцией канд.
техн. наук Л. Д. КУЗЬМИЧА
МОСКВА
МАШИНОСТРОЕНИЕ 1978
ПРЕДИСЛОВИЕ
УДК 62
Авторы: Леонид Дмитриевич КУЗЬМИЧ, Александр Васильевич КУЗНЕЦОВ,
Борис Александрович РЖАВИНСКИЙ, Арон Львович СПИВАКОВСКИЙ,
Виктор Иванович КИРИЛЛОВ, Ханан Исаакович ПЕЙРИК, Борис Михайлович
МЫСЛИВЕЦ
Рецензенты д-р техн. наук С. В. ВЕРШИНСКИЙ и
канд. техн. наук И. Л. ШАРИНОВ
Вагоны. Под ред. Л. Д. Кузьмича, М., «Машиностроение», 1978.
376 с.
В книге впервые систематизированы сведения о параметрах и конструкции грузовых и пассажирских вагонов, а также вагонов пригородного и городского транспорта. Изложены основные данные, необходимые для проектирования, расчета и исследования конструкций
вагонов и их узлов. Описаны различные виды испытаний и методы их
анализа. Освещены вопросы дальнейшего перспективного развития
конструкций вагонов.
Книга предназначена для инженерно-технических работников,
занимающихся конструированием, исследованием и эксплуатацией
вагонов.
Табл. 24, ил. 145, список лит. 34 назв.
ИБ № 448
ВАГОНЫ
Редактор издательства О. Д. Горчакова
Технический редактор Т. И. Андреева
Корректор И. М. Борейша
Художник А. Н. Ковалева
Т-16278
Сдаио в набор 7/VII 1977 г. Подписано к печати 16/XI 1977 г Формат 60Х90'/и
Бумага типографская N° 1 Усл. печ. л. 23,5 Уч.-изд. л. 26,05 Тираж 6000 экз.
Заказ 379 Цена 1 р. 70 к.
Издательство «Машиностроение» 107885. ГСП. Москва, Б-78, 1-й
Басманный пер., 3
Ленинградская типография № 6 Союзполиграфпрома
прн Государственном комитете Совета Министров СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли
193144, Ленинград, С-144, ул. Моисеенко, 10
31£02-220 220-78 Издательство «Машиностроение», 1978 г.
038 (01)-78
Транспорту принадлежит важнейшая роль в экономической
системе страны. Железнодорожный транспорт занимает ведущее
место среди всех видов транспорта СССР. Около 75—80% всех
перевозок з стране осуществляется железнодорожным транспортом.
Объемы грузовых и пассажирских перевозок на железнодорожном транспорте систематически возрастают. Например,
только за 5 лет (1971—1975 гг.) грузооборот железных дорог нашей
страны возрос более чем на 735 млрд. ткм, или на 30%, а
пассажирооборот увеличился почти на 50 млрд. пассажиро-км, или
на 18%. В десятой пятилетке предусмотрено дальнейшее увеличение
грузооборота всех видов транспорта примерно на 30% и
пассажирооборота на 23%, в том числе на железнодорожном
транспорте соответственно на 22 и на 14—15%. Рост объема перевозок требует систематического повышения провозной и пропускной способностей железных дорог. Эту задачу можно решить
развитием сети дорог и усилением технической оснащенности
транспорта. В годы девятой и десятой пятилеток происходит
ускоренное техническое перевооружение железных дорог магистрального, промышленного и городского транспорта.
Важнейшим средством совершенствования работы железнодорожного транспорта является повышение технического уровня
подвижного состава, создание и внедрение новых высокоэффективных конструкций вагонов, обеспечение производства подвижного состава в количествах, соответствующих растущим потребностям народного хозяйства. В этих целях осуществляются многие
мероприятия, направленные на техническую реконструкцию
вагоностроительной промышленности, развитие производственных
мощностей, организацию производства и эксплуатации новых
прогрессивных видов подвижного состава. Проводятся работы по
совершенствованию путевого хозяйства железных дорог, развитию
служб ремонта и эксплуатации подвижного состава. Планомерно
идут научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы
по созданию новых прогрессивных конструкций вагонов магистрального, промышленного и городского транспорта, обладающих
повышенными технико-экономическими характеристиками.
3
На вагоностроительных заводах организовано производство
вагонов принципиально новых типов —• специализированных грузовых вагонов для перевозки важнейших народнохозяйственных
грузов, комфортабельных пассажирских вагонов для скоростей
движения до 200 км/ч, современных вагонов метрополитена и трамвая и т. д. Разрабатываются и внедряются в производство и эксплуатацию новые конструкции важнейших узлов вагонов, новые
материалы и полуфабрикаты, позволяющие повысить технико-экономические показатели и эксплуатационную надежность подвижного состава. Уточняется и пересматривается действующая нормативно-техническая документация, внедряются новые стандарты
и технические условия.
В настоящей книге отражены современное состояние отечественного вагоностроения, основные задачи и перспективы его развития. Рассмотрены вопросы классификации вагонов, проведения
опытно-конструкторских работ по созданию новых вагонов и обоснования выбора важнейших параметров вагонов. Даны сведения о
применяемых материалах и основных требованиях, учитываемых
при проектировании вагонов и их узлов; указаны важнейшие
обоснования этих требований. Изложены технические характеристики, особенности устройства и назначения различных узлов и
элементов вагонов. Приведено краткое описание конструкции
важнейших видов подвижного состава. Рассмотрены основные задачи и методы проведения испытаний опытных образцов вагонов,
их узлов и элементов. Рассмотрен весь комплекс вопросов, связанных с проектированием современных вагонов. Некоторые известные теоретические положения и вспомогательные сведения
освещены в сжатой форме.
4
Глава I ОБЩИЕ
СВЕДЕНИЯ
§ 1. КРАТКИЙ ОБЗОР И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
ВАГОНОСТРОЕНИЯ В СССР
Первая русская железная дорога (Царскосельская) протяженностью 28 км была построена в 1837 г., но весь подвижной состав
для этой дороги был приобретен в Англии. Начало отечественного
вагоностроения было обусловлено строительством первой в России
магистральной двухпутной железной дороги Петербург—Москва,
строительство которой началось в 1843 г. Годом рождения отечественного вагоностроения является 1846 г., когда Александровский завод построил первые в России четырехосные грузовые и
пассажирские вагоны колеи 1524 мм. Кузова и рамы грузовых
вагонов были из дерева, и при грузоподъемности 8,2 тс вагоны
имели коэффициент тары ~0,95. Пассажирские вагоны также были
с деревянными кузовами, не имели отопления, умывальников и
туалетных отделений. К моменту открытия сквозного движения по
линии Петербург—Москва в 1851 г. Александровским заводом было
построено около 3000 грузовых вагонов (крытых и платформ) и 239
пассажирских вагонов.
Дальнейшее развитие отечественного вагоностроения было связано с расширением строительства железных дорог в России.
Наибольшее количество грузовых вагонов (30 596) в царской
России было построено в 1900 г., а пассажирских (2251) — в 1912 г.
К 1917 г. на железных дорогах России в основном имелись двухосные грузовые вагоны, грузоподъемность которых не превышала
16,5 тс, а в основном составляла 12,5—15 тс. В парке имелось
небольшое количество (2%) четырехосных вагонов грузоподъемностью около 40 тс. Средняя грузоподъемность вагонов грузового
парка составляла 15,1 тс. В конструкциях вагонов было широко
использовано дерево. Только небольшое количество грузовых
вагонов было оборудовано ручным тормозом и тормозными площадками. Автоматических тормозов не было.
Пассажирские вагоны были главным образом двухосные и трехосные. Как правило, они имели деревянные кузова, обшитые снаружи листовым железом. Для отопления в них обычно использовали примитивные чугунные или железные печи и лишь иногда —
индивидуальные котлы водяного отопления и централизованное
отопление от специальных вагонов-котельных. Вагоны в основном
освещали свечами. Все вагоны имели сквозную упряжь с винтовой
5
стяжкой и буферами. Вместе с тем на вагоностроительных заводах
и в железнодорожных мастерских в это время было предложено
много прогрессивных технических решений, сыгравших в дальнейшем важную роль в развитии железнодорожного транспорта
(четырехосные тележечные вагоны, туалеты и электроосвещение в
пассажирских вагонах, унификация параметров и технических
требований к вагонам, внедрение цельнокатаных колес и т. д.).
С самого начала возобновления вагоностроения в СССР (1924—
1926 гг.) в условиях нехватки металла было принято исключительно важное инженерное решение — изготовлять все вагоны со
стальными хребтовыми балками, обеспечивающими в дальнейшем
возможность перевода вагонов на автосцепку.
В первой пятилетке еще строили двухосные крытые вагоны,
платформы грузоподъемностью 20 тс и цистерны грузоподъемностью 25 тс, но уже наращивали темпы освоения производства
четырехосных крытых вагонов, платформ и цистерн грузоподъемностью 50 тс. Были начаты поставки саморазгружающихся полувагонов грузоподъемностью 60 тс, хопперов грузоподъемностью
25, 60 и 70 тс, вагонов-самосвалов (думпкаров) грузоподъемностью
35, 40 и 50 тс. В производстве вагонов стали широко применять
электросварку. Вагоны оборудовали автоматическими воздушными
тормозами с воздухораспределителем конструкции советского
изобретателя И. К. Матросова.
В 1935 г. было принято решение о проведении мероприятий,
обеспечивающих резкое увеличение производства грузовых вагонов. Кроме вагоностроительных заводов, было дополнительно
привлечено десять машиностроительных заводов, что позволило в
течение этого года изготовить 85 279 вагонов (в двухосном исчислении). В 1936 г. вступил в строй действующих крупнейший
завод по производству грузовых вагонов — Уральский вагоностроительный (УВЗ). В эти годы производство грузовых вагонов
становится крупносерийным поточным. Главным в организации
вагоностроения становится специализация вагоностроительных
заводов и налаживание устойчивых производственных связей
между ними. Были организованы специализированные тормозные
заводы, построен Бежицкий сталелитейный завод (БСЗ) для обеспечения вагоностроительных заводов крупным стальным литьем.
Средняя грузоподъемность вагонов железных дорог СССР в 1940 г.
составила 26,1 тс. Пассажирские вагоны продолжали еще строить с
деревянными кузовами, но уже с мощными стальными рамами.
Вагоны были четырехосными длиною 20,2 м с электрическим
освещением, индивидуальным водяным отоплением, с мягкими и
жесткими плацкартными местами для лежания и т. п. Технический
уровень и комфортные условия пассажирских вагонов были резко
повышены, что позволило получить на Всемирной промышленной
выставке в Париже (1937 г.) золотую медаль «Гран-При» за
конструкцию
мягкого
спального
вагона,
построенного
Ленинградским вагоностроительным заводом (ЛВЗ). Были
6
построены и испытывались опытные партии цельнометаллических
пассажирских вагонов длиною 25 м с различными планировками. С
1928 г. начали строить электропоезда с цельнометаллическими
вагонами длиною 19,3 м для электрифицированных пригородных
железных дорог, а с 1934 г. — цельнометаллические вагоны для
Московского метрополитена. В 1940 г. было начато производство
новых скоростных цельнометаллических вагонов трамвая.
В 1930 г. было организовано Центральное вагоно-конструкторское бюро (ЦВКБ), реорганизованное впоследствии в Центральное
вагоно-проектное бюро (ЦВПБ), которое занималось проектированием и развитием конструкций вагонов всех типов. ЦВПБ
разработало около 50 конструкций новых вагонов, которые строили
многие вагоностроительные заводы. Разработанные в ЦВПБ четырехосные вагоны цельносварной конструкции с автосцепкой и автоматическими тормозами явились основой современного вагонного
парка железных дорог СССР. Были разработаны нормы проектирования вагонов и технические требования к сварным конструкциям вагонов, положено начало стандартизации и унификации в
вагоностроении. В 1933 г. было организовано Научно-исследовательское бюро вагоностроения (НИБ), которое было научным
центром отечественного вагоностроения до 1961 г. в дальнейшем
(ВНИИВ). Все новые конструкции вагонов стали подвергать всесторонним испытаниям, что способствовало постановке на серийное производство уже отработанных конструкций.
В настоящее время вагоностроительная промышленность СССР
имеет около 20 предприятий, основные из которых следующие:
Калининский ордена Ленина вагоностроительный завод имени
М. И. Калинина (КВЗ), являющийся ведущим предприятием по
выпуску пассажирских вагонов локомотивной тяги;
Рижский ордена Трудового Красного Знамени вагоностроительный завод (РВЗ), выпускающий электропоезда, дизель-поезда
и трамваи;
Ленинградский орденов Октябрьской Революции и Красной
Звезды вагоностроительный завод им. И. Е. Егорова (ЛВЗ), специализирующийся на выпуске вагонов метрополитена и пассажирских вагонов;
Уральский дважды ордена Ленина, орденов Красного Знамени,
Отечественной войны и Трудового Красного Знамени вагоностроительный завод им. Ф. Э. Дзержинского (УВЗ), являющийся ведущим предприятием по полувагонам, тележкам и автосцепному
оборудованию;
Алтайский вагоностроительный завод (АВЗ), выпускающий
крытые грузовые вагоны;
_Крюковский ордена Октябрьской Революции вагоностроительный завод (КрВЗ), производящий полувагоны и вагоны типа
хоппер;
Днепродзержинский ордена Знак Почета вагоностроительный
завод им. газеты «Правда» (ДВЗ), выпускающий универсальные
7
платформы и различные специализированные грузовые вагоны
для магистральных и промышленных железных дорог;
Калининградский вагоностроительный завод (KjrB3), являющийся ведущим предприятием по выпуску вагонов-самосвалов
(думпкаров);
Демиховский машиностроительный завод (ДМЗ), специализирующийся на производстве различных вагонов узкой колеи;
Кадиевский вагоностроительный завод (КдВЗ), изготовляющий
универсальные платформы, специализированные вагоны и транспортеры;
Абаканский вагоностроительный завод (АбВЗ), начавший выпуск платформ для перевозки контейнеров, большегрузных универсальных контейнеров и другой продукции;
Бежицкий сталелитейный завод (БСЗ), специализирующийся на
выпуске стальных отливок тележек и автосцепных устройств;
Кременчугский завод литья и штамповок (КЛИШ), производящий стальные отливки тележек;
Московский завод машин и приборов для железнодорожного
транспорта (МТЗ) — ведущее предприятие по производству тормозных приборов и оборудования для подвижного состава;
Первомайский завод машин и приборов для железнодорожного
транспорта (ПТЗ), специализирующийся на производстве компрессоров и тормозного оборудования;
Ждановский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции
завод тяжелого машиностроения им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (ЖЗТМ) — ведущий завод по
изготовлению железнодорожных цистерн;
Брянский орденов Ленина и Трудового Красного Знамени машиностроительный завод (БМЗ) — ведущее предприятие по производству рефрижераторных вагонов;
Мытищинский орденов Октябрьской Революции и Отечественной войны машиностроительный завод (ММЗ), являющийся ведущим заводом по вагонам метрополитена;
Усть-Катавский орденов Трудового Красного Знамени и Знак
Почета вагоностроительный завод им. С. М. Кирова (УКВЗ),
специализирующийся на выпуске вагонов трамвая.
Кроме перечисленных, к производству вагонов и комплектующего оборудования привлечены и некоторые другие заводы Минтяжмаша, МПС, электротехнической и металлургической промышленности.
Научные исследования, опытно-конструкторские работы и достигнутый высокий индустриальный уровень вагоностроительных
заводов позволили осуществить следующие серьезные мероприятия
по повышению технического уровня вагонов:
прекращение постройки грузовых вагонов с поясными тележками и переход на выпуск всех вагонов широкой колеи на тележках
с литыми боковыми рамами и надрессорными балками, что
8
значительно повысило эксплуатационную надежность грузовых
вагонов;
прекращение оборудования грузовых вагонов широкой колеи
чугунными колесами и переход на применение стальных цельнокатаных колес;
внедрение роликовых подшипников в буксах пассажирских и
грузовых вагонов, что резко снизило количество отцепок вагонов в
эксплуатации вследствие неисправностей букс;
широкое использование в вагоностроении низколегированной
стали повышенной прочности, что позволило снизить массу грузовых вагонов, повысить их грузоподъемность и эксплуатационную надежность;
перевод всех вагонов широкой колеи на автосцепку;
внедрение композиционных тормозных колодок, новых тормозных приборов и устройств, обеспечивающих снижение тормозных
путей и повышение срока службы ходовых частей;
применение новых методов сварки, прогрессивных технологических процессов, новых отделочных и теплоизоляционных материалов, качественных лакокрасочных покрытий и т. д.
В последние годы грузоподъемность четырехосных крытых
вагонов, полувагонов и платформ увеличена до 65 тс. Разработаны
конструкции восьмиосных полувагонов грузоподъемностью 125 тс,
восьмиосных цистерн грузоподъемностью 120 тс, специализированных вагонов для перевозки цемента, минеральных удобрений, гранулированной сажи, зерна, горячих окатышей, агломерата, легковых автомобилей. Созданы конструкции большегрузных контейнеров, транспортеров грузоподъемностью до 500 тс, думпкаров
грузоподъемностью до 180 тс, специализированных цистерн для
перевозки кислот, сжиженных газов, пищевых продуктов, сыпучих
и вязких грузов.
С 1965 г. прекращено производство изотермических грузовых
вагонов с устаревшей льдосоляной системой охлаждения и в серийное производство внедрены пятивагонные рефрижераторные
секции с современной машинной системой охлаждения. Такие
секции обеспечивают хорошую сохранность перевозимых грузов.
Значительный качественный скачок сделало пассажирское вагоностроение—осуществлен переход на постройку вагонов с цельнометаллическими кузовами длиною 23,6 м. Часть этих вагонов оборудована установками для кондиционирования воздуха. Все серийно выпускаемые пассажирские вагоны рассчитаны на эксплуатацию со скоростями до 160 км/ч. На Рижском вагоностроительном
заводе организовано производство электропоездов постоянного и
переменного тока, рассчитанных на эксплуатацию со скоростями
До 130 км/ч. Важное значение имела организация на этом заводе
производства отечественных дизель-поездов для местного сообщения. На Рижском и Усть-Катавском вагоностроительных заводах
развивается производство современных вагонов трамвая, а на ММЗ
и лвз — усовершенствованных вагонов метрополитена.
9
В 1961 г. научно-исследовательское бюро вагоностроения
(НИБ) было реорганизовано во Всесоюзный научно-исследовательский институт вагоностроения (ВНИИВ), на который были
возложены функции головного института по осуществлению важнейших научно-исследовательских работ в области создания новых
вагонов прогрессивных типов, а также совершенствования и
унификации выпускаемых вагонов. Наряду с созданием института
были укреплены конструкторские и технологические службы
заводов.
Вопросам дальнейшего развития советского вагоностроения
были посвящены многие решения правительственных органов.
Сейчас вагоностроение нашей страны находится на стадии ускоренного технического развития: созданы пассажирские вагоны и
электропоезда, рассчитанные на скорость 200 км/ч; построены грузовые вагоны повышенной грузоподъемности; создаются высокоэффективные специализированные вагоны магистрального, городского и промышленного транспорта и т. д. Ежегодный выпуск
грузовых вагонов достигает 70—75 тыс.
Дальнейшее развитие вагоностроения тесно связано с прогрессом железнодорожного транспорта и всего народного хозяйства
страны. В целях своевременного выявления и обеспечения потребностей страны в подвижном составе научные организации и заводы
систематически проводят исследования по изысканию перспективных конструктивных решений, обоснованию параметров и типажа
новых вагонов, разработке методов расчета и испытаний, определению долгосрочных планов развития вагоностроения. Важное значение имеют также работы по определению прогрессивных требований к материалам, элементам и оборудованию вагонов, производимым в смежных отраслях промышленности, к выбору и внедрению новых видов материалов и оборудования. Необходимы испытания новых вагонов, текущее улучшение их конструкции и повышение эксплуатационных качеств узлов и элементов выпускаемых
вагонов, совершенствование нормативно-технической базы вагоностроения, усиление роли стандартизации и унификации, повышение
технического уровня и планомерное управление качеством
продукции. Одновременно идут работы по совершенствованию технологии производства вагонов, изысканию и внедрению новых
технологических процессов, оборудования и оснастки, способствующих сокращению материалоемкости и трудоемкости производства, повышению уровня качества и надежности вагонов и т. д.
Научно-исследовательские работы по проблемам вагоностроения координируются и проводятся ВНИИВ, его филиалами и
ЦНИИ МПС с участием других организаций и вагоностроительных
заводов. Важное значение имеет улучшение координации этих
исследований, повышение их целенаправленности и ускорение
сроков внедрения результатов исследований в производство.
10
разработанными ВНИИВ прогнозами установлены осноЁные
направления развития вагоностроения СССР на перспективу. К
числу важнейших направлений относят следующие:
повышение грузоподъемности и вместимости грузовых вагонов
благодаря лучшему использованию допускаемых осевых и погонных нагрузок на путь, а также размеров по основному габариту Т;
совершенствование параметров вагонов с целью их оптимального соответствия структуре и свойствам перевозимых грузов, а
также условиям перевозок на железнодорожном транспорте;
развитие парка специализированных грузовых вагонов магистрального и промышленного транспорта, обеспечивающих сохранность грузов и повышение производительности труда в перевозочном процессе;
систематическое повышение эксплуатационной надежности вагонов и их узлов, связанное с увеличением интенсивности работы
транспорта, повышением скоростей движения, веса поездов и т. д.;
увеличение вместимости, улучшение динамических характеристик и повышение скоростей движения пассажирских вагонов
магистрального и городского рельсового транспорта;
улучшение технико-экономических показателей пассажирских
вагонов, комфортных и санитарно-гигиенических условий;
обеспечение безопасности пассажирских перевозок;
уменьшение массы конструкции вагонов в результате применения высокопрочных сталей и алюминиевых сплавов с хорошими
антикоррозионными свойствами, новых синтетических материалов,
более совершенных конструктивных решений и внедрения новых
технологических процессов;
совершенствование характеристик узлов ходовых частей, тормоза, автосцепного и электрического оборудования вагонов, а
также повышение их экономичности в эксплуатации;
дальнейшее развитие унификации и стандартизации вагонов, их
узлов и деталей.
Конструкции создаваемых вагонов должны обеспечивать комплексную механизацию и автоматизацию погрузо-разгрузочных
работ. Эти конструкции необходимо увязывать с конструкцией
прогрессивных средств механизации грузовых операций. Вагоны
должны быть в максимальной степени приспособленными для
текущего обслуживания, механизированной уборки, очистку,
осмотра и ремонта. Важнейшее значение имеют вопросы всемерной
рационализации и автоматизации производства вагонов с целью
сокращения трудовых и материальных затрат на их изготовление,
обеспечения стабильного и высокого качества всех узлов и элементов конструкции. Объем производства вагонов должен соответствовать возрастающим потребностям народного хозяйства
страны, для чего необходимо развивать производственные мощности и увеличивать выпуск комплектующего оборудования и
материалов.
11
§ 2. КЛАССИФИКАЦИЯ ВАГОНОВ И ИХ ОСНОВНЫЕ
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
Вагоны по своему назначению делят на две основные группы —
пассажирские и грузовые. По условиям эксплуатации их можно
классифицировать следующим образом:
вагоны магистральные, служащие для перевозки пассажиров и
грузов по сети железных дорог Министерства путей сообщения
(МПС);
вагоны промышленного транспорта, предназначенные для эксплуатации на внутризаводских и других промышленных рельсовых
путях; если вагоны промышленного транспорта отвечают и
требованиям, предъявляемым к магистральным вагонам, то по
согласованию с МПС их можно эксплуатировать без ограничения
(или с некоторыми ограничениями) и на магистральных железных
дорогах МПС;
вагоны городского транспорта, обеспечивающие перевозку пассажиров и грузов по городским и, в ряде случаев, пригородным
железнодорожным путям — наземным и подземным.
Вагоны также делят на вагоны широкой и узкой колеи.
Пассажирские вагоны магистральных железных дорог делят на
несамоходные вагоны локомотивной тяги и самоходные.
К вагонам локомотивной тяги относят следующие вагоны:
дальнего следования (купированные или открытого типа) —
для перевозки пассажиров на большие расстояния; в зависимости
от оборудования спальных мест для лежания их называют жесткими или мягкими;
межобластного сообщения — для перевозки пассажиров на
сравнительно небольшие расстояния (до 800—1000 км), главным
образом в дневное время;
пригородного сообщения — для перевозки пассажиров на небольшие расстояния в пределах пригородных зон городов и рабочих поселков;
вагоны-рестораны, обеспечивающие организацию питания пассажиров в пути следования при дальних перевозках;
багажные — для перевозки багажа пассажиров дальнего следования, а также багажа, отправляемого пассажирской скоростью;
почтовые — для перевозки почтовых грузов (писем, посылок и
т. д.);
почтово-багажные — для выполнения комбинированной функции почтовых и багажных вагонов на участках железных дорог с
небольшими пассажирскими перевозками;
вагоны для туристов (двухэтажные), имеющие на первом этаже
купе отдыха со спальными местами, а на втором этаже — салон с
креслами под остекленным куполом;
вагоны-электростанции, предназначенные для централизованного питания электроэнергией (в поездах дальнего следования)
12
всех систем пассажирских вагонов, не имеющих индивидуального
источника электроснабжения;
специальные вагоны — вагоны-лаборатории, служебные, санитарные, вагоны-клубы, вагоны-выставки и др.
К самоходным магистральным пассажирским вагонам относят
следующие вагоны:
электропоездов — главным образом для пригородного и местного сообщения;
дизель-поездов — для пригородного и местного сообщения на
неэлектрифицированных линиях;
автомотрисы (автономные самоходные вагоны) — для перевозки
пассажиров на участках железных дорог с небольшими пассажирскими перевозками.
К грузовым вагонам магистральных железных дорог относят:
универсальные — для перевозки грузов широкой номенклатуры;
специализированные — для перевозки одного или нескольких
близких по характеру грузов.
По типам конструкции различают:
платформы — для перевозки длинномерных и громоздких грузов, контейнеров, леса, металлопроката, автомашин и других грузов, не требующих защиты от атмосферных воздействий;
полувагоны — для перевозки руды, угля, лесоматериалов и
других грузов, не требующих защиты от атмосферных воздействий;
крытые вагоны — для перевозки зерна, упакованных штучных
и ценных грузов, скота и других грузов, нуждающихся в защите от
атмосферных воздействий;
цистерны — для перевозки жидкостей (нефтепродуктов, кислот,
сжиженных газов), некоторых порошкообразных сыпучих грузов и
т. п.;
хопперы и бункерные саморазгружающиеся вагоны — для перевозки массовых сыпучих, порошкообразных, кусковых и полужидких грузов;
изотермические вагоны — для перевозки скоропортящихся,
главным образом пищевых грузов (мяса, рыбы, молока, фруктов и
т. п.);
транспортеры (специальные многоосные вагоны) — для перевозки таких грузов, которые по габаритным размерам или массе
невозможно перевозить в обычных вагонах.
Пассажирские и грузовые магистральные вагоны могут быть
как общесетевыми, так и с ограниченной сферой применения,
главным образом в зависимости от их габаритных размеров.
К вагонам промышленного транспорта относят вагоны-думпкары, саморазгружающиеся вагоны-самосвалы, предназначенные
главным образом для горнорудных предприятий и угольных разработок, а также все специальные грузовые вагоны, эксплуатируемые на промышленных предприятиях без права выхода (или с
правом выхода) на магистральные пути МПС.
13
К вагонам городского транспорта относят:
трамвайные вагоны — для перевозки населения (в городах и
ближайших пригородах) по рельсовым путям, оборудованным
контактной подвеской;
вагоны метрополитена — для массовой перевозки пассажиров
на линиях метрополитена, оборудованных третьим токоведущим
рельсом.
Всем вагонам, находящимся в серийном производстве, обязательно присваивают номер модели, который состоит из двух частей:
первая часть содержит два знака — номер подгруппы и вид согласно общесоюзному классификатору промышленной и сельскохозяйственной продукции; вторая часть содержит индекс конструкторской документации изделия. Граничные значения индексов для каждого предприятия устанавливает ВНИИВ.
Конкретные эксплуатационные и технико-экономические характеристики вагонов зависят от обоснованного выбора их параметров и конструктивного исполнения. Наиболее важными параметрами, характеризующими эффективность грузовых вагонов,
являются грузоподъемность, вес тары, количество осей, объем
кузова, площадь пола, длина вагона и другие его линейные размеры, а также производные этих параметров — коэффициент тары,
удельный объем или удельная площадь, нагрузка от колесной пары
на рельсы (осевая нагрузка) и погонная нагрузка на путь.
Первостепенное значение имеет проблема снижения тары вагонов, так как ее решение позволяет снизить затраты материалов на
изготовление вагонов, сократить расходы в эксплуатации на
перевозку тары вагонов и повысить их грузоподъемность в пределах допускаемой нагрузки от колесной пары на рельсы. Все это
способствует увеличению провозной способности железных дорог.
Снижения тары вагонов при одновременном повышении грузоподъемности и эксплуатационной надежности можно достигнуть в
результате более рациональной конструкции узлов и деталей;
уменьшения динами шских усилий совершенствованием ходовых
частей и поглощающих аппаратов автосцепки; применения низколегированных сталзй повышенной прочности и коррозионной
стойкости, высокопрочных алюминиевых сплавов и пластмасс. Эту
задачу можно также решить, совершенствуя технологию изготовления вагоноз, применяя прогрессивные методы сварки и
сборки узлов, поверхностное упрочнение, оплавление и обработку
наиболее ответственных сварных швов, точное литье и т. д. Эффективность снижения тары характеризуют коэффициентом тары —
отношением веса тары вагона к грузоподъемности. Различают:
технический или конструктивный коэффициент тары kT = T/P,
где Т — вес тары; Р — номинальная грузоподъемность;
погрузочный коэффициент тары, учитывающий фактическое
использование грузоподъемности вагона, kn = Т/Рλ, где λ —
коэффициент использования грузоподъемности; Рλ — статическая нагрузка вагона;
14
эксплуатационный коэффициент тары, учитывающий степень
использования вагона с учетом дальности перевозок и порожнего
пробега
T (1   ïîð )
,
ký 
Ðäèí
где апор — коэффициент порожнего пробега; Рдин — средняя динамическая нагрузка груженого вагона, определяемая делением
тонно-километровой работы на пробег в вагоно-километрах.
При проектировании и эксплуатации вагонов следует стремиться к тому, чтобы все три коэффициента тары имели минимальное значение и по возможности мало различались.
Коэффициенты тары в значительной мере зависят от удельного
объема или удельной площади. Удельным объемом называют отношение объема кузова к грузоподъемности вагона:
Vï
V
Vó 

P
Ð 
где V — полный расчетный объем кузова, м3; Р — грузоподъемность, тс; Vn — полезный объем, м3; φ — коэффициент использования
расчетного объема, φ = Vп/V.
Для платформы характерным параметром является удельная
площадь — отношение площади пола к номинальной грузоподъемности:
Vï
F
'
Fó 

P
F  H 
где F — полная площадь пола, м2; Н — высота груза, м.
Для специализированных вагонов, предназначенных для перевозки груза с одинаковым удельным (объемным) весом у, тс/м3,
необходимый удельный объем или удельную площадь определяют
из выражений
Vï
1
Vó 

     H
Для универсальных вагонов, рассчитанных на перевозку грузов
большой номенклатуры, трудно добиться полного использования
объема и грузоподъемности при перевозке различных грузов.
Поэтому для универсальных вагонов Vy и fy определяют как
оптимальные величины для всего грузооборота (по методике и
формулам, предложенным Л. А. Коганом).
По приведенным формулам устанавливают долю в грузоооороте
и необходимые при перевозке удельные объемы Ку.г и удельные
площади fу6 каждого груза, планируемого для перевозки в вагоне
данного типа. Сгруппировав грузы, близкие по значениям Vу.г
15
и fу.г, определяют степень использования λ грузоподъемности вагона
в зависимости от Vy и f. Тогда
где аи — доля в грузообороте грузов, при перевозке которых используется грузоподъемность вагона при данных Vу и fу, ан — доля в
грузообороте грузов, при перевозке которых, недоиспользуется
грузоподъемность вагона при данных Vy и fу
Коэффициент λ использования грузоподъемности и соответственно средневзвешенные статические и динамические нагрузки
можно также рассчитать, корректируя статическую нагрузку в зависимости от изменения полезного объема (для одних грузов) или
площади (для других грузов) и предельной грузоподъемности (для
остальных грузов).
Оптимальным удельным объемом Vу.опт является объем, соответствующий минимальным приведенным затратам, определяемым
выражением
С + ЕнК,
где С — себестоимость перевозок; К — капитальные затраты на
внедрение нового вагона; Ен — нормативный коэффициент эффективности.
Одним из важнейших параметров вагона является грузоподъемность. Увеличение грузоподъемности позволяет повысить производительность вагона в единицу времени, увеличить веса поездов,
улучшить использование мощности локомотивов и станционных
устройств, снизить расходы на маневровую работу, текущее содержание, обслуживание вагонов и т. д. В конечном счете все это
приводит к увеличению провозной способности железных дорог и
снижению себестоимости перевозок. В современных условиях
повышение статической нагрузки вагонов на 1 % позволяет увеличить средний вес грузового поезда (нетто) примерно на 15 тс, а
повышение веса поезда на 10% сокращает себестоимость перевозок примерно на 2%.
Грузоподъемность можно определять исходя из структуры
грузооборота и рационального использования габарита подвижного состава. Тогда
Где Vгаб — возможный объем кузова по габариту, м3; Vу.опт –
оптимальный удельный объем, определенный для данного грузооборота,м3/тс.
Грузоподъемность можно также определять по допускаемой осевой
нагрузке. Тогда
где Р0 — допускаемая осевая нагрузка, тс; т — количество осей в вагоне;
kT — технический коэффициент тары вагона.
Наконец, грузоподъемность можно определять исходя из допускаемой максимальной нагрузки вагона, приходящейся на 1 м пути
(погонной нагрузки). Тогда
где L — проектная длина вагона по осям сцепления автосцепок, м; qn —
допускаемая погонная нагрузка на путь от брутто вагона, тс/м.
Экономичность вагона зависит от его конструкции, которая должна
иметь минимальную стоимость и обладать высокими эксплуатационными качествами. Особенно важное значение имеет степень
приспособленности вагона для быстрого выполнения погрузочноразгрузочных операций с минимальными затратами труда. Данные
эксплуатации показывают, что грузовой вагон в среднем около 35%
времени оборота находится в простое под погрузкой и выгрузкой.
Поэтому совершенствование конструкции грузовых вагонов должно
быть направлено на сокращение доли времени оборота, затрачиваемого
на .погрузочно-разгрузочные операции.
Основные линейные размеры грузового вагона необходимо
определять из условия вписывания в заданный габарит, удобной
погрузки и выгрузки, рационального размещения и обеспечения
сохранности грузов, наилучшего взаимодействия с другим подвижным
составом и максимального использования допускаемых осевых и
погонных нагрузок на путь.
Важнейшие параметры пассажирских вагонов следующие: вес тары;
вместимость (расчетная населенность); линейные размеры (длина и др.);
скорость движения; ускорение разгона и т. д. Для сравнения различных
конструкций удобны такие удельные показатели, как масса тары на одно
пассажирское место (на одного расчетного пассажира), масса тары на
единицу длины или площади горизонтальной проекции вагона,
вместимость на единицу длины, мощность тяговых двигателей на ось, и
т. д.
При оценке технико-экономических показателей пассажирских
вагонов необходимо учитывать уровень их комфортабельности,
обеспечения эргономических, санитарных и эстетических требований.
Естественно, например, что вес тары и стоимость вагона с
кондиционированием воздуха будет выше, чем те же параметры
17
16
вагона с обычной вентиляцией. Однако и проезд в таком вагоне
значительно удобнее. Возникают определенные трудности при количественной оценке экономической эффективности мероприятий
по совершенствованию конструкции пассажирских вагонов, направленных на улучшение комфортно-санитарных условий проезда,
увеличение его скорости и безопасности движения. Поэтому во
многих случаях пока не удается получить абсолютную техникоэкономическую характеристику новой конструкции в конкретной
форме народнохозяйственного эффекта и строго экономически
обосновать выбор оптимальных параметров пассажирских вагонов.
Исследования по разработке более совершенных методов оценки
экономической эффективности пассажирских вагонов проводятся
во ВНИИВ и других организациях.
В эксплуатации определяющим показателем совершенства конструкции вагона является себестоимость перевозок груза или пассажиров в заданных условиях. В общем случае критерием оптимальности конструкции вагона являются минимальные приведенные народнохозяйственные затраты на выполнение транспортных
операций расчетного объема. Лучшим считают вагон с параметрами, при которых приведенные затраты наименьшие, а народнохозяйственный экономический эффект — наибольший.
Народнохозяйственный экономический эффект от производства
и использования нового или усовершенствованного вагона
(1)
где Цб — цена базисного вагона (руб.), скорректированная с учетом
фактических затрат, соответствующих году начала освоения
производства нового вагона, и установленного для вагона этого
типа норматива рентабельности; а — коэффициент эквивалентности, характеризующий относительное изменение производительности нового вагона с учетом расчетного срока службы вагона;
∆С — изменение себестоимости производства одного нового вагона
(в год начала его освоения) по сравнению с базисным; Ен — нормативный коэффициент эффективности в отрасли вагоностроения;
∆К — удельные дополнительные капитальные затраты, связанные с
созданием и организацией производства нового вагона; И'6 и И'н —
годовые текущие издержки без учета отчислений на амортизацию
соответственно базисного и нового вагонов; Рам н — коэффициент
отчислений на реновацию при использовании нового вагона; Е'н—
нормативный коэффициент эффективности для жел.-дор. транспорта;
К'б и К'н — дополнительные капитальные затраты, сопутствующие
применению соответственно нового и базисного вагонов, исходя из
объема перевозок при использовании нового вагона.
18
Коэффициент
(2)
где Пн и Пб — годовая производительность вагона, соответственно
нового и базового; Тн и Тб — срок службы соответственно нового и
базового вагона с учетом его морального износа. Для грузовых,
почтовых и багажных вагонов
(3)
где
— средняя динамическая нагрузка груженого вагона; R'
— рейс груженого вагона; kp — коэффициент, учитывающий время
нахождения вагона вне рабочего парка; 0В — оборот вагона.
Для пассажирских вагонов
(4)
где М — средняя населенность вагона; S — среднесуточный пробег
вагона.
Важным параметром, учитываемым при проектировании новых
вагонов, является лимитная цена, которая служит экономическим
показателем предельно допустимого уровня народнохозяйственных
затрат с учетом технико-экономических показателей нового
изделия. Лимитная цена
(5)
где В — коэффициент удешевления, связанный со снижением издержек производства нового изделия после освоения его серийного
выпуска (обычно В = 0,8-^0,95).
Оптовую цену на новый вагон устанавливают с учетом нормативной рентабельности. Как правило, оптовая цена существенно
ниже лимитной цены.
19
Глава II
ОСНОВНЫЕ ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВАГОНОВ
§ 3. ПРОЦЕСС СОЗДАНИЯ НОВЫХ ВАГОНОВ
Вагоны являются важнейшим элементом железнодорожной
транспортной системы. Для наилучшего обеспечения наиболее
экономичной, слаженной и эффективной работы транспорта элементы транспортной системы должны отвечать определенным
взаимоувязанным требованиям. В общем случае к вагонам предъявляют требования, предусматривающие обеспечение:
надежной и безопасной эксплуатации в заданных условиях;
необходимых технико-экономических показателей перевозки;
прогрессивных технических характеристик и параметров;
необходимого взаимодействия с другими видами подвижного
состава;
согласованности с конструкцией и параметрами пути, сооружений средств сигнализации и связи, погрузочно-разгрузочных
устройств, ремонтных предприятий и т. п.
При разработке конкретной конструкции вагона учитывают
также различные дополнительные и специальные требования, связанные с типом вагона, его назначением, сферой эксплуатации и
другими условиями.
Последовательность этапов создания и постановки на промышленное производство новых вагонов определена ГОСТ 15.001—73.
Для определения возможности и сроков создания вагонов новой
конструкции и их экономической целесообразности заказчик при
выявлении технической потребности в поставке новых вагонов составляет заявку с указанием лимитной (максимальной) цены.
Заявку на важнейшие изделия (вагоны новых типов) подписывает
руководство министерства-заказчика, а на остальные изделия
(узлы, элементы) — руководство соответствующего управления
или объединения. Заявку направляют ведущему институту
(ВНИИВ) и предполагаемому заводу-изготовителю, которые в месячный срок подготовляют заключение. С заключением института
заявку представляют в Министерство тяжелого и транспортного
машиностроения (Минтяжмаш) для принятия решения.
Конструкторскую документацию на новые вагоны разрабатывают в соответствии с требованиями стандартов Единой системы
конструкторской документации (ЕСКД). Последовательность разработки конструкторской документации принимают в соответствии
20
с ГОСТ 2.103—68 «Стадии разработки», а характер и содержание
документации — в соответствии с ГОСТ 2.102—68 «Виды и комплектность конструкторских документов».
Первой стадией конструкторской разработки документации
является составление технического задания. Основные требования
к разработке, согласованию и утверждению технических заданий
определены ГОСТ 15.001—73. Техническое задание является исходным документом для разработки конструкции и технической документации. Как правило, техническое задание разрабатывает головной проектировщик изделия (ведущий институт или завод).
Техническое задание может разработать и организация заказчика
до включения данной работы в план организации поставщика,
однако впоследствии его согласовывают с разработчиком в установленном порядке. Техническое задание на создание новых вагонов согласовывают с заказчиком и другими заинтересованными
организациями, а затем представляют на утверждение в Минтяжмаш или в установленные им организации. Если создание нового
вагона возможно только при наличии соответствующих новых
комплектующих изделий, то одновременно разрабатывают заявки и
технические задания на такие изделия.
Техническое предложение — совокупность конструкторских документов, содержащих технические и технико-экономические обоснования целесообразности разработки изделия на основании
анализа технического задания и различных возможных вариантов
создания данного вагона (узла, элемента), сравнительной оценки
различных решений с учетом конструктивных и эксплуатационных
особенностей, а также патентных материалов. Техническое
предложение разрабатывает завод-изготовитель. После согласования и утверждения оно служит основанием для разработки эскизного (технического) проекта. В практике вагоностроения этап
технического предложения часто опускают, т. е. на основе технического задания сразу разрабатывают эскизный (или технический)
проект.
Эскизный проект — совокупность основных конструкторских
документов, которые содержат характеристику принципиальных
конструктивных решений и дают общее представление об устройстве вагона и его главных узлов, а также определяют назначение,
важнейшие параметры и габаритные размеры разрабатываемой
конструкции.
Эскизный проект после обсуждения, согласования и одобрения
служит основой для разработки технического проекта и рабочей
конструкторской документации. Иногда для ускорения сроков
создания новой техники эскизный проект можно не выполнять,
если основные принципиальные параметры разрабатываемого
вагона достаточно ясны из согласованного ранее технического
задания или технического предложения.
Технический проект — важнейшая творческая стадия создания
новой конструкции вагона. Технический проект должен со-
21
держать окончательные технические решения по всем узлам и основным элементам конструкции и давать полное представление об
устройстве вагона, работе его механизмов и систем, применяемых
материалах, стандартных и заимствованных деталях и т. д. На
стадии технического (или эскизного) проекта выполняют необходимые (в том числе технико-экономические) расчеты, исследования и обоснования. В отдельных случаях изготовляют модели и
макетные образцы вагона или его узлов и проводят их испытания.
Объем и содержание технического проекта должны соответствовать
ГОСТ 2.102—68 и быть достаточными для разработки рабочей
конструкторской документации. На стадии технического проекта
составляют проект карты технического уровня (ГОСТ 2.116—71) и
согласовывают применение покупных изделий (ГОСТ 2.117—71).
В процессе конструкторской разработки необходимо анализировать и использовать результаты специальных научно-исследовательских работ, достижения отечественной и зарубежной науки и
техники, данные патентной и технической информации, рекомендации отраслевых и смежных НИИ, сведения об эксплуатационной надежности и аттестации качества вагонов-аналогов, технические требования заказчика и т. п.
На всех этапах конструкторской разработки необходимо проверять вагон в целом, отдельные его узлы и агрегаты на патентоспособность и своевременно оформлять заявки на изобретения.
При разработке конструкции вагона следует предусматривать
применение прогрессивных материалов, способов изготовления и
монтажа, стандартизированных и унифицированных деталей, а
также экономичных норм расхода материалов. При конструировании необходимо учитывать действующие нормы для расчета и
проектирования вагонов, стандарты и другую нормативно-техническую документацию.
Разработанный технический проект вагона завод направляет на
экспертное заключение головному отраслевому институту —
ВНИИВ. По результатам экспертизы составляют заключение,
вместе с которым завод представляет технический проект на согласование заказчику. После этого согласования технический
проект утверждает руководство завода-разработчика или вышестоящая организация.
На основе утвержденного технического проекта разрабатывают
рабочую документацию опытного образца (опытной партии). Рабочую документацию составляют в соответствии с ГОСТ 2.102—68 и
другими стандартами. Документацию разрабатывают, как правило,
завод-изготовитель. В обоснованных случаях допустима разработка
рабочей документации проектно-конструкторской орга-зацией (или
другим заводом) с обязательным привлечением конструкторов и
технологов завода-изготовителя. Рабочая документация должна
содержать все необходимые данные для изготовления изделия в
условиях конкретного производства завода-изготовителя
22
и учитывать замечания, рекомендованные в экспертном заключении института. Одновременно уточняют и дополняют проект карты
технического уровня (ГОСТ 2.116—71).
Рабочую техническую документацию утверждает руководство
завода-изготовителя, после чего ее можно использовать при постройке опытной партии (опытного образца) вагонов. Изготовленный опытный образец вагона (опытную партию) принимает ОТ К
завода-изготовителя и заводская инспекция заказчика.
Для проверки и отработки конструкции нового вагона опытный
образец (опытную партию) согласно ГОСТ 15.001—73 подвергают
следующим основным испытаниям: предварительным (заводским),
приемочным (межведомственным).
Предварительные (заводские) испытания опытных вагонов проводят для определения соответствия конструкции техническому
заданию и технической документации и решения вопроса о пригодности изделия для приемочных (межведомственных) испытаний.
В процессе заводских испытаний вагона, как правило, проверяют
прочность конструкции, ходовые качества и другие функциональные характеристики работоспособности и ремонтопригодности.
Отдельные виды испытаний, например тормозные, можно не проводить, если схема и конструкция тормозных устройств нового
вагона, а также его соответствующие параметры полностью совпадают с конструкцией тормоза вагона-прототипа, хорошо зарекомендовавшей себя в эксплуатации.
Заводские испытания опытного образца нового вагона проводят
по программе и методике, разработанной с учетом требований
ГОСТ 2.106—68 и технических условий на данный вагон, являющихся неотъемлемой частью комплекта технической документации
(ГОСТ 2.114—70). Программу и методику испытаний разрабатывает и утверждает завод-изготовитель данного вагона по согласованию с ВНИИВ и заказчиком. В отдельных случаях (принципиально новая конструкция, несколько изготовителей и т. д.)
программу испытаний может разрабатывать ВНИИВ.
Предварительные (заводские) испытания опытного образца
нового вагона, как правило, организует и проводит завод-изготовитель с привлечением при необходимости представителей заводовсоисполнителей (например, поставщиков комплектующего оборудования), ВНИИВ и других организаций. При отдельных видах
заводских испытаний в эксплуатационных условиях (ходовые, динамико-прочностные, тягово-энергетические и т. п.) условия этих
испытаний согласовывают с заказчиком в процессе разработки их
программы. Объем и сроки испытаний определяют по утвержденной программе, при этом учитывают опыт ранее проведенных
испытаний, возможности использования прогрессивной техники,
Ускоренных методов и т. д. Результаты проведенных заводских
испытаний опытного образца вагона обычно излагают согласно
требованиям ГОСТ 19600—74 в научно-техническом отчете (отчетах) или акте (актах).
23
На основании результатов заводских испытаний решают вопросы о необходимости корректировки рабочей технической документации, изготовления нового опытного образца и повторных
испытаний или о возможности представления (готовности) конструкции к межведомственным (приемочным) испытаниям.
В последнем случае завод-изготовитель оформляет акт заводских испытаний и уведомление о готовности опытного образца к
сдаче приемочной (межведомственной) комиссии. Минтяжмаш
проводит необходимые согласования с заинтересованными организациями и подготовляет приказ об организации межведомственной
комиссии и о сроках проведения приемочных испытаний.
Приемочные (межведомственные) испытания опытного образца
вагона проводят для определения соответствия изделия требованиям технической документации и возможности постановки его на
промышленное производство. Приемочные испытания должны
учитывать результаты заводских испытаний и обеспечивать проверку уровня качества опытного вагона. Приемочные испытания
проводят по программе, разработанной заводом-изготовителем,
согласованной с ВНИИВ и заказчиком и утвержденной Минтяжмаш (или другим Министерством, если завод-изготовитель не входит в систему Минтяжмаша).
Приемочная (межведомственная) комиссия проводит испытание
опытного вагона и составляет протокол, в котором дает оценку
соответствия конструкции требованиям технической документации,
а также выносит решение о присвоении категории качества изделию
и принятии (или непринятии) его к промышленному производству.
Если опытный образец приняли к производству, то это оформляют
актом приемки, а если нет, то в протоколе комиссии фиксируют
основные недостатки конструкции и дорабатывают ее. По
результатам заводских и приемочных испытаний опытного образца
с учетом замечаний межведомственной комиссии заводизготовитель отрабатывает техническую документацию для серийного производства. В целях сокращения сроков создания новой
техники подготовку производства нового вагона следует начинать
на заводе-изготовителе (и смежных предприятиях), как правило,
сразу после утверждения технического проекта. Для конструкций
вагонов, предназначенных к крупносерийному производству, по
отработанной технической документации сначала изготовляют
установочную серию (первую промышленную партию) вагонов.
При необходимости вагоны установочной серии подвергают дополнительным испытаниям.
При организации производства вагонов данной конструкции на
нескольких предприятиях всю рабочую документацию хранят на
головном заводе, являющемся калькодержателем. Другим заводам,
выпускающим то же изделие или его части (узлы), передают
дубликат этой документации. Все изменения в конструкцию
данного вагона имеет право вносить в установленном порядке
только головной завод, который обязан своевременно уведомлять
24
об этом другие предприятия и ВНИИВ. Предложения других
заводов о внесении изменений в техническую документацию подлежат обязательному согласованию с головным заводом.
Следовательно, процедура создания новых конструкций вагонов
является достаточно сложной и многоступенчатой. Естественно, что
во всех случаях необходимо стремиться к возможному сокращению
сроков и стоимости работ по созданию новой вагонной техники.
Однако при этом нельзя допускать поспешности и недостаточно
тщательной отработки конструкции, так как неудовлетворительная
работоспособность или низкая надежность вагона могут принести
значительные убытки в эксплуатации.
Систематическое совершенствование процесса создания новой
техники, улучшение материально-технической оснащенности заводов и институтов, внедрение передовых научно-технических достижений способствуют сокращению сроков создания, отработки и
внедрения в производство новых вагонов.
§ 4. ТРЕБОВАНИЯ К ГАБАРИТНЫМ РАЗМЕРАМ ВАГОНОВ
Возможные размеры вагонов зависят от установленных на железных дорогах габаритов. Смысл габаритных ограничений состоит
в обеспечении безопасности работы железнодорожного транспорта.
Для этого, в частности, необходимо, чтобы исправный подвижной
состав во всех случаях не мог войти в соприкосновение с
различными стационарными сооружениями, построенными вблизи
железнодорожного пути, или с другим подвижным составом, расположенным на параллельном пути.
Габариты приближения строений и подвижного состава магистральных железных дорог колеи 1520 (1524) мм для линий, скорости движения на которых не превышают 160 км/ч, установлены
ГОСТ 9238—73. Для линий и участков железных дорог, на которых
реализуются скорости свыше 160 км/ч, эти габариты устанавливают согласно дополнительным указаниям МПС. Габаритом
подвижного состава железных дорог называют предельное поперечное перпендикулярное оси пути очертание, в котором, не выходя наружу, должен помещаться установленный на прямом горизонтальном пути как в порожнем, так и в нагруженном состоянии не только новый подвижной состав, но и подвижной состав,
имеющий максимальные нормируемые допуски и износы, за исключением бокового наклонения на рессорах. Пространство (зазор)
между контурами габарита приближения строений и габарита
подвижного состава предназначено для компенсации возможных в
эксплуатации смещений, колебаний и наклонений подвижного
состава. Требования ГОСТ 9238—73 обязательны как при постройке нового подвижного состава, так и при его модернизации.
ГОСТ 9238—73 предусматривает шесть габаритов (рис. 1—4) Для
подвижного состава различного назначения.
25
K5_L_ _____ 'Ш-
Рис. 2. Габариты подвижного состава (верхние очертания):
а — габарит 0-Т; б — габарит 01-Т
Рис. 1. Габариты подвижного состава (верхние очертания):
о — габарит Т; б — габарит 1-Т
Наибольшие размеры площади поперечного сечения (рис. 1, а)
имеют вагоны, эксплуатируемые на отдельных реконструированных
участках сети железных дорог СССР и МНР. В частности, по
очертаниям основного контура этого габарита строят вагоны
пригородных электропоездов, грузовые вагоны отдельных типов для
магистрального и промышленного транспорта. По очертаниям,
показанным штриховыми линиями (аа-^бвг; аа^, б^г; д^ и е-^жзи,
рис. 1, а), вагоны этого габарита можно строить только по особому
разрешению МПС, а вагоны промышленного транспорта— по
разрешению соответствующего ведомства, согласованному с
МПС. При постройке подвижного состава по очертанию д, е его
строительная ширина в интервале высот от 330 (340) до 1270 мм,
считая от головки рельса, не должна быть более 3250 мм. При постройке вагонов по очертанию д1е1 их строительная ширина в интервале высот от 340 (350) до 1370 мм, считая от головки рельса, не
должна быть более 3600 мм. Если при расчетах соответствующие
размеры получились менее 3250 или 3600 мм, то их принимают
за строительные.
Габарит 1-Т (рис. 1, б) предназначен для подвижного состава,
допускаемого к обращению по всей сети железных дорог СССР и
МНР. При этом по контуру аа1бвг и ежкги подвижной состав
можно строить в каждом отдельном случае только по разрешению
МПС или соответствующего ведомства. Строительная ширина вагонов по габариту 1-Т в интервале высот от уровня головки рельса
от 330 (340) до 1270 мм не должна быть более 3250 мм. Если при
расчетах ширина вагона в этой зоне получится менее 3250 мм, то в
качестве строительного размера принимают расчетный.
Габарит 0-Т (рис. 2, а) применяют для вагонов и локомотивов,
обращающихся по всем железным дорогам СССР и МНР, а также
по отдельным реконструированным линиям других стран—участ-
26
ниц. Организации сотрудничества железных дорог (ОСЖД). По
классификации ОСЖД габарит 0-Т обозначают 1-ВМ. Строительная
ширина подвижного состава габарита 0-Т в интервале высот от 430
до 1160 мм, считая от уровня головки рельса, не должна превышать
3250 мм. Если при расчетах она получится менее 3250 мм, то в
качестве строительного размера принимают расчетный.
Габарит 01-Т (рис. 2, б) предусмотрен для подвижного состава,
предназначенного для эксплуатации на всех линиях железных
дорог стран ОСЖД (кроме второстепенных участков). Этот габарит
по классификации ОСЖД обозначают 0-ВМ. Габарит 02-Т (рис. 3,
а) предусмотрен для подвижного состава, обращающегося по всем
без исключения линиям железных дорог стран ОСЖД, а также
железным дорогам ФРГ, Австрии, СФРЮ, Греции и европейской
части Турции. Габарит 03-Т (рис. 3, б) предназначен для
локомотивов и вагонов, допускаемых к обращению по железным
Рис. 3. Габариты подвижного состава (верхние очертания; А вень верха
головки рельса): О — габарит 02-Т; б — габарит 03-Т
уро-
27
1875
то
1380
960
871,5
Приведенные на рис. 4, 5 и 6 схемы определяют наиболее
жесткие требования к габаритным размерам нижней части подвижного состава, эксплуатируемого на железных дорогах СССР и других стран, с учетом путей механизированных сортировочных горок
(при любом положении вагонных замедлителей), а также путей с
устройствами для перемещения вагонов. При прочих равных
условиях целесообразно проектировать подвижной состав по наиболее просторному габариту, допустимому для предполагаемой
сферы обращения, так как это позволит обеспечить более выгодные технико-экономические характеристики вагонов.
Для проверки вписывания проектируемого вагона в габарит
определяют строительное очертание подвижного состава, под которым понимают поперечное перпендикулярное к пути очертание.
Из этого очертания не должна выступать ни одна часть вновь построенного подвижного состава, стоящего в порожнем состоянии
на прямом горизонтальном пути, при совмещении продольной пло-
Рис. 4. Габариты подвижного состава (нижние очертания):
а — габарит Т; б —- габарит 1-Т
дорогам всех стран Европы и Азии. Очертания этого габарита
практически совпадают с общим габаритом грузовых вагонов,
установленным в рамках МСЖД *.
Нижние части габаритов подвижного состава имеют несколько
контуров очертаний в зависимости от предъявляемых к вагону
требований по проходу путей сортировочных горок, вагонных замедлителей и других путевых устройств. Кроме того, нижняя часть
всех габаритов имеет три предельные линии: для подрессоренных
частей кузова — сплошная линия, для подрессоренных частей
тележки — штриховая линия и для неподрессоренных частей —
штрихпунктирная линия. На чертежах нижних очертаний габаритов
Т и 1-Т размеры по вертикали, показанные в скобках (рис. 4),
принимают только для пассажирских вагонов, вагонов
электропоездов и дизель-поездов (кроме почтовых, багажных и
двухэтажных). На чертежах нижних очертаний габаритов 0-Т, 01-Т,
02-Т и 03-Т размеры в скобках указаны для подвижного состава
железных дорог колеи 1435 мм. Углубление по линии лмн
допускается только для предохранительных скоб тормозных тяг
(центральная часть нижних очертаний габаритов).
* МСЖД — Международный союз железных дорог — организация, объединяющая железные дороги многих стран Европы, Африки и Азии.
1625
Рис, 5. Габариты подвижного состава (иижиие очертания): а — габарит 0Т; б — габарит Q1-T
29
28
Рис. 6. Габариты подвижного состава (нижние очертания):
а — габарит 02-Т; б — габарит 03-Т
скости симметрии экипажа с осью пути. Вертикальные размеры
габарита подвижного состава поверху являются одновременно и
максимальными допустимыми строительными размерами, которые
может иметь проектируемый вагон в ненагруженном состоянии.
Для изотермических (рефрижераторных) вагонов, пассажирских
вагонов и отдельных специализированных вагонов под ненагруженным понимают такое состояние, когда отсутствует не только
полезная нагрузка, но и экипировочная нагрузка — топливо, вода,
смазка, песок, лед и др.
Наименьшие допускаемые вертикальные строительные размеры
подвижного состава по нижней части получают соответствующим
увеличением вертикальных размеров габарита в связи с возможным в эксплуатации понижением расположения элементов стоящего подвижного состава вследствие максимально допустимого
износа ходовых частей и статического прогиба рессорного подвешивания при полной расчетной нагрузке. Учитывают допустимое
30
снижение толщины обода колес, разрешаемое уменьшение радиуса
колесного центра (для бандажных колес), износ осевой шейки и
буксового подшипника (для букс скольжения), износ опорных
поверхностей (балансиры, пятники, подпятники, элементы подвески и опорные скользуны).
Величины статического прогиба в расчетах понижения порожнего (ненагруженного) подвижного состава при определении размеров нижней части строительного очертания принимают следующими: для грузовых вагонов 10 мм; для пассажирских вагонов в
надбуксовом подвешивании 5 мм, в центральном 10 мм; для
вагонов электропоездов и дизель-поездов в надбуксовом подвешивании 10 мм, в центральном 15 мм.
Для подвижного состава, в процессе эксплуатации которого
возможно применение колесных пар разного диаметра по кругу
катания, вертикальные размеры строительного очертания определяют в верхней части по максимальному диаметру колес, в нижней
части — по минимальному. При расчете понижений подрессоренных узлов и элементов подвижного состава на пневмоподвешивании вместо статического прогиба рессор порожнего вагона и их
прогиба от расчетной нагрузки учитывают возможное расположение экипажа при отключении пневморессор. В необходимых случаях (например, для транспортеров) учитывают также собственную
упругую деформацию элементов несущей металлоконструкции
подвижного состава.
Максимальные допускаемые горизонтальные строительные размеры подвижного состава получают уменьшением поперечных
размеров габарита подвижного состава с каждой стороны на величины ограничений Е0, Ев и Еп — поперечных смещений при вписывании в кривую расчетного радиуса с учетом наибольших допускаемых износов ходовых частей.
На некоторой высоте Н над уровнем верха головки рельса
допускаемая ширина подвижного состава
2В = 2(В0-Е),
(6)
где В0 — половина ширины габарита подвижного состава на рассматриваемой высоте Н; Е — одно из указанных ограничений.
Для поперечных сечений, имеющих наименьшие поперечные
смещения относительно оси пути (сечения по пятникам или направляющим осям), допустимая строительная ширина подвижного
состава
(7)
Поперечные сечения вагона, расположенные между направляющими сечениями, при прохождении кривого участка пути
имеют смещение внутрь кривой относительно оси пути. Поэтому
соответствующее ограничение Ев ширины строительного очертания для этих сечений называют внутренним. Ограничение
(8)
31
Для среднего По длине сечения вагона расчетное внутреннее
ограничение габарита
Ерс = 0,5 (s - d) + q + w + [0,25k2 (l2 + р2) - 180] - k + a.
Поперечные сечения экипажа, расположенные снаружи направляющих сечений, т. е. на консольных частях конструкции,
имеют в кривых относительно оси пути смещение (вынос) наружу
кривой. Соответствующее ограничение Ен строительной ширины
вагона для этих сечений называют наружным. Ограничение
(9)
В приведенных формулах приняты следующие обозначения:
s — максимальная ширина колеи в кривой расчетного радиуса, мм;
d — максимальное расстояние между наружными гранями
предельно изношенных гребней бандажей колесной пары,
мм;
q — наибольшее возможное поперечное смещение в направляющем сечении в одну сторону из центрального положения рамы тележки относительно колесных пар вследствие зазоров при максимальных износах в буксовом узле
и узле сочленения рамы тележки с буксой, мм;
w — наибольшее возможное поперечное смещение в направляющем сечении в одну сторону из центрального положения кузова относительно рамы тележки вследствие зазоров при максимальных износах и упругих колебаний в
узле сочленения кузова и рамы тележки, мм;
l — расстояние между направляющими сечениями проектируемого вагона (база вагона), м;
п — расстояние от рассматриваемого сечения подвижного состава до его ближайшего направляющего сечения, м;
р — база тележки, м;
k — допускаемый выход подвижного состава, проектируемого
по габаритам 01-Т, 02-Т, 03-Т и 0-Т (в нижней части), за
очертание этих габаритов в кривой R = 250 м, мм; kx —
дополнительное поперечное смещение в кривой расчетного
радиуса (R = 200 м для габаритов Т, 1-Т и верхней части
габарита 0-Т; R = 250 м для габаритов 01-Т, 02-Т, 03-Т и нижней
части габарита 0-Т) тележечного подвижного состава, мм;
k2 — коэффициент, зависящий от расчетного радиуса кривой (R
= 200 м для габаритов Т, 1-Т и верхней части габа-
рита 0-Т; R =250 м для габаритов 01-Т, 02-Т, 03-Т и нижней
части габарита 0-Т);
k3 — геометрическое смещение середины (внутрь кривой) и
концов (наружу кривой) расчетного вагона при движении в кривой
R = 200 м, мм;
ои Р — дополнительные ограничения поперечных размеров подвижного состава (для внутренних и наружных сечений
соответственно), имеющие место только у очень длинного
подвижного состава, проектируемого по габаритам 0-Т,
01-Т, 02-Т и 03-Т, и определяемые из условия вписывания
в кривую R = 150 м. Для подвижного состава габаритов Т
и 1-Т ограничения а и р равны нулю.
Значения коэффициентов k, k1, k2 и k3 при расчетах необходимо
принимать по табл. 1.
1 Расчетным вагоном считают двухосный вагон длиной 24 м с направляю
щей базой длиной 17 м (ГОСТ 9238—73).
2 Л.Д.Кузьмич
32
33
Значения ограничений а и р принимают следующими.
Для верхней части габарита 0-Т:
а = 0, если ln — п2 + 0,25р2 ≤ 72;
а =0,833 (ln — п2 + 0,25р2 — 72), если ln — п2 + 0,25р2 > 72;
β = О, если ln +п2 — 0,25р2 ≤ 72;
β = 0,833 (ln + п2 - 0,25р2 — 72), если ln + п2 — 0,25р2 > 72.
Для габаритов 01-Т, 02-Т, 03-Т и нижней части габарита 0-Т:
а = 0, если ln — п2 + 0,25р2 ≤ 100;
а = 1,333 (ln — n2 + 0,25р2 — 100), если 1п—п2 + 0,25р2> 100;
β = 0, если ln + п2 — 0,25р2 ≤ 120;
β = 1,333 (ln + п2 — 0,25р2 — 120), если ln + п2 — 0,25р2 > 120.
Максимальное боковое смещение предельно изношенной колесной пары от продольной оси пути, равное 0,5 (s — d), рекомендуется принимать: 20,5 мм для подвижного состава отечественных
железных дорог колеи 1520 (1524) мм на прямом пути и 28,5 мм в
расчетной кривой; 27,5 мм для подвижного состава зарубежных
железных дорог колеи 1435 мм.
При проектировании подвижного состава по габаритам Т, 1-Т и
верхней части габарита 0-Т величину 0,5 (s — d) принимают по
условиям колеи 1520(1524) мм, а при проектировании по габаритам
01-Т, 02-Т, 03-Т (и нижней части габарита 0-Т) — по условиям
прохода по колее 1435 мм.
Максимальное поперечное смещение в буксовом узле и узле
сочленения кузова с тележкой (q + w) рекомендовано принимать:
для колесных пар и неподвижно укрепленных на них частей —
равным нулю;
для букс (с подшипниками качения) равным 1 мм;
для необрессоренной боковой рамы к указанным смещениям
добавляют смещение рамы относительно корпуса буксы;
для обрессоренной рамы учитывают возможное ее смещение
относительно букс по ограничительным элементам (шпинтоны,
буксовые челюсти и т. д.);
для надрессорной балки смещение (q + w) слагается из перечисленных смещений и возможного поперечного смещения балки
относительно рамы тележки;
для кузова подвижного состава дополнительно учитывают смещение в опорном узле (пятнике или скользунах), причем для экипажей на многоосных или сочлененных тележках суммируют все
возможные соответствующие смещения.
При определении смещений (q + w) следует учитывать номинальный конструктивный разбег (в одну сторону) и максимальный
(предельно допустимый) односторонний износ деталей. Для вновь
проектируемых вагонов сумма (q + щ) не должна превышать 40 мм
у грузовых вагонов и 55 мм — у пассажирских.
34
При проверке вписывания в габарит подвижного состава на
сочлененных тележках (восьмиосные вагоны, транспортеры, чугуновозы-миксеры и т. п.) для определения коэффициента fet находим величину
р2 = p02 +p12 +p22+ . . . + p n 2 ,
(10)
где р0 — база двухосной тележки, м; р1 р2, ..., рп — база первой,
второй, ..., п-й соединительных балок, м.
В случае различных баз тележек многоосного экипажа при
определении Е0 и Ев учитывают величину большей базы, а при
расчете Ен — величину меньшей базы. Предельные номинальные
конструктивные размеры вагона определяют уменьшением размеров полученного расчетом строительного очертания на величины
допускаемых при изготовлении технологических отклонений.
Требования к габаритным размерам рельсового подвижного
состава городского транспорта (метрополитен, трамвай) установлены другими нормативными документами. Эти требования к вагонам метро, определенные из условий обращения вагонов, имеющих высоту от головки рельса 3,7 м, ширину на уровне пола 2,7 м
и длину 19,2 м, учитывают вертикальные и боковые перемещения
вагонов при движении, допуски на изготовление, допустимые
износы ходовых частей, смещение и износ рельсового пути, а также
случай возможной поломки рессор центрального подвешивания
одной тележки с одной стороны. Очертание габарита вагонов метрополитена колеи 1520 (1524) мм приведено на рис. 7. Левая сторона
схемы дана с учетом установки контактного рельса. В данный
контур на прямых и кривых радиусом более 200 м с возвышением
наружного рельса 120 мм должен вписываться проектируемой
подвижной состав с учетом указанных выше отклонений. Требо-
35
.100JOO.
Рис. 9. Габариты Международного союза железных дорог (МСЖД); А -уровень верха
головки рельса:
а — грузовых вагонов; б — пассажирских вагонов
вания к габаритным размерам вагонов трамвая установлены ГОСТ
8802—69 и правилами технической эксплуатации трамваев.
Габарит В подвижного состава Американской Ассоциации железных дорог (AAR), объединяющей железные дороги США,
Канады и Мексики, приведен на рис. 8. На рис. 9 показаны также
габариты подвижного состава Международного Союза железных
дорог (МСЖД).
§ 5. ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЧНОСТИ И ХОДОВЫМ
КАЧЕСТВАМ ВАГОНОВ
Характер процесса перевозки грузов и пассажиров на железных
дорогах обусловливает возрастающие требования к надежности
вагонов, их узлов и деталей. Проблема достижения высокой
надежности вагонов связана с обеспечением прочности и устойчивости конструкции, ее коррозионной стойкости, стабильных
ходовых динамических качеств вагона, гарантирующих работоспособность конструкции и безопасность эксплуатации в заданных
условиях.
Первым руководящим документом для оценки прочности при
проектировании вагонов в СССР явились Основные данные для
расчетов вагонов нормальной колеи, разработанные в 1934 г.
ЦВПБ. По этим нормативам были спроектированы и рассчитаны
четырехосные вагоны всех основных типов, выпускавшиеся в СССР
с 1934 по 1952 г.
На основе опыта применения нормативов ЦВПБ с учетом из"1
менившихся условий эксплуатации и производства вагонов в 1948—
1953 гг. ЦНИИ МПС и НИБ совместно разработали Нормы рас36
четов на прочность вагонов железных дорог колеи 1524 мм (несамоходных). Установленные этими Нормами указания по расчету
вагонов существенно повысили технический уровень проектирования вагонов. Однако продолжающийся прогресс железнодорожного транспорта СССР, дальнейшая реконструкция локомотивного
и путевого хозяйства железных дорог, увеличение грузооборота,
веса поездов, скоростей движения и т. п. привели к тому, что уже в
1960—1961 гг. многие рекомендации действовавших Норм оказались устаревшими или недостаточными.
С учетом изменившихся условий работы вагонов в 1961 г. были
созданы откорректированные Нормы для расчетов на прочность
новых и модернизированных вагонов железных дорог колеи 1524
мм (несамоходных). В этих Нормах особое внимание было уделено
обоснованию величин расчетных продольных усилий, а также сил
распора груза. Были уточнены нормативы динамических нагрузок
и допускаемых напряжений, отдельные параметры вагонов, а
также рекомендованы материалы для изготовления. В этих
нормативах впервые в СССР введены специальные расчеты на
продольные силы, характерные для условий трогания и
торможения тяжеловесных поездов и соударения вагонов на
сортировочных горках.
В 1967—1971 гг. ЦНИИ МПС и ВНИИВ пересмотрели нормы
расчета вагонов, а два министерства (МПС и Минтяжмаш) утвердили новую редакцию норм расчета на прочность несамоходных
вагонов магистрального транспорта. В 1969—1976 гг. были также
разработаны новые Нормативные требования к прочности вагоновсамосвалов (думпкаров), вагонов пригородных электропоездов и
метрополитена, где нашли отражение специфические особенности
назначения и эксплуатации этих видов подвижного состава.
Действующие нормы расчета и проектирования вагонов являются
важнейшим руководством по обеспечению надежности подвижного
состава и обязательны при создании новых конструкций вагонов
для всех вагоностроительных заводов и других организаций.
Совершенствовать Нормативные требования к прочности вагонов следует с учетом изменения условий и интенсивности эксплуатации вагонов. Некоторые данные об изменениях отдельных показателей работы магистрального железнодорожного транспорта
СССР приведены в табл. 2. Как видим, средние показатели условий
работы вагонов на железнодорожном транспорте за последние 30
лет изменились весьма значительно: вес грузового поезда возрос
более чем на 1250 тс (95%), среднесуточный пробег вагона на 116
км (80%) и т. д. Указанные и другие обстоятельства (изменение
правил организации движения, широкое внедрение средств
механизации погрузки и выгрузки, несоблюдение правил эксплуатации на промышленных предприятиях, облегчение конструкции вагонов и др.) обусловливают увеличение интенсивности
эксплуатации, нагруженности элементов конструкции вагонов, их
повреждаемости и расходов на ремонт.
37
Таблица
2
Ориентировочный прогноз показателей эксплуатации свидетельствует, что тенденция повышения интенсивности работы вагонов (особенно грузовых) сохранится и в будущем, при этом интенсивность эксплуатации вагонов в СССР по-прежнему будет значительно выше, чем в зарубежных странах. Например, в США среднесуточный пробег грузового вагона составлял в 1972 г. около 90
км, а в СССР 260 км, т. е. в 2,8 раза больше. Средняя длительность
оборота грузового вагона в СССР в 1972 г. составила 5,5 суток, в
США — 19,5 суток, т. е. в 3,5 раза больше.
Действующие требования по обеспечению прочности и ходовых
качеств вагонов базируются на комплексе основных положений,
выработанном на основании опыта отечественного и зарубежного
вагоностроения, теоретических исследований, практики применения специальных рекомендаций и расчетных схем и учитывающем
данные эксплуатации вагонов магистрального, городского и промышленного транспорта.
При расчете вагонов на прочность и оценке прочности по данным испытаний опытных образцов необходимо в общем случае
учитывать следующие нагрузки и силовые воздействия:
полезную нагрузку (расчетный вес перевозимого груза или
пассажиров);
собственный вес конструкции;
силы взаимодействия вагонов при движении поезда или при
маневровой работе;
силы, возникающие при колебаниях вагонов в движении, а
также при торможении или трогании поезда;
силы, возникающие при вписывании вагона в кривые участки
пути;
аэродинамические нагрузки (сила давления ветра и др.);
усилия распора груза и внутреннее давление;
силы тяги и торможения; 38
усилия, возникающие при механизированной погрузке и выгрузке вагонов;
усилия, вызванные работой механизмов и оборудования, установленных на вагоне;
силы, прикладываемые к вагону при ремонтных операциях;
усилия, вызванные технологическими факторами при изготовлении вагона;
условные аварийные нагрузки.
Детали и узлы вагонов рассчитывают на возможное в эксплуатации наиболее невыгодное сочетание одновременно действующих сил и нагрузок в соответствии с установленными расчетными
режимами.
Полезную нагрузку и характер ее приложения определяют
согласно требованиям, предусмотренным техническим заданием на
проектирование вагона. Для грузовых вагонов она равна расчетной
грузоподъемности (а иногда несколько превышает ее для учета
возможной перегрузки в эксплуатации). Нагрузка пассажирских
вагонов состоит из веса пассажиров с багажом. Расчетная
населенность пассажирских вагонов дальнего следования определяется числом мест. Расчетную (максимальную) населенность вагонов пригородного сообщения определяют по числу мест для
сидения и заполнению вагона стоящими пассажирами из расчета
семь человек на 1 м2 свободной площади пола. Для вагонов метрополитена и трамвая принимают десять человек на 1 м2 свободной
площади (за исключением служебных помещений). Средний вес
пассажира с багажом для вагонов дальнего следования принимают
равным 100 кгс, для вагонов пригородного сообщения,
метрополитена и трамвая — равным 70 кгс.
В собственный вес конструкции входит вес всех частей вагона,
при этом для каждого элемента конструкции учитывают суммарный вес всех частей, нагружающих данный элемент, и вес самого
рассчитываемого элемента.
Продольные нагрузки для вагонов локомотивной тяги магистральных железных дорог принимают исходя из следующих трех
режимов работы вагонов:
I — трогание с места, осаживание или торможение тяжело
весного поезда при малых скоростях движения, соударение ваго
нов при маневровой работе на станциях и сортировочных
горках;
II — движение поезда на затяжном расчетном подъеме со ско
ростью до 50 км/ч;
III —движение поезда с наибольшей допускаемой скоростью.
Продольные усилия, приложенные к автосцепке и ориентировочное количество циклов действия этих усилий в течение срока
службы вагона даны в табл. 3. Приведенные повторяемости действия продольных усилий характерны для современных условий
эксплуатации вагонов. В перспективе оценка повторяемости реЖимов и расчетные усилия могут существенно измениться.
39
Таблица 3
Расчетные продольные силы для вагонов пригородных электропоездов в сочетании с другими нагрузками принимают на основании следующих нормативных режимов эксплуатации: I — условный режим безопасности, расчеты по которому должны обеспечить
безопасность движения в возможных аварийных условиях; II —
основной режим движения электропоезда в условиях эксплуатации
с максимальной скоростью.
Кроме этого, применительно к расчету ходовых частей электропоездов учитывают еще два расчетных режима: III — трогание с
места поезда с максимальной нагрузкой; IV — торможение с
максимальной скорости при движении по кривой.
Продольные силы в сочетании с другими нагрузками и ориентировочные повторяемости этих сочетаний, характерные для вагонов пригородных электропоездов, приведены в табл. 4.
При проектировании вагонов метрополитена расчетные продольные силы в совокупности с другими нагрузками принимают на
основании следующих нормативных режимов эксплуатации: I —
условный режим безопасности; II—движение вагона в поезде при
разгоне до конструкционной скорости или при торможении на
расчетной кривой; III — трогание с места поезда с максимальной
нагрузкой. Характеристика указанных расчетных режимов и их
ориентировочная повторяемость приведены в табл. 5.
Для вагонов-самосвалов (думпкаров), эксплуатирующихся на
промышленном транспорте и выходящих на пути МПС только в
порожнем состоянии, расчетные режимы нагружения с учетом
особенностей эксплуатации, принимают согласно данным табл. 6 и
7. В табл. 6 приведены расчетные режимы нагружения думпка40
41
кара. В последнем случае особое значение имеет задача оценки
устойчивости думпкара в процессе его разгрузки.
Инерционные динамические силы, связанные с колебаниями
вагонов при движении, а также возникающие при торможении и
трогании поездов, учитывают в расчетах при помощи коэффициента вертикальной динамичности и нормативных величин ускорений, определяющих расчетные силы инерции масс элементов
конструкции. Расчетный коэффициент вертикальной динамичности
вагона под нагрузкой брутто определяют в зависимости от скорости движения и (км/ч) и статического прогиба рессорного подвешивания f (см) по следующим формулам.
Для вагонов магистральных железных дорог при скоростях
движения до 160 км/ч
(11)
где а — коэффициент, для элементов кузова а = 0,05; для подрессоренных частей тележек а =0,10; для неподрессоренных частей
тележек а =0,15; b — коэффициент, учитывающий сглаживающее
влияние числа осей в тележке (я) или в группе сбалансированных
тележек одного конца экипажа; b = (п + 2)/2n.
Для вагонов метрополитена и магистральных железных дорог
при скоростях движения до 100 км/ч
(12)
где а и b — коэффициенты, имеющие указанные значения.
Для вагонов промышленного транспорта (думпкаров) при движении по путям предприятий со скоростями до 60 км/ч
(13)
ров для условий их транспортирования в порожнем состоянии по
железнодорожной сети МПС.
Применительно к условиям эксплуатационной работы думпкаров на путях промышленного транспорта расчетные режимы нагружения принимают согласно табл. 7.
Режимы IA (I) и 111A ( I I I ) по смыслу и характеру (см. табл. 6
и 7) соответствуют аналогичным режимам грузовых вагонов
магистрального транспорта. Режимы IV и V (см. табл. 7)
характеризуют условия соответственно загрузки думпкара экскаватором с учетом ударного действия падающих глыб груза и работы конструкции при разгрузке (опрокидывании кузова) думп-
42
где а — коэффициент, для элементов кузова а =0,1; для подрессоренных частей тележки а =0,15; для неподрессоренных
частей а = 0,20; Ь — коэффициент, определяемый так же, как для
вагонов магистральных железных дорог.
Силы инерции при торможении в случае отсутствия соударений
вагонов в поезде определяют исходя из замедления 0,2g, а при
ударах вагонов — до 3g (где g— ускорение свободного падения).
При этом замедление 0,2g соответствует условиям торможения при
высоких скоростях движения (близких к конструкционной
скорости) — III режим расчета, ускорение 3g — условиям
торможения до остановки при малых скоростях, а также маневровому соударению вагонов — I режим расчета. Такие же
примерно продольные ускорения принимают при расчетах вагонов
промышленного транспорта и электропоездов. При расчете вагонов
метро продольные силы инерции определяют исходя из ускорения
0,1g, 0,2g и g соответственно при II, III и I режимах расчета.
43
Инерционные силы при расчете элементов, закрепленных на
раме тележки пассажирского вагона, определяют исходя из вертикального ускорения 3g в зоне базы тележки и 4g на концах
продольных балок рамы; в горизонтальном направлении вдоль оси
пути принимают 3g, а поперек оси пути l,5g. Для элементов, не
воспринимающих вес вагона и закрепленных на неподрессоренных частях тележек, вертикальные силы инерции определяют
исходя из расчетного значения ускорения:
(14)
где v — скорость движения, км/ч; g — ускорение свободного
падения.
Крепление элементов, установленных на неподрессоренных
узлах тележек вагонов метрополитена, рассчитывают на действие
инерционных сил, соответствующих максимальному ускорению
массы этого элемента в вертикальной плоскости, равному \8g для
цельнометаллических стальных колес и 12g для колес с упругим
(подрезиненным) центром.
Боковые нагрузки, действующие на вагон, определяются расчетной центробежной силой, действующей при движении по кривым участкам пути, ветровым (аэродинамическим) давлением и
динамическим взаимодействием вагона и пути. Центробежную
силу, уменьшенную на величину горизонтальной составляющей
веса вагона, которая обусловлена возвышением наружного рельса,
принимают при расчетах вагонов магистральных железных дорог
равной: 10% вертикальной нагрузки брутто для пассажирских,
изотермических вагонов и вагонов электропоездов пригородного
сообщения; 7,5% — для грузовых магистральных вагонов; 6% —
для вагонов промышленного транспорта, эксплуатирующихся на
путях предприятий с пониженными скоростями (до 60— 70 км/ч).
Для вагонов метрополитена расчетная центробежная сила
составляет 9—11 % веса вагона в зависимости от принятых условий
движения.
Расчетную боковую аэродинамическую нагрузку (давление
ветра, встреча поездов, проход мимо одностороннего экрана и т. п.)
в СССР при проектировании всех вагонов принимают традиционно
в виде удельного давления на боковую проекцию кузова, равного
50 кгс/ма. Только при расчете вагонов метро эту величину принимают равной 30 кгс/м2 в связи с особенностями условий их эксплуатации.
Нагрузки, действующие на элементы ходовых частей при вписывании вагона в кривые участки пути, определяют из условий
равновесия вагона (тележки) при движении по расчетной кривой с
учетом действия центробежной силы и давления ветра. Коэффициент трения между поверхностями катания колес и рельсами рекомендовано принимать равным 0,25.
При проектировании для грузовых вагонов необходимо учитывать нагрузки распора насыпных и скатывающихся грузов,
44
а для котлов цистерн также внутреннее давление жидкостей и
паров. Нагрузку распора определяют по формулам статики сыпучих тел. В частном случае активное давление на единицу площади
вертикальной стены вагона при горизонтальной поверхности насыпного груза
p = γytg2(45°-φ/2),
(15)
где γ — объемный (насыпной) вес груза, тс/м3; у — расстояние по
вертикали от поверхности груза до рассматриваемой точки стены
кузова, м; φ — угол естественного откоса груза.
Осредненные параметры некоторых насыпных грузов следующие:
γ, тс/м8
Железная руда .............................................
Каменный уголь ..........................................
Кокс
........................................................
Песок, супесь ...............................................
Торф .........................................................
Зерно ........................................................
Мука .........................................................
Аммиачная селитра .....................................
Сульфат аммония .....................................
Хлористый аммоний ...................................
Суперфосфат .................................................
Фосфоритная мука ......................................
Хлористый калий
..................................
Сульфат калия ...........................................
Глинозем мелкий .........................................
Цемент ......................................................
Полиэтилен гранулированный ...................
2,5
0,9
0,5
1,8
0,5
0,8
0,6
0,8
0,8
0,6
1,1
1,7
0,9
1,3
0,6
1,5
0,5
φ, °
35—40
30—35
35—40
35—40
50—55
25—30
55—60
45—50
50—55
50—55
45—50
45—50
45—50
45—50
50—55
40—45
25—30
При движении вагона силы сцепления
частиц сыпучего груза под действием вибраций снижаются, что
обусловливает фактическое уменьшение угла естественного
откоса, т. е. увеличение «текучести» груза. Поэтому при расчетах
грузовых вагонов магистрального транспорта для увеличения
надежности полагают, что при III режиме расчета угол
естественного откоса сыпучего груза равен нулю (условный
предельный случай).
В расчетах на прочность котлов цистерн внутреннее давление
определяют как сумму давления паров жидкости и давления, создаваемого гидравлическим ударом вследствие колебаний массы груза
от продольных сил, действующих на вагон. Давление паров
принимают в соответствии с параметрами предохранительных
клапанов. Максимальное давление от гидравлического удара определяют как отношение силы продольной инерции жидкости в котле
к площади поперечного сечения котла. При проектировании и
расчете котлов цистерн необходимо учитывать специфику опирания котла на раму и влияние опорного давления на деформацию и
прочность оболочки. Для обеспечения необходимой жесткости и
устойчивости котла цистерны как оболочки при проектировании
45
следует учитывать возможность образования пониженного давления (вакуума) в котле при определенных режимах эксплуатации.
Расчетный вакуум обычно принимают равным 0,5 кгс/см2.
В расчетах самоходного подвижного состава прочность ходовых
частей и элементов привода оценивают с учетом действия сил тяги.
В общем случае при расчетах этих элементов учитывают максимально возможные силы тяги, которые определяют по условию
полной реализации сцепления колес с рельсами или условию предельно допустимого тока в двигателе (по ограничению системы
защиты). Максимальный коэффициент сцепления колес с рельсами
применительно к условиям трогания с места для электропоездов
равен 0,3, а для вагонов метрополитена 0,25. При других скоростях
коэффициент сцепления
(16)
где А = 0,25 ÷ 0,30 — соответствует значению коэффициента сцепления при v = 0; v — скорость движения, км/ч.
Для конкретных режимов расчета рам тележек, колесных пар и
элементов привода действующими нормами установлены
определенные правила учета сил тяги в совокупности с другими
нагрузками. Например, при расчетах рам тележек вагонов метро по
II режиму и расчетах колесных пар силу тяги принимают исходя из
часового режима работы двигателей, а при расчете по III режиму
определяют по максимальному расчетному току двигателей при
полном поле возбуждения.
Усилия, действующие на вагоны при механизированной погрузке или выгрузке, учитывают в процессе проектирования в соответствии с назначением и типом вагона, особенностями груза и
применяемых механизмов. Например, верхние пояса боковых
стенок полувагонов исходя из условий разгрузки на вагоноопрокидывателе необходимо проверять на действие вертикальной силы,
распределенной на участке длиной 80 см и приложенной в любом
месте верхнего пояса боковой стены. Эта сила установлена для
четырехосных вагонов 10 тс, а для восьмиосных вагонов 20 тс.
В вагонах, для загрузки которых используют автопогрузчики,
конструкцию пола рассчитывают на нагрузку от колеса, равную 2,2
тс и принимаемую сосредоточенной на площади 100 см2 в любом
месте пола вагона. Для изотермических вагонов эту нагрузку
принимают равной 1,8 тс. В расчетах прочности элементов вагонов
необходимо также учитывать нагрузки, возникающие при работе
установленных на вагоне механизмов и оборудования, а также
некоторые усилия, прикладываемые при их изготовлении и
ремонтных операциях.
Несущую способность конструкций вагонов применительно к
рекомендуемым величинам эксплуатационных нагрузок определяют по следующим критериям: допускаемым напряжениям;
допускаемым запасам статической и усталостной прочности; до46
пускаемым запасам устойчивости; допускаемой деформации (прогибу); требуемой долговечности (техническому ресурсу).
В практике современного вагоностроения элементы кузовов
вагонов рассчитывают в первую очередь по допускаемым напряжениям и запасам устойчивости. Элементы ходовых частей вагонов (рам тележек, надрессорных и соединительных балок, осей
колесных пар, рессор и т. д.) рассчитывают по допускаемым напряжениям и запасам усталостной прочности.
Расчет по допускаемым деформациям обязателен при проектировании элементов, чрезмерные деформации (прогибы) которых
могут явиться причиной нарушения работоспособности вагона, а
также при проектировании рессор, пружин, амортизаторов и т. д.
Расчет элементов вагонов на долговечность, как правило, носит
вспомогательный характер из-за недостаточной пока точности
соответствующих способов расчета. Однако это направление оценки
работоспособности конструктивных элементов вагона является
перспективным.
Величины допускаемых напряжений в элементах конструкций
вагонов, запасов прочности и устойчивости устанавливают в зависимости от ответственности и условий работы элемента, свойств
используемого материала, режима и метода расчета на основании
опыта эксплуатации, теоретического анализа и данных экспериментальных исследований. В общем случае прочность и устойчивость (несущая способность) конструкции обеспечиваются, если
обобщенная характеристика нагруженности Ррасч меньше (с необходимым, обоснованным для данного случая запасом) обобщенного критерия предельной несущей способности Рпр, т. е.
Pрасч.< Рпр.
Например, допускаемые напряжения [σ] для элементов конструкции вагонов при расчетах современными методами по режиму «большой продольной силы» (режимы I и IA, см. табл. 3, 4, 5,
6 и 7) традиционно принимают [σ], = k{σs, где σs — предел
текучести материала. При этом коэффициент k] обычно принимают
следующим: для элементов кузова грузовых вагонов kx =
0,85÷0,90; для элементов кузова пассажирских вагонов kx = 0,9÷1;
для рам тележек k1, = 0,75÷0,85 и т. д. В то же время при расчетах
по режимам «нормальной эксплуатации» (режим III, см. табл. 3 и 7;
режимы II и I II, см. табл. 4 и 5) соответствующий коэффициент kiU
принимают существенно ниже (kul = 0,55÷0,70). В этом случае
более низкие значения допускаемых напряжений устанавливают
для деталей тележек (особенно моторных), силового привода и
тормозной передачи, т. е. для элементов, работающих в условиях
интенсивного динамического нагружения и непосредственно
связанных с обеспечением безопасности движения на транспорте.
Аналогично, коэффициенты запаса усталостной прочности и
устойчивости для элементов вагонов устанавливают в зависимости
от тех же факторов. В частности, коэффициент \п\ запаса уста47
лостнои прочности для корпусных конструкций из углеродистой и
низколегированной стали назначают равным 1,20—1,40 при использовании в расчетах (согласно рекомендациям действующих
норм) статистически достоверных данных по спектрам эксплуатационной нагруженности детали и характеристикам ее выносливости при переменных нагрузках. Если же данные об эксплуатационной нагруженности или о выносливости детали приближенные,
то коэффициент запаса увеличивают до 1,5—1,8. В случае использования в расчетах усталостной прочности приближенных данных
об эксплуатационных нагрузках и выносливости детали (ориентировочный расчет) коэффициент запаса принимают еще большим —
до 1,8—2,2. Во всех случаях для более ответственных элементов
конструкции (оси колесных пар, рамы тележек, подвески люльки и
т. д.) следует принимать относительно более высокие значения In].
Коэффициенты запаса устойчивости элементов, работающих на
сжатие, принимают в пределах 1,0—1,5 и более с учетом подобных
соображений.
Обоснование и нормирование критериев прочности конструкций вагонов — исключительно ответственное дело. Особенно
сложна эта задача в случаях применения новых видов конструкционных материалов, внедрения новых технологических приемов и
оригинальных конструктивных решений, а также при изменениях
условий эксплуатации подвижного состава. В этих случаях
необходимо соблюдать разумную осторожность и обязательно предусматривать достаточно продолжительную опытную эксплуатацию
образцов для накопления необходимого опыта до начала серийного
производства. Как правило, возникает необходимость переосмысления критериев и нормативов прочности при переходе на новый
метод расчета. В табл. 8 приведены рекомендуемые допускаемые
напряжения в основных элементах конструкции вагонов.
В отличие от традиционных расчетов конструкций вагонов по
допускаемым напряжениям с использованием статических
расчетных схем методы расчета вагонов на усталостную прочность
и долговечность еще недостаточно отработаны. Исследования по
их уточнению и проверке проводят во ВНИИВ, ЦНИИ МПС и
других организациях.
При этом основные трудности связаны с необходимостью учета
случайного характера нагруженности вагона в эксплуатации,
статистического рассеяния прочности конструкций, кинетики
накопления повреждаемости и других факторов, которые сложны
сами по себе и не в полной мере изучены.
В общем случае динамическая нагруженность элементов вагона
в эксплуатации имеет характер случайного широкополосного нестационарного процесса, параметры которого различны для разных
деталей и узлов. Для упрощения расчетов при соответствующих
обоснованиях можно рассматривать допущение о нормальности и
узкополосности процесса нагруженности в данном диапазоне
скорости движения вагона vt,
48
Таблица
Расчетный
режим
Наименование
Допускаемые напряжения, кгс/см
Сталь В СтЗ Сталь 09Г2Д
(ГОСТ 380—71) (ГОСТ
19282—73)
8
г
Длюминиевый
сплав 1915
(ГОСТ 8617—7
И 12 592—67)
Неса моходные вагоны
Хребтовая и шкворневая
балки рамы кузова
I
II
III
2160
1920
1550
2640
2320
1900
1600
1400
1100
Остальные элементы кузова *
I II
III
2160/2400
1920 1650
2640/3100
2480
2000
1600/1800
1450 1200
Рама тележки, надрессорные
балки
I
II
III
2160
2160
1550
2640
2640
1800
—
Вагоны электропоездов
Шкворневые и продольные
балки рамы кузова
I II
2400
1550
3100
2000
2000
1100
Остальные элементы кузова
I II
2400
1650
3100
2100
2000
1200
Рама тележки, надрессорные
балки
III, IV
1600
1800
—
Детали подвески привода
III, IV
1700
2000
—
Вагоны метрополитена
Хребтовая и шкворневая
балки рамы кузова
I II, III
2160
1600
2640
2000
1700
1100
Остальные элементы кузова
I II, III
2400
1650
3100
2100
2000
1200
Рама тележки, надрессорная
балка
I II, III
2040
1400
2480
1650
—
* В случае режима I данные в числителе — для грузовых вагонов, а в знаменателе —
для пассажирских.
49
об эксплуатационной нагруженности детали расчетная амплитуда
динамических напряжений для расчетов на усталость
При этом допущении и ряде других для оценки усталостной
прочности конструкции величина эквивалентной приведенной
амплитуды динамических напряжений
(19)
(17)
где m — показатель степени в уравнении кривой усталостной
прочности; Тэ — заданный срок службы конструкции (ресурс) при
непрерывной работе; Г [(т + 2)/2] — гамма-функция; N 0 — базовое
число циклов эквивалентного режима; Savi — среднее
квадратическое значение динамических напряжений при скорости
vi;fэvi — эффективная (средняя) частота процесса при скорости vi,
Pvi — вероятность движения вагона в эксплуатации со скоростью vt.
Здесь показатель т необходимо принимать на основании надежных экспериментальных данных, а при их отсутствии приближенно оценивать по выражению т — 16/(kδ)K, где (kδ)K — общий
(эффективный) коэффициент снижения усталостной прочности для
натурной детали. Заданный срок службы Т3 связан с нормативным
календарным сроком службы вагона Т соотношением T3 = Тξ, где
ξ — коэффициент, определяющий долю времени нахождения
вагона в активной эксплуатации. Для грузовых вагонов в
современных условиях ξ = 0,3; для пассажирских ξ =0,4; для
вагонов пригородных электропоездов, метрополитена и трамвая
ξ = 0,5.
При тех же допущениях расчетная долговечность конструкции
(18)
где σ-1 — предел выносливости гладкого образца материала конструкции при N0 циклах; п — коэффициент запаса усталостной
прочности.
Для перевода расчетной долговечности Тр. (выраженной в секундах) в календарную эксплуатационную долговечность (в годах)
служит соотношение
При использовании более точных представлений о характере
эксплуатационной нагруженности и кинетике усталостного разрушения соответствующие выражения для σаэ и Tр имеют более
сложную структуру, что затрудняет их практическое использование
и делает актуальной задачу дальнейшего усовершенствования
методов расчета. В случае отсутствия экспериментальных данных
50
Где σi— расчетные напряжения от отдельных динамических
нагрузок, предусмотренных соответствующими рекомендациями
норм расчета.
Более подробные указания о методах расчетов и оценке прочности вагонов приведены в действующих нормах и специальной
литературе.
Главными требованиями, предъявляемыми к методам расчета
вагонов, являются:
обоснованность выбора расчетных нагрузок и их соответствие
фактическим условиям эксплуатации вагонов с учетом перспективных изменений;
достаточная точность и минимальная трудоемкость методов
определения показателей несущей способности;
обоснованность принимаемых критериев несущей способности
и соответствие их эксплуатационному опыту.
Эти соображения необходимо принимать во внимание при совершенствовании норм и методов расчета прочности и надежности
вагонов.
Важнейшее значение с точки зрения пригодности вагона для
эксплуатации имеют его ходовые качества. Допускаемая скорость
и безопасность движения поездов, общая эффективность работы
транспорта существенно зависят от конструкции, надежности и
текущего состояния подвижного состава. Вместе с тем ходовые
качества вагона зависят не только от конструкции вагона, но и от
параметров рельсового пути. Поэтому улучшения ходовых качеств
подвижного состава, т. е. снижения сил динамического взаимодействия, повышения устойчивости движения и снижения интенсивности колебаний, достигают совершенствованием не только
подвижного состава, но и качества пути. В эксплуатации каждый
вагон общесетевого назначения может взаимодействовать с любым
отрезком пути, поэтому проектировать вагоны, и в первую очередь
их ходовые части, необходимо с учетом статистических параметров
пути.
С позиций механики рельсовый экипаж состоит из совокупности физических тел и предусмотренных конструкцией упругих
или неупругих связей между ними. Эти связи направляют или
ограничивают перемещения данных тел. Обеспечение хороших
Ходовых качеств вагона при его проектировании заключается в
обосновании правильного взаимного расположения частей
системы и в выборе оптимальных характеристик связей между
ними. В частности, при проектировании рессорного подвешивания
вагонов следует обеспечить необходимую гибкость рессор, силы
Демпфирования колебаний, конструктивные запасы перемещений
51
Рекомендовано принимать η ≤ 0,7 — для пассажирских вагонов
и вагонов пригородных электропоездов; η≤ 0,6 — для почтовых,
багажных, изотермических вагонов и вагонов метрополитена;
η≤ 0,5 — для грузовых вагонов типовой конструкции. Для
уменьшения валкости и обеспечения достаточной остойчивости
кузова на рессорах необходимо выполнять дополнительные условия (см. гл. III).
Для улучшения горизонтальной динамичности экипажа рекомендуется обеспечивать упругую связь (без зазоров) колесных пар
с рамой тележки. Жесткость этих связей необходимо обосновать
теоретическими расчетами и уточнить по результатам экспериментальных исследований динамики опытных вагонов.
Возможным вариантом связи колесных пар с рамой тележки является такое исполнение, при котором жесткость связи в продольном
направлении значительно (в 5—10 раз) выше, чем в поперечном, а
жесткость в поперечном направлении (на одну буксу) составляет
около 3000—5000 кгс/см. Целесообразно предусматривать демпфирование извилистого движения тележек реализацией момента
сил трения в опорах кузова на тележки. Для пассажирских вагонов
обычно принимают момент трения
где Pq — давление от оси на рельс; 2lт — база тележки.
В качестве основных критериев оценки ходовых качеств экипажей в практике вагоностроения приняты следующие параметры.
1. Коэффициенты вертикальной и горизонтальной динамич
ности соответственно
где Рдв — динамическая вертикальная сила, действующая на
данный элемент ходовых частей в движении; Рст — статическая
вертикальная нагрузка на данный элемент вагона в рассматриваемом режиме загрузки; Qдг — горизонтальная боковая
динамическая сила, передающаяся от колесной пары на раму
тележки.
2. Максимальные ускорения кузова вагона в вертикальной и
горизонтальной плоскостях соответственно jв.mах и jг.mах. В первую
очередь рассматривают ускорения кузова в зоне пятников.
3. Показатель плавности хода, зависящий от интенсивности и
спектрального состава колебаний вагона. Этот показатель получают в соответствии с Методикой определения плавности хода
вагонов в условных единицах показателя плавности хода Wt или в
часах утомления τi- раздельно для вертикальных и горизонтальных
(поперечных) колебаний. При определении плавности
хода вагона по осциллограммам ускорении с использованием
«ручной» или полуавтоматической обработки данных
(21)
где k (v0) — частотный поправочный коэффициент; m — количество
разрядов амплитуд ускорения; а — амплитудное значение
ускорения, среднее для данного разряда, см/с2; v0 = N o/T — средняя
частота колебаний для данной реализации, Гц; п — количество
циклов ускорений и-го разряда; N 0 — общее количество циклов
ускорений, включая «нулевые»; Рп =n/N0 — повторяемость
амплитуды и-го (ап) разряда; Т — длительность анализируемой
реализации, с; b — коэффициент;
— для вертикальных
колебаний и Ь = 1 — для горизонтальных колебаний.
При автоматическом определении плавности хода вагонов используют специализированную электронную аппаратуру, реализующую заданный алгоритм обработки информации об интенсивности и частотном составе колебаний вагона.
4. Коэффициент устойчивости колесной пары в рельсовой
колее
(22)
где β — угол наклона линейной части контура гребня колеса к
плоскости рельсового пути; Ри — вертикальная суммарная нагрузка
от первого (набегающего) колеса на рельс; Q6 — суммарное боковое
давление набегающего колеса на рельс; Qσ = Qдг+Рсбu;
Pсб — вертикальная суммарная нагрузка от второго (сбегающего)
колеса на рельс; u — коэффициент трения скольжения между
колесом и рельсом.
Рекомендуемая шкала оценки показателей ходовых качеств
вагонов приведена в табл. 9.
На основании теоретического и экспериментального анализов
свойств вагона как механической системы с использованием указанных критериев устанавливают допускаемую конструкционную
скорость вагона, при которой обеспечивается необходимая прочность, устойчивость, плавность хода и другие требования, предъявляемые к технически исправному вагону, следующему по прямому участку пути хорошего текущего состояния.
Требования к прочности, надежности и ходовым качествам
вагонов существенно зависят от условий эксплуатации, качества
содержания, обслуживания и ремонта. Изменение условий работы
подвижного состава (например, повышение скорости движения
55
54
Таблица
9
соотношение 3: 1). В сварных элементах не рекомендовано применять пакеты, состоящие из нескольких сваренных листов. При
стыковании элементов разной толщины обеспечивают плавность
перехода сечений, для чего у более толстых элементов делают дополнительный скос (с уклоном 1: 5) с одной или с двух сторон.
Скосы можно не делать, если разность толщин элементов ∆х составляет:
при V-образной разделке
∆x = (δmax - δш1п) ≤ (δmln/4);
при Х-образной разделке и симметричном стыковании
∆x = (δmax - δш1п) ≤ (δmln/4);
при Х-образной разделке и несимметричном стыковании
* В числителе — для буксового подвешивания, в знаменателе — для
центрального. ** Ускорения выражены в долях ускорения свободного падения.
или ухудшение их содержания в эксплуатации) может резко сказаться на работоспособности вагонов и их узлов. Поэтому необходимо всесторонне обосновывать исходные требования к проектируемым вагонам и своевременно корректировать применяемые
нормативы с учетом опыта и условий эксплуатации на перспективу.
§ 6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
В КОНСТРУКЦИЯХ ВАГОНОВ
Требования к проектированию и изготовлению сварных конструкций вагонов установлены ОСТ 24.050.34—75 (Сварка в вагоностроении. Технические условия). Проектируемые сварные
конструкции вагонов должны быть удобны для сварки, окраски,
осмотра и очистки. Следует избегать в конструкциях щелей и зазоров, способствующих образованию коррозии. Сечения сварных
элементов должны быть по возможности симметричными и составленными из минимального числа деталей, чтобы количество соединительных швов было наименьшим. При этом количество стыков в
растянутых элементах должно быть минимальным, а сами стыки по
возможности располагаться в зонах с наименьшими напряжениями.
Форма и взаимное расположение деталей должны обеспечивать
видимость сварочной ванны и угол наклона электрода не менее 30°.
При проектировании необходимо стремиться к такому расположению швов, которое позволяло бы осуществлять сварку в нижнем
положении, так как сварка вертикальных и особенно потолочных
швов ухудшает их качество. Соотношение толщин свариваемых
деталей не должно превышать 2 : 1 (как исключение, допускают
56
∆x = (δmax - δш1п) ≤ (δmln/8);
В случае соединения элементов неодинаковой толщины расчетную толщину шва принимают равной толщине более тонкого
листа, а при выполнении стыкового шва на элементах одинаковой
толщины — равной толщине одного из свариваемых элементов.
При проектировании сварных соединений в ответственных
узлах следует избегать сосредоточения нескольких швов в ограниченной зоне; соединения трех отдельных элементов одним швом;
размещения двух швов, нормальных к силовому потоку, на расстоянии менее 50 мм. При использовании гнутых профилей и штампованных элементов, выполненных в холодном состоянии, необходимо учитывать понижение пластических свойств металла в местах резких перегибов и избегать наложения сварных швов в этих
зонах. Не допускается применять прерывистые швы при сварке
основных несущих элементов и приварке дополнительных деталей
к основным элементам.
В конструкциях рам вагонов и тележек стыковые швы следует
выполнять двусторонней сваркой, независимо от формы подготовки кромок. Одностороннюю сварку можно применять лишь в
том случае, когда выполнить двустороннюю невозможно. Одно
сторонняя сварка допустима лишь при условии обеспечения полного провара (например, при использовании остающейся подкладки).
Ребра жесткости, диафрагмы и другие дополнительные детали
необходимо стазить с учетом действующих в основном сечении
напряжений, размещая детали по возможности в менее напряженных местах. Приваривать ребра жесткости и диафрагмы непосредственно к растянутым поясам не следует. В одностенчатых балках
во избежание коробления ребра жесткости необходимо ставить
симметрично с обеих сторон стенки и приваривать сплошными
двусторонними швами. Ребра жесткости, параллельные стыковым
швам стенки, должны быть удалены от стыков на расстояние не
менее 10 толщин стенки. Сварные угловые швы, расположенные
57
нормально к силовому потоку, применять не рекомендовано, по
возможности следует также заменять поперечные угловые швы
косыми швами.
В ответственных элементах рабочие угловые швы необходимо
проектировать с вогнутым очертанием их поверхности, а также с
плавным переходом к основному металлу. Фланговые швы соединений, воспринимающих осевую силу, можно выполнять как
вогнутой, так и выпуклой формы. При проектировании соединений
внахлест рекомендуется не ограничиваться только фланговыми
швами, а добавлять лобовые швы, в которых отношение большего
катета к меньшему должно составлять 2,0—2,5. При этом больший
катет следует направлять вдоль усилия, воспринимаемого лобовым
швом. В напряженных элементах сварных конструкций свободные
кромки деталей после резки газом, на штампах и т. д.
рекомендуется подвергать механической зачистке.
Для повышения усталостной прочности и сопротивляемости
сварных соединений хрупким разрушениям следует применять
поверхностный наклеп многобойковым упрочнителем, аргоннодуговую обработку швов или термическую обработку в виде высокого отпуска. Поверхностный наклеп многобойковым упрочнителем типовых сварных элементов рам тележек и вагонов может
существенно повысить их усталостную прочность. Особенно эффективным является этот способ для сварных элементов с деталями,
имеющими близко расположенные поперечные швы. Аргоннодуговая обработка швов является эффективным средством повышения усталостной прочности сварных конструкций при больших
напряжениях (16—18 кгс/мм2) и хорошем качества сварочных
швов. Высокий отпуск оказывается эффективным при наличии
неблагоприятных внутренних напряжений и большой их концентрации.
Сварные швы стыковых соединений должны быть по возможности равнопрочными с основным металлом элементов. Конструкции с равнопрочными сварными стыковыми швами отвечают требованиям экономичности, так как увеличение прочности сварных
швов по сравнению с основным элементом усложняет изготовление
конструкции, не улучшая условий ее работы. Более того, концентрация напряжений в сварных швах снижает несущую способность
всего элемента конструкции и не позволяет в полной мере
использовать его сечение, что приводит к перерасходу материала.
При действии на элемент продольной силы распределение напряжений как в поперечных сечениях самого элемента, так и в поперечном сечении по сварному шву, принимают равномерным;
расчетную величину шва принимают равной толщине основного
элемента, длину шва — равной ширине основного элемента при
условии выполнения шва с применением выводных планок. Если
эти планки отсутствуют, то расчетную длину шва уменьшают на 10
мм (этим учитывают возможность некоторого непровара
начального и конечного участков шва при ручной сварке). При
58
действии продольной силы на элементы, соединенные стыковым
швом, расчетное условие имеет вид
(23)
где Р — продольная сила; σ — напряжение в шве; s — расчетная
толщина шва; lш — расчетная длина шва; [σш] — допускаемое
напряжение в шве.
В некоторых случаях, когда по условиям выполнения швов
допускаемые напряжения в металле шва не могут быть приняты
равными допускаемым напряжениям в основном металле, для
обеспечения условной равнопрочности сварного стыкового соединения можно применять косой шов. При расчете угловых швов
расчетный профиль шва принимают в виде вписанного равностороннего треугольника. За расчетную толщину шва берут толщину
его наименьшего косого сечения, равную 0,7k, где k — катет шва.
Эти швы рассчитывают по допускаемым напряжениям на срез
Толщину расчетного сечения угловых швов при обеспечении
полного провара по толщине присоединяемого элемента принимают
(как и для стыковых швов) равной толщине основного элемента.
Такие угловые швы рассчитывают так же, как и стыковые швы, по
допускаемым напряжениям на растяжение (или на сжатие), что
соответствует условиям их действительной работы.
При расчете прочности сварных соединений допускаемое напряжение в металле шва в большинстве случаев принимают равным
допускаемому напряжению в основном металле. При этом
требования прочности для сварных стыковых соединений выполняются безусловно в том случае, если они были удовлетворены при
подборе размеров сечения основных соединяемых элементов. То
же относится и к воспринимающим осевую силу или изгибающий
момент сварным тавровым соединениям, когда они выполнены с
обеспечением провара по всей толщине соединяемых элементов.
Условия расчета сварных соединений, воспринимающих изгиб,
в основном такие же, как и воспринимающих осевые усилия.
Основные расчетные формулы для проверки прочности сварных
стыковых соединений при их работе на изгиб и основных элементов конструкции одинаковые, вследствие того, что форма сечения
сварного стыкового соединения остается такой же, как и у основного элемента; следовательно,
(24)
где М — изгибающий момент, действующий в сечении; W
— момент сопротивления соединяемого элемента в месте
сопряжения.
59
По этой же формуле рассчитывают соединения впритык в том
случае, когда обеспечен полный провар по всей толщине элемента.
Соединения впритык, осуществленные угловыми швами (без провара по всей толщине присоединяемого элемента), рассчитывают
по допускаемым напряжениям на срез
(25)
где W — момент сопротивления расчетного сечения по сварным
швам.
В случае прикреплений угловыми швами сложных профилей
расчет по формулам (24) и (25) допустим только при условии обеспечения пропорциональности между толщинами отдельных частей
элементов и размерами прикрепляющих их швов.
Если, кроме изгибающего момента, на соединение действует и
поперечная сила, то необходимо определять касательные напряжения от этой силы и проверять прочность по эквивалентным
(суммарным) напряжениям. Напряжение среза в швах от усилий,
действующих в плоскости соединения элементов, если жесткость
этих элементов больше жесткости швов на срез,
Напряжения среза в швах торцовых соединений от усилий,
которые действуют в плоскостях, перпендикулярных плоскости
соединения элементов,
где Мг и Ми — моменты сил, которые действуют в плоскостях,
перпендикулярных плоскости сечения швов; Jг и Jy — моменты
инерции сечения, имеющего соответствующую расположению
швов конфигурацию (толщина участков этого сечения равна наименьшей толщине сечения рассматриваемого шва); у и z — координаты точки сечения шва, в которой определяют напряжения; Р
— продольное усилие, приложенное вдоль оси, проходящей через
центр тяжести сечения; st и li — расчетные размеры шва.
При определении моментов инерции Jг и Jy в сечении не учитывают швы, присоединяющие одну деталь к стенке другой детали,
если эта стенка не подкреплена ребрами или иными элементами.
Напряжения, вычисленные по формулам (26)—(28), суммируют:
(29)
где Q — равнодействующая всех сил, действующих в рассматриваемой плоскости; Мх — момент всех сил относительно центра
тяжести сечения швов; г — радиус, проведенный из центра тяжести сечения швов к точке шва, в которой определяют напряжения;
lh Si — расчетные размеры шва; Jг и Jy — моменты инерции сечения,
имеющего конфигурацию, соответствующую расположению швов;
si-— толщина участков этого сечения, равная наименьшим
размерам сечений швов.
Напряжения среза в торцовых швах от усилий, действующих в
плоскости соединений сваренных впритык тонкостенных элементов, равны:
для швов, присоединяющих замкнутый контур,
для швов, присоединяющих незамкнутый контур,
здесь Q — равнодействующая всех сил, действующих в рассматриваемой плоскости; М — момент всех действующих в сечении
сил относительно центра изгиба сечения присоединяемого элемента; F — площадь, ограниченная замкнутым контуром швов.
60
Точечное и роликовое соединения проектируют только для
работы на срез. При проектировании сварных точечных соединений применяют упрощенную методику расчета, где распределение
касательных напряжений в рабочем сечении сварной точки принимают равномерным, а действием в нем нормальных напряжений
пренебрегают. Допускают также, что в многоточечных соединениях распределение усилий между отдельными сварными точками
равномерное. Это позволяет при расчете сварных точечных соединений, воспринимающих осевую растягивающую нагрузку, принимать условие прочности в виде
(30)
где Р — усилие, передаваемое на соединение; d — диаметр сварной точки (литого ядра точки); К — количество плоскостей среза
сварных точек; [τт] — допускаемое напряжение на срез для сварной
точки; и — количество точек в соединении.
При расчете точечных соединений следует иметь в виду, что
даже при осевой нагрузке сварная точка, кроме среза, испытывает
еще и изгиб, который для соединений с двусторонним нахлестом
обычно не учитывают. Наличие изгиба приводит к тому, что при
выборе соотношений между отдельными размерами соединения
учитывают также условия работы сварной точки на отрыв, возможный в результате появления нормальных напряжений от
61
изгиба. Если проверку на отрыв выполняют при толщине свариваемого металла менее 2 мм, то напряжение
(31)
а если при толщине свариваемого металла 2 мм и более, то
(32)
где Q — равнодействующая всех сил, действующих в рассматриваемой плоскости; d — проектный диаметр точки; s — толщина
металла (в наименьшем сечении); п — количество точек, воспринимающих нагрузку; k — количество плоскостей среза точки.
Для ответственных узлов, помимо расчетов, позволяющих
выбрать основные размеры сварочных швов, выполняют также
расчеты на усталостную прочность, при которых учитывают факторы концентрации напряжений, влияние размеров, состояние
поверхности и более точные характеристики условий нагружения.
§ 7. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ И САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ
ТРЕБОВАНИЯ
Особое значение теплотехнические и санитарно-гигиенические
требования имеют для пассажирских вагонов, но иногда подобные
требования предъявляют и к специализированным грузовым вагонам — к рефрижераторным, для перевозки скота, некоторых химических грузов и т. д.
Параметры воздушной среды. Нормальными или комфортными
параметрами окружающего воздуха считают такие, при которых
количество тепла, вырабатываемого организмом человека, и количество тепла, отдаваемого им окружающей среде, уравнивается
благодаря нормальной терморегуляции организма без напряжения
последнего. На самочувствие пассажиров оказывает большое
влияние чистота воздуха. Для поддержания чистоты воздуха в вагоне необходимо подавать в него определенное количество наружного воздуха, а также предусматривать в системе вентиляции
соответствующие фильтры. Для предотвращения попадания в вагон
пыли через неплотности повышают герметичность конструкции и
обеспечивают избыточное давление (подпор) воздуха.
Рекомендованы следующие параметры воздуха в вагонах с
кондиционированием: температура воздуха в пассажирском помещении летом должна быть равна 22—26° С (для расчетов берут
среднее значение 24° С), зимой 18—22° С; относительная влажность
воздуха должна составлять 30—60%; допускаемая неравномерность температур воздуха (по длине вагона на одном уровне и по
высоте вагона на одной вертикали) не более 3° С.
Максимальная скорость движения воздуха в зонах пребывания
пассажиров должна быть не более 0,25 м/с. Минимальное количе62
ство подаваемого в вагон наружного воздуха на одного пассажира
(по числу спальных мест): летом 25 м3/ч, зимой 20 м3/ч. Подпор
воздуха в кондиционируемых помещениях — не менее 3 мм вод.
ст. (30 Н/м2). Максимально допустимые содержания: пыли — 1
мг/м3; углекислого газа — 0,1% объема помещения.
Для предотвращения появления слишком больших перепадов
(больше 12° С) между температурами воздуха внутри и снаружи
вагона обычно предусматривают три температурных режима для
летнего времени года: прохладный с автоматическим регулированием температуры (22—26° С); нормальный (23—27° С); теплый (24—28° С).
Вагоны без кондиционирования воздуха оборудуют принудительной вентиляцией с устройствами для очистки воздуха от пыли
и подогрева воздуха в холодное время года, вытяжными дефлекторами, системой отопления и автоматическим управлением температурным режимом в вагонах с электрическим отоплением.
Параметры воздуха в вагонах без его кондиционирования
должны удовлетворять следующим условиям: системы отопления
(водяного или электрического) и подогрева подаваемого в вагон
воздуха должны обеспечивать температуру в вагоне 20 ± 2° С, а в
туалетах не ниже 18° С, при температуре наружного воздуха до —
40° С; разность температур па высоте и длине вагона не должна
превышать 3° С; количество подаваемого вентиляционной
установкой в вагон воздуха на каждого пассажира в летнее время
года должно составлять 25 м3/ч, а в зимнее 20 м3/ч; скорость движения воздуха в местах нахождения пассажиров не должна превышать 0,2 м/с зимой и 1 м/с летом (при закрытых окнах).
Водоснабжение. Пассажирские вагоны дальнего следования
имеют систему холодного и горячего водоснабжения с запасом
воды в баках не менее 1000 л. В вагонах межобластного сообщения
и багажных установлено только холодное водоснабжение. В вагонах местного и пригородного сообщения системы водоснабжения
предусматривают в соответствии с требованиями заказчика. Водяные баки системы холодного водоснабжения имеют указатели
уровня воды и сигнальные устройства об их заполнении. Воду
наливают через специальные трубы со стороны полотна пути.
Головки этих труб должны быть удалены от фановых труб к средней части вагона и иметь электроподогреватели и устройство для
предохранения их от загрязнения. Система водоснабжения обеспечивает возможность полного слива воды.
Освещение. Внутренние помещения пассажирских вагонов
освещаются через окна. Отношение площади световых проемов
окон к площади пола рекомендовано для купе не менее 0,25, а для
некупейных вагонов — не менее 0,33. Вагоны без кондиционирования воздуха оборудуют окнами с опускающимися (открывающимися) рамами. В пассажирских вагонах с установками
кондиционирования воздуха окна глухие, за исключением окон
служебного помещения, туалетов и коридоров.
63
Искусственное освещение в основных помещениях Пассажирских вагонов (салонах, купе, коридорах) может быть общим или
комбинированным (из общего и местного освещения). Общее освещение осуществляют люминесцентными лампами. Освещенность
от системы общего освещения должна составлять в купе или отделении некупированного вагона на уровне 0,8 м от пола не менее
100 лк; в салоне вагона с креслами для сидения на уровне 0,8 м от
пола не менее 100 лк; в коридорах на уровне пола не менее 50 лк. В
вагонах с централизованным электроснабжением рекомендована
большая освещенность (в 1,5-—2 раза).
Местное освещение (софиты у изголовья спальных диванов,
настольные лампы в купе, лампы для освещения подножек, подвагонного оборудования и др.) и освещение вспомогательных помещений можно выполнять люминесцентными лампами или лампами накаливания. Для ночного времени в спальных купе должно
быть предусмотрено освещение синими или темно-зелеными лампами, которые можно выключить по желанию пассажиров. Освещенность от системы местного освещения должна составлять на
поверхности столика купе при люминесцентных лампах 100 лк, а
при лампах накаливания 75 лк; на поверхности расположения
книги у изголовья дивана и верхней полки купе, а также у спинки
кресел при люминесцентных лампах 100 лк, а при лампах накаливания 50 лк.
Параметры шума. Допустимые уровни шума в вагонах
установлены разработанным ВНИИВ и ЦНИИ МПС ОСТ
24.050.18—72. Измеренные уровни звукового давления в октавных
полосах частот не должны превышать допустимых значений
следующих нормировочных кривых:
№ нормировочной кривой
В вагонах мягких, жестких купейных, в купе отдыха проводников
поездов дальнего следования, в купе отдыха почтовых и багажных
вагонов ......................................................................................................
№ 60
В вагонах открытого типа дальнего следования, в вагонах меж
областного сообщения, в служебных помещениях почтовых и ба
гажных вагонов ........................................................................................
№ 65
В салонах и кабинах водителя трамвайных вагонов ........................
№ 75
В вагонах типа И метрополитена, а также всех последующих типов:
в кабине машиниста ....................................................................
№ 75
в салоне .............................................................................................
№ 80
В кабине машиниста моторных вагонов электропоездов, дизель-по
ездов и автомотрис, в салонах дизель-поездов и автомотрис ............ № 75
В кабине машиниста немоторных вагонов и в салонах электро
поездов ..................................................................................................
№ 70
В вагонах-электростанциях рефрижераторных секций:
в купе отдыха бригады ....................................................................
№ 60
в отделении управления .............................................................
№ 70
Допустимые уровни звукового давления (дБ) в октавных полосах частот (Гц) приведены в табл. 10.
64
Таблица
Звуковое давление (
№ нормировочной кривой
31,5
63
125
250
10
в дБ) при частотах (в Гц)
500
1000
2000
4000
8000
60
96,3
82,9
74,2 67,8
63,2 60
57,4
55,4
53,8
65
70
75
80
85
99,7
103,1
106,5
109,9
113,3
86,8
90,8
94,7
98,7
102,6
78,5
82,9
87,4
91,6
95,9
68,1
73,0
77,9
82,7
87,6
62,5
67,5
72,6
77,7
82,8
60,5
65,7
70,8
75,9
81,0
58,9
64,1
69,2
74,4
79,5
72,4
77,1
81,7
86,4
91,0
65
70
75
80
85
Параметры вибрации. Вибрации пассажирских вагонов локомотивной тяги, вагонов электропоездов, дизель-поездов, автомотрис магистральных железных дорог колеи 1520 мм и вагонов метрополитена оценивают согласно ОСТ 24.050.28—74, разработанному ВНИИВ. При этом учитывают четыре главных физических
фактора: интенсивность вибрации, характеризуемую средним
квадратическим значением ускорения, спектральный состав, время
и направление действия вибрации.
Вибрацию оценивают из расчета ее действия на человека в течение рабочего дня. Тогда
tp ≤ τд,
(33)
где tp — продолжительность рабочего дня; τд — допустимое
время воздействия вибрации, определяемое с учетом эксплуатационного распределения скоростей движения. При этом
(34)
где рк — доля времени (вероятность) движения вагона в эксплуатации со скоростью vK; τдк — допустимое время воздействия вибрации данного уровня.
Значения τдк определяют по ОСТ 24.050.28—74 в зависимости
от приведенного среднего квадратического значения ускорения апк
(табл. 11).
Дополнительные требования к изотермическим вагонам.
Для создания условий, обеспечивающих сохранность качества
скоропортящихся грузов, и сокращения энергетических затрат
изотермические вагоны должны иметь минимальный коэффициент
теплопередачи при возможно меньшей толщине элементов
ограждения кузова (стен, пола, крыши) и надежные в работе
приборы охлаждения, отопления и контроля за температурой
воздуха в грузовом помещении. Средний коэффициент
теплопередачи ограждений грузовых помещений не должен
превышать 0,28 ккал/(м2ч° С).
65
Т а б л и ц а 11
Холодильное, отопительное, вентиляционное оборудование, система циркуляции воздуха и конструкция ограждений должны
обеспечивать в грузовом помещении равномерность температуры с
допустимым отклонением ±1,5° С от заданной. Воздухообмен через
неплотности грузового помещения не должен превышать 0,3
полного объема этого помещения за 1 ч.
Дополнительные требования к пассажирским вагонам. С учетом
эргономических и санитарных требований пассажирские вагоны
должны иметь пассажирское помещение (купе, салоны),
оборудованное в зависимости ог типа вагона спальными (мягкими
или полумягкими) местами или диванами (креслами) для сидения, а
также полками и нишами для хранения багажа и мелких вещей;
служебное помещение, в котором размещены щит управления системами энергоснабжения, вентиляции, отопления, кондиционирования воздуха и освещения (в вагонах дальнего следования это
отделение оборудовано шкафами для постельных принадлежностей,
посуды, продуктов, мойкой с горячей и холодной водой, агрегатом
для охлаждения питьевой воды, столиком, диваном или креслом
для дежурного проводника, аптечкой и т. д.); помещение для
отдыха проводников со спальными местами в вагонах дальнего
следования; туалетные комнаты с унитазом и умывальником.
Для изоляции кузова необходимо применять негорючий и невлагоемкий термоизоляционный материал. Средний коэффициент
теплопередачи ограждений кузова не должен превышать 0,95
ккал/(м2ч°С).
Внутреннюю
поверхность
вагона
следует
облицовывать материалами, допускающими уборку с применением
специальных растворов.
66
§ 8. МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ
В ВАГОНОСТРОЕНИИ
Стальной прокат. В настоящее время для изготовления вагонов в основном применяют углеродистые и низколегированные
стали (ГОСТ 380—71, ГОСТ 6713—75, ГОСТ 1050—74, ГОСТ
19281—73 и ГОСТ 19282—73). Механические свойства применяемых и рекомендуемых для вагоностроения сталей приведены
в табл. 12.
В вагоностроении применяют углеродистые стали различной
степени раскисления: кипящие, спокойные и полуспокойные.
Кипящая сталь более дешевая, но по качеству уступает спокойной.
Полуспокойная сталь по степени раскисления и свойствам представляет собой промежуточную. Кипящая сталь имеет более высокий порог хладноломкости и по сравнению со спокойной сталью
является менее стойкой к хрупким разрушениям при низких температурах. Поэтому для ответственных несущих элементов конструкций вагонов применяют спокойные стали. Для этих конструкций используют углеродистую сталь (ГОСТ 380—71) группы В и
пятой категории качества, предусматривающей нормирование
химического состава, пределов прочности и текучести, относительного удлинения, изгиба в холодном состоянии и ударной вязкости
при температуре —20° С и после механического старения. Углеродистые стали (ГОСТ 1050—74) применяют второй и третьей категорий; второй категорией предусмотрено нормирование механических свойств на растяжение и ударной вязкости, проверяемых на
образцах, изготовленных из нормализованных заготовок размером
25 мм (диаметр или сторона квадрата), а третьей категорией —
нормирование механических свойств на растяжение, проверяемых
на образцах, изготовленных из нормализованных заготовок
размером не более 100 мм.
Для ответственных сварных конструкций вагонов применяют
низколегированные стали (ГОСТ 19281—73 и ГОСТ 19282—73)
12-й категории, которой предусмотрено нормирование химического состава, механических свойств при растяжении и изгибе и
ударной вязкости при температуре —40° С и после механического
старения.
Основные элементы грузовых вагонов изготовляют главным
образом из низколегированных сталей с гарантированным содер
жанием меди (09Г2Д, 09Г2СД, 10Г2С1Д, 10ХСНД, 15ХСНД,
ЮХНДП). Сталь 10ХНДП имеет повышенные механические ха
рактеристики и коррозионную стойкость в атмосферных условиях,
поэтому ее рекомендуют применять в тонкостенных элементах
конструкции толщиной до 6—8 мм. Перспективной для изготовле
ния несущих сварных тяжело нагруженных узлов вагона является
низколегированная сталь 10Г2БД, обладающая в сравнении со
сталью 09Г2Д более высокими прочностными характеристиками,
особенно усталостной прочностью сварных соединений.
_
67
Таблица
Толщина
проката, мм
Предел
текучести
«V
кгс/мм
СтЗкп
СтЗпс,
СтЗсп
СтЗГпс
Механические СВОЙСТВЕ (не менее)
Механические свойства (ие менее)
Предел
прочности
кгс/мм2
Сталь
2
Относительное
удлинени
б6> %
Ударная вязкость ан,
кгм/см2, при
20° С
До 20
21—40
41 — 100
37
37
37
24
23
22
27
26
24
—
До 20
21—40
41 — 100
38
38
38
25
24
23
26
25
23
5-11
До 20
21—40
41—100
38
38
38
25
24
23
26
25
23
5—10 3—5
—
3—5
—
Толщина
—
До 20
21—40
41—100
50
50
50
29
28
27
20
19
17
—
—
—
Ст5Гпс
До 20
21—40
41—100
46
46
46
29
28
27
20
19
17
—
—
—
80
80
80
80
80
80
80
До 20
38
42
46
50
54
58
61
38
23
25
28
30
32
34
36
24
27
25
23
21
20
19
16
26
—
9
8
7
6
5
3,5
3,5
До 4
5-9
10—20
21—32
45
45
45
45
31
31
31
30
21
21
21
21
—
—
3,5
3
4
09Г2С,
09Г2СД
До 4
5—9
10—20
21—32
33—60
61—80
50
50
48
47
46
45
35
35
33
31
29
28
21
21
21
21
21
21
6,5
6
6
6
6
—
4
3,5
3,5
3,5
3,5
Предел
прочности
Предел
текучести
<тт,
Относиудлиие-
Ударная вязкость
аи, кгм/см2,
при
20° С
—20° С —40° С
кгс/мм2
10Г2С1,
До 4
50
36
21
—
—
—
10Г2С1Д
5-9
10—20
21—32
33—60
61—80
50
49
48
46
44
35
34
33
33
30
21
21
21
21
21
6,5
6
6
6
6
—
—
43
10Г2Б,
До 4
52
38
21
—
—
43
10Г2БД
5-9
10
52
52
38
38
21
21
—
—
10ХСНД
До 4
54
40
19
5—9
10—15
16-32
33—40
54
54
54
52
40
40
40
40
19
19
19
19
—
—
—
—
4
5
5
До 4
50
35
21
—
—
—
—
—
~
—
5—9
10—20
21—32
50
50
50
35
35
35
21
21
21
—
—
—
3
3
До 4
5-9
48
48
35
35
20
20
—
—
4
—
09Г2,
09Г2Д
68
Ста
-20° С -40° С
Ст5пс,
Стбсп
15
20
25
30
35
40
45
16Д
П р о д о л ж е н и е табл. 12
12
15ХСНД
10ХНДП
■—
■—
3
3
3
5
4
Для изготовления котлов железнодорожных цистерн, предназначенных для перевозки некоторых кислот, желтого фосфора,
расплавленной серы, различных синтетических смол, ядохимикатов, жидких минеральных удобрений, молока и особо чистых
продуктов применяют высоколегироввнные нержавеющие стали,
содержащие дефицитные легирующие элементы (никель, молибден,
хром и медь). Получили применение двухслойные стали (биметаллы)
с плакирующим слоем из высоколегированных сталей. Например,
биметалл ВСтЗ + 12Х18Н10Т (ГОСТ 380—71 и ГОСТ 5632—72)
успешно применяют для цистерн, предназначенных для перевозки
виноматериалов.
Для пассажирских вагонов в настоящее время применяют обычные углеродистые стали, обладающие низкой прочностью и коррозионной стойкостью, что ограничивает возможности снижения
массы конструкции и повышения эксплуатационной надежности.
Низколегированные стали 10ХНДП, 15ХСНД и др. по сравне69
нию с обычными углеродистыми в 1,5—3 раза более стойки к атмосферной коррозии. Однако в условиях постоянной влажности
коррозионная стойкость этих сталей всего на 20—30% превосходит
коррозионную стойкость углеродистых сталей. На основании
проведенных ЦНИИ МПС, ВНИИВ и ЦНИИ ЧМ исследований для
кузовов пассажирских вагонов рекомендовано применение экономно
легированной никелем нержавеющей стали 10Х14Г14НЗ (ГОСТ
5632—72). Проводятся исследования возможности применения
безникелевой нержавеющей стали.
Прокатные стали применяют в вагоностроении в виде листового
материала, полосы, сортового и профильного проката (как
горячекатаного, так и холодногнутого). В последнее время расширяется применение холодногнутых профилей. Основные горячекатаные профили, применяемые в вагоностроении, приведены в
табл. 13.
Литые стали. Для изготовления литых деталей вагонов в основном применяют углеродистые и низколегированные стали (ГОСТ
977—75 и отраслевые технические условия). Механические
характеристики некоторых из этих сталей приведены в табл. 14.
Литые детали из сталей ЗОГСЛ и 32Х06Л (ГОСТ 977—75) поставляют после закалки и отпуска, а из остальных сталей — после
нормализации. Основная масса стального литья идет на детали
тележек грузовых вагонов, на боковые рамы н надрессорные балки, а
также на детали автосцепки.
В настоящее время рамы, балки и автосцепки в основном отливают
из низколегированных сталей 20ГЛ и 20ФЛ, которые по сравнению с
углеродистой сталью обеспечивают повышенную на 20—30%
прочность деталей. Условия эксплуатации на перспективу требуют
дальнейшего повышения прочностных характеристик указанных
деталей. В связи с этим в вагоностроении осуществляется переход на
использование более прочной стали типа 20Г1ФЛ.
- Применение улучешнных низколегированных сталей позволяет не
только повысить механические свойства, но и обеспечить гарантированную ударную вязкость а„ при отрицательной температуре,
вплоть до температуры —60° С.
Одним из основных направлений улучшения качества литых
деталей является снижение содержания серы и фосфора в результате
применения синтетических шлаков, специальных лигатур и др.
Уменьшение в стали вредных примесей обеспечивает увеличение ее
пластичности и вязкости, улучшение литейных свойств, что, в свою
очередь, повышает качество литых деталей (снижает вероятность
образования горячих и холодных трещин, газонасыщенности, пор,
раковин и пр.).
Алюминиевые сплавы. Алюминий и его сплавы применяют в
конструкциях пассажирских и грузовых вагонов. Алюминий и его
сплавы применяют для изготовления облегченных кузовов вагонов
городского транспорта и скоростных поездов, а также для
70
71
деталей и узлов внутреннего оборудования вагонов. Эти материалы
применяют также при изготовлении котлов цистерн для транспортирования концентрированной азотной кислоты и других
агрессивных грузов, перевозки пищевых продуктов (в частности,
молока), а также при изготовлении изотермических вагонов для
внутренней обшивки кузовов вагонов.
Механические свойства используемых в вагоностроении алюминиевых деформируемых сплавов приведены в табл. 15. Из литейных алюминиевых сплавов в вагоностроении наибольшее применение нашли алюминий-кремниевые сплавы Ал9 и АлЗ (ГОСТ
2685—75), обладающие высокими литейными свойствами и
коррозионной стойкостью.
Алюминиевые сплавы по сравнению с углеродистыми и низколегированными сталями обладают многими преимуществами, наиболее важными из которых для вагоностроения являются малая масса
(почти в 3 раза меньшая, чем для стали), достаточно высокие
механические свойства и коррозионная стойкость. Возможность
изготовления из алюминиевых сплавов профилей практически
любой конфигурации позволяет создавать легкие и надежные конструкции вагонов, значительно снизить их массу тары и увеличить
грузоподъемность. Определенным недостатком алюминиевых сплавов,
препятствующим широкому внедрению в вагоностроение, является
их относительно высокая стоимость. В перспективе расширение
применения алюминия и его сплавов для вагоностроения несомненно.
Окраска вагонов. Антикоррозионная защита металлоконструкций вагонов имеет важное значение в связи с особенностями
условий их эксплуатации (использование вагонов в различных
климатических зонах с большими перепадами температур и влажности, воздействие атмосферы индустриальных районов и пр.).
72
73
Таблица
Сплав (ГОСТ
4784—65, ГОСТ
8617—75 и ГОСТ
12592—67)
Шифр
состояния
поставки *
Механические свойства (не менее)
Предел прочности ав, кгс/мм2
Предел текучести
а , кгс/мм2
Относительное
удлинение
ев , %
АД
АМц
АМц
м
п
м
6
15
9
—
АМг2
АМгЗ
АМгб
м
м
м
17
19
28
8
13
16
15
15
АМгб
АМгб
м
н
32
38
16
28
15
6
АВ
АВ
т
18
30
23
14
8
АДЗЗ
Т1
25
21
6
1915
м
28
18
12
1915
1915
т
35
38
22
25
10
8
Т1
Т1
15
20
5
18
* П — полунагартованное состояние; Н — иагартованное состояние; М — отожженное
состояние; Т — закалка и естественное старение; TI — закалка и искусствеииое -старение (ГОСТ 12592 —
67).
Надежность антикоррозионной защиты во многом зависит от качества и номенклатуры лакокрасочных материалов. Большое
внимание в вагоностроении уделяется также внедрению прогрессивной техники окраски, обеспечивающей экономию лакокрасочных материалов, а также повышающей качество окраски и производительность труда.
Пассажирские и грузовые магистральные вагоны окрашивают в
соответствии с ГОСТ 12549—67 и ГОСТ 7409—73. ГОСТ 12549—67
распространяется на окргску строящихся и подвергающихся заводскому ремонту цельнометаллических пассажирских, почтовых,
багажных вагонов, вагонов-ресторанов, вагонов-электростанций и
вагонов электропоездов. ГОСТ 7409—73 распространяется на
строящиеся и подвергаемые заводскому ремонту универсальные
грузовые вагоны, крытые, полувагоны и платформы. Наружную
поверхность вагонов-цистерн окрашивают химически стойкой
эмалью ХВ-785 (ГОСТ 7313—75) по предварительно загрунтованной поверхности.
Неметаллические материалы. Для отделки внутренних помещений пассажирских вагонов, вагонов электропоездов и дизель74
поездов, вагонов метро и др. применяют самые разнообразные материалы, которые можно разделить на отделочные, тепло- и звукоизоляционные, конструкционные и пр. Для облицовки стен, перегородок, потолков рекомендован трудновоспламеняемый бумажнослоистый пластик, для покрытия полов — поливинилхлоридный
линолеум, для внутренней обшивки стен и облицовки потолков —
трудновоспламеняемые или огнестойкие древесно-волокнистые
плиты и т. д. В качестве теплоизоляционного материала наибольший интерес для вагоностроения представляют пенополиуретаны,
так как они позволяют осуществлять теплоизоляцию кузова вагона
наиболее прогрессивными способами — напылением или заливкой.
Для теплоизоляции крыши, а также труб отопления, проходящих за потолочной обшивкой, рекомендовано негорючее супертонкое базальтовое волокно, выпускаемое в виде матов, обладающих высокой термовиброустойчивостью и низкой гигроскопичностью. В качестве гидроизоляции кузова и гидрозащиты теплоизоляционных материалов рекомендован полимерный пленочный
материал.
Широкое распространение в вагоностроении получил пенополистирол, применяемый для производства пенопласта. Пенопласта
на основе полистирола с порообразующими компонентами обладают
небольшой плотностью, высокими тепло- и звукоизоляционными
свойствами, химической стойкостью и водостойкостью, а при внесении специальных добавок — пониженной горючестью. Наиболее
распространенными являются пенополистиролы ПСБ и ПСБ-С.
Применение в вагоностроении деталей из древесины хвойных и
лиственных пород и древесных материалов обусловлено ГОСТ
3191—75. Детали, по условиям эксплуатации которых требуется
предохранение их от гниения и возгорания, подвергают глубокой
пропитке или покрытию антисептиками и* антипиренами. В
зависимости от назначения и конструктивных особенностей узлов
и деталей вагонов влажность древесины должна составлять 15—
25%. Для изготовления вагонов применяют дуб, ясень, лиственницу, бук, березу, сосну, ель, ольху, пихту, а также фанеру
ФСФ (ГОСТ 3916—69), плиты столярные (ГОСТ 13715—68),
плиты древесно-стружечные (ГОСТ 10632—70), плиты фанерные
(ГОСТ 8673—68), пластики древесные слоистые (ГОСТ 13913—68),
плиты древесно-волокнистые (ГОСТ 8904—66 и ГОСТ 4598—74) и
фанеру декоративную (ГОСТ 14614—69).
Также широко в вагоностроении применяют резину. Способность к высокоэластичной деформации и высокая усталостная
прочность резины сочетаются с другими ценными техническими
свойствами: износостойкостью, прочностью на разрыв и удар, газо, воздухо-, водонепроницаемостью, маслостойкостью и др., а также
высокой способностью к поглощению энергии. Благодаря
указанным свойствам резину применяют в основном в качестве
75
Таблица
Наименование
Уплотнения неподвижных соединений
Рабочая среда
Воздух, вода
Уплотнения дверей, окон и Воздух, вода, слабые
люков
растворы кислот и щелочей
Уплотнения подвижных соединений
Воздух, смазка, горячая
вода
Резина (ТУ
38.0Э5.204—71)
7-1847
13305
7-6721
7-2959
7-2462
7-6721
6190
7-3508
7-Н-26-16
7-В-14
Амортизаторы и силовые де- Воздух, вода, капельки
тали, работающие под намасла и топлива
грузкой
7-1847
7-3681
7-6721
7-2959
7-2462
7-4985
7-3826
7-8470
Защитные детали, чехлы, кожухи
7-6721
7-2959
7-3687
6190
Воздух, вода
16
амортизирующих устройств в элементах рессорного подвешивания
и поглощающих аппаратов автосцепок, для упругой связи элементов тележек, в качестве уплотнителей, манжет, прокладок в
тормозной системе, роликовых буксах, оконных дверных проемах,
подрезиненных колесах вагонов метро и трамваев и др. Марки
резины, применяемой для деталей и узлов вагонов некоторых
типов, приведены в табл. 16.
ному оборудованию определяются техническим заданием на проектирование и исходят из предполагаемых условий эксплуатации
вагона. При этом должны обеспечиваться необходимое тормозное
замедление и тормозной путь, а также плавность процесса торможения и надежность работы тормозных систем. Действующие расчетные нормы тормозного пути вагонов при экстренном торможении
приведены в табл. 17.
Для вагонов магистрального, пригородного и городского рельсового транспорта среднее (расчетное) замедление при торможении
до остановки обычно принимают равным 1,2—1,3 м/с2. Более
высокие значения замедления (как и ускорения при разгоне поезда)
недопустимы для обычного подвижного состава по соображениям
комфорта, эргономики и безопасности стоящих пассажиров и обслуживающего персонала. При экстренном (аварийном) торможении максимальное реализуемое замедление перед остановкой
может быть выше (до 1,5—2,0 м/с2)- Следует учитывать, что при
тормозных системах, основанных на использовании _ сцепления
колес с рельсами, реализуемое тормозное замедление /т в относительных единицах (долях ускорения свободного падения) не может
превышать коэффициента сцепления колес с рельсами, так как /т <
jτ ≤ ψkg,где ψк — коэффициент сцепления; g — ускорение свободного
падения.
Указанное ограничение определяет интерес к тормозным системам, не зависящим от сцепления колес с рельсами. Наибольшее
применение из таких систем пока получили магнитно-рельсовые
колодочные тормоза. Значительный интерес представляет применение линейного двигателя, а также рельсового электрического
тормоза, использующего эффект вихревых токов. Исследования в
этих направлениях проводят сейчас в СССР и во многих других
странах мира. На специальном скоростном подвижном составе,
очевидно, можно применять также и аэродинамические тормоза.
Тормозные системы вагонов должны также удовлетворять опреТаблица
17
§ 9. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ
ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ВАГОНОВ
Помимо требований, обеспечивающих вписывание вагонов в габарит, их необходимую прочность и ходовые качества, теплотехнические характеристики и комфортно-гигиенические условия
перевозок и т. п., при проектировании к вагонам предъявляют и
специфические дополнительные требования.
Важнейшее значение имеет правильный выбор параметров
тормозных устройств вагонов. Конкретные требования к тормоз76
77
деленным требованиям, обеспечивающим допускаемые продольные
силы при движении поезда (см. гл. IV).
Безопасная эксплуатация подвижного состава на линиях железных дорог невозможна без соответствующих определенным требованиям ударно-тяговых и соединительных устройств. На подвижном составе (за исключением трамваев) применяют наиболее
прогрессивные устройства — автосцепку. Автосцепное оборудование вагонов в значительной мере унифицировано (см. гл. V). Одно
из специфических требований, связанных с конструкцией
автосцепного оборудования и линейными параметрами вагона, —
требование обеспечения возможности сцепления вагонов и прохождения ими кривых участков пути. Выполнение этих требований
проверяют расчетом по методике Ю. А. Хапилова, приведенной в
нормах расчета и проектирования вагонов. Нормативные
требования по выбору расчетных радиусов кривых назначены с
учетом заданных условий эксплуатации вагонов, поэтому они
различны для грузовых и пассажирских вагонов. Более того, грузовые вагоны в данном отношении принято делить на две группы;
I — грузовые вагоны общесетевого обращения, предназначен
ные для эксплуатации без ограничений на всей сети железных
дорог МПС, включая сортировочные горки; их пропускают также
по путям промышленного транспорта.
II — грузовые вагоны и специальные транспортные средства
(транспортеры, путевые машины и др.), отличающиеся увеличен
ными размерами и предназначенные для эксплуатации преимуще
ственно на путях МПС; их пропускают через сортировочные горки
и по путям промышленного транспорта только при отсутствии
соответствующих запрещений.
Автоматическая сцепляемость грузовых вагонов группы II и
пассажирских проверке не подлежит, так как их сцепляют под
обязательным контролем сцепщика или другого работника. Необоснованное отнесение проектируемого вагона к I и II группам
может привести к неоправданному усложнению конструкции
вагона, снижению унификации деталей автосцепного оборудования
и к соответствующим экономическим потерям.
У вновь проектируемых грузовых вагонов проверяют соответствие линейных параметров и конструкции требованиям прохода без саморасцепа по сортировочной горке с «переломом» профиля 55°/00 между плоскостями подъема и спуска, сопряженными
вертикальными кривыми радиусами 350 и 250 м. Вагон и его автосцепное устройство необходимо дополнительно проверить на устойчивость против выжимания из колеи продольными сжимающими
силами, возникающими в поезде. В связи с эксцентричностью
действия продольных сил возникают поперечные составляющие (в
боковом и вертикальном направлениях), которые и создают
возможность выжимания вагона. Как показали исследования С. В.
Вершинского, опасность выжимания вагона продольными силами
может возникать при различных режимах ведения по78
ездов — регулировочных и остановочных торможениях, осаживаниях состава и т. д. Действующими нормами рекомендовано
проверять конструкцию на выжимание для случая прохождения
вагоном кривой R = 250 м при сжимающих продольных силах N =
ЬО тс (порожний четырехосный вагон) и N = 100 тс (груженый
четырехосный и порожний восьмиосный вагоны).
Отметим, что проблема повышения устойчивости вагонов их
выжиманию в тяжеловесных поездах еще полностью не решена.
Согласно расчетам (и опытным данным) полностью загруженный
четырехосный грузовой вагон может быть выжат из рельсовой
колеи при сжимающей продольной силе 100—120 тс, тогда как в
поездах весом б—10 тыс. тс продольные силы при экстренных
торможениях могут достигать 200—250 тс и более. Важнейшее
значение имеет характер и длительность действия продольных
сжимающих сил в поезде, чему и посвящены продолжающиеся
исследования. Одно из мероприятий, повышающих устойчивость
колесной пары в рельсовой колее, — увеличение угла наклона
поверхности гребня колеса к горизонтали. Например, при увеличении этого угла с 60° (современные стандартные колеса) до
65—70° запас устойчивости при прочих равных условиях повысится на 25—60%.
При проектировании вагонов, кроме расчетных схем нагружения, соответствующих эксплуатационной работе, необходимо
учитывать типовые усилия и схемы действия сил, характерные для
ремонтных операций. Например для несамоходных вагонов
магистральных железных дорог в качестве основных расчетных
режимов при ремонте принимают следующие: подъемку груженого
кузова за оба конца одной шкворневой балки; подъемку порожнего
кузова за одну концевую балку или за концы шкворневых балок,
расположенные по диагонали вагона; подъемку груженого кузова за
один конец одной шкворневой балки для смены бокового
скользуна или рессорного комплекта. Проектируя крыши
пассажирских и грузовых вагонов, рассчитывают их конструкцию
(дополнительно к основным расчетным режимам) на случай действия двух вертикальных сил по 100 кгс каждая, распределенных
на площадке 20 х 20 см и приложенных на расстоянии 50 см одна
от другой в любой зоне крыши. Это требование обусловлено необходимостью работы на крыше вагона обслуживающего персонала или ремонтных рабочих. На всех вагонах предусматривают
места или устройства для подъемки кузова домкратами.
Элементы вагона и подвесного оборудования проектируют с
учетом недопустимости значительных амплитуд резонансных
колебаний при эксплуатации в интервале всех возможных скоростей движения (вплоть до конструкционной) и применении типовых средств погрузки—выгрузки. Для снижения уровня действующих на элементы вагона динамических вибрационных сил от
несбалансированных масс вращающихся частей привода и вспомогательных машин (ГОСТ 12327—66 и ГОСТ 16921—71) уста79
новлены достаточно жесткие нормы допускаемых остаточных
неуравновешенностей (дисбалансов).
При проектировании пассажирских вагонов локомотивной тяги,
вагонов электропоездов, дизель-поездов и метрополитена для
обеспечения повышенной плавности их хода частота первого тона
изгибных колебаний кузова в вертикальной плоскости не должна
совпадать с собственной частотой колебаний подпрыгивания
кузова на центральном подвешивании и рамы на буксовом
подвешивании. Частота первого тона, как правило, должна быть не
менее 8 Гц. Указанное ограничение установлено в результате
исследований воздействия колебаний и вибраций на человеческий
организм, показавших, что частоты 5—7 Гц являются особо неблагоприятными. Для предварительной оценки собственная частота
изгибных колебаний кузова (Гц)
(35)
где k — коэффициент (для стальных кузовов магистральных вагонов k = 2,3÷2,5, а для вагонов метро k = 1,6÷1,8); L — длина
кузова; Е — модуль упругости материала кузова; J — момент
инерции среднего сечения кузова (по окну); т — погонная масса
кузова.
У кузовов новой конструкции экспериментально проверяют
собственную частоту изгибных колебаний. Особое значение имеет
вопрос обеспечения изгибной жесткости при создании облегченных
кузовов скоростного подвижного состава, особенно при проектировании кузова из высокопрочных алюминиевых сплавов. В
последнее время проблема обеспечения изгибной жесткости кузова
приобретает остроту и для некоторых специализированных
грузовых вагонов (двухъярусный вагон для перевозки легковых
автомобилей, платформа для большегрузных контейнеров и т. д.),
имеющих увеличенные размеры.
Для обеспечения нормальной работоспособности и эксплуатационной долговечности контактирующих деталей и соответствующих устройств вагонов ограничивают удельное давление на взаимодействующих поверхностях этих элементов. При проектировании удельное давление выбирают в зависимости от твердости,
прочности и фрикционных свойств материала, скорости относительного перемещения поверхностей, условий работы, требуемой
или установленной периодичности ремонтов, замены деталей и т. д.
Важное значение для обеспечения безопасности движения имеет
правильное проектирование связи кузова вагона с тележками. Для
вагонов магистральных железных дорог детали крепления пятника
(и подпятника) рассчитывают на срез от продольной нагрузки,
равной (не менее) 12-кратному весу тележки (для четырехосных
вагонов) и девятикратному весу тележки (для восьми-осных
вагонов). Для вагонов пригородных электропоездов это
усилие принимают равным (не менее) трехкратному весу тележки
с установленными элементами привода, а для вагонов метрополитена и трамвая — двукратному весу тележки.
Все вагоны магистральных железных дорог оборудуют подножками и поручнями для составителей поездов. На пассажирских
вагонах, имеющих поручни и открытые ступени для входа и выхода пассажиров, специальные подножки и поручни для составителей не устанавливают. На всех вагонах предусматривают
кронштейны для установки нижнего сигнального фонаря. Универсальные крытые грузовые вагоны общего назначения снабжают
несъемными приспособлениями для перевозки людей и постоянными разделками для печных труб. Конструкция дверей и люков
этих вагонов должна предотвращать попадание внутрь вагона
атмосферных осадков и искр, а также исключать возможность
хищения груза.
Универсальные платформы общего назначения снабжают приспособлениями для закрепления бортов в опущенном состоянии, а
также кольцами и скобами для крепления грузов. Основные
размеры (длину и ширину) платформы увязывают с размерами
контейнеров и габаритными размерами распространенных грузов.
Торцовые борта платформ проектируют открывающимися в фиксированное горизонтальное положение. При этом опорные кронштейны бортов и сами борта обеспечивают погрузку с торца техники на колесах. Конструкция платформы допускает перевозку
тяжелых сосредоточенных грузов, величина которых была установлена в техническом задании на проектирование.
При проектировании саморазгружающихся вагонов предусматривают гладкие и плоские поверхности скольжения груза,
обеспечивают минимальную площадь поверхностей, препятствующих свободной выгрузке груза. Вагоны, предназначенные для
разгрузки на вагоноопрокидывателях, не должны иметь деталей,
препятствующих нормальному контакту опорных поверхностей
кузова и захватов вагоноопрокидывателя, а также деталей, выпадающих при опрокидывании. Несущую конструкцию таких
вагонов рассчитывают на усилия, возникающие при разгрузке на
вагоноопрокидывателе.
Детали и элементы тормоза, рессорного подвешивания, подвагонного генератора и т. п., закрепленные на раме тележки, проектируют с устройствами, ограничивающими колебания и предохраняющими их от падения на путь при поломке. Конструкцию
и прочность этих устройств определяют с учетом массы предохраняемого элемента и условий эксплуатации. Обычно предохранительные устройства рассчитывают на нагрузку, равную двукратному весу предохраняемого элемента, или на максимальное эксплуатационное усилие, действующее на это устройство.
" Конструкция тормозных резервуаров и других сосудов (в том
числе котлов специализированных цистерн), находящихся в эксплуатации под рабочим давлением, должна удовлетворять соот-
80
81
ветствующим требованиям Госгортехнадзора. Расчеты этих конструкций выполняют в соответствии с ГОСТ 14249—73.
В связи с ограниченностью внутреннего объема пассажирского
вагона большое значение имеет рациональная планировка его
внутренних помещений. Основная задача конструктора при этом
заключается в наиболее экономичном обеспечении максимальных
удобств пассажирам и обслуживающему персоналу. Основные
минимальные размеры внутренних элементов оборудования пассажирских вагонов, принимаемые в практике отечественного вагоностроения, следующие (в мм, не менее): • Ширина четырехместного
купе вагонов:
жестких ................................................................................... 1770
мягких ................................................................................1910
Ширина двухместного купе мягких вагонов ............................. 1350
Длина спальных мест вагонов:
некупейных ....................................................................... 1750
купейных ........................................................................... 1900
Ширина спальных мест ............................................................... 580
Ширина диванов для сидения ..................................................... 450
Высота от пола до сидения.......................................................... 430
Ширина продольных проходов в вагонах:
некупейных ....................................................................... 580
купейных ........................................................................... 800
Ширина одностворчатых дверей:
входных наружных ............................................................... 700
дверей купе ........................................................................ 650
дверей вспомогательных помещений ................................. 580
Ширина входных многостворчатых дверей вагонов:
метро ................................................................................... 1200
пригородных электропоездов .......................................... 1000
трамвая ................................................................................... 1100
Высота дверей вагонов магистральных железных дорог 1900
Высота дверей вагонов метро и трамвая .................................... 1820
Особое внимание при проектировании вагонов, отработке и
совершенствовании их конструкции необходимо уделять вопросам
обеспечения эксплуатационной надежности. Отраслевой стандарт
ОСТ 24.050.11—70 (Вагоны. Термины по надежности) определяет
надежность вагона (его систем, узлов и деталей) как свойство
вагона выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого
срока эксплуатации или наработки. При этом под заданными
функциями понимают способность вагона выполнять перевозочную
работу при обеспечении безопасности движения, сохранности
перевозимых грузов или создания необходимого комфорта.
Состояние вагона, при котором он, в данный момент времени,
обеспечивает выполнение заданных функций с параметрами, установленными технической документацией, называют работоспособностью. Надежность вагона (его узлов, агрегатов и отдельных
элементов) обусловливается показателями — безотказностью,
долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью.
82
Безотказность вагона — это его свойство сохранять работоспособность в течение выбранной наработки без вынужденных
перерывов. Безотказность вагона в целом, а также его ремонтируемых узлов, агрегатов и деталей характеризуется такими показателями, как наработка на отказ, параметр потока отказов,
вероятность безотказной работы. Для неремонтируемых узлов или
деталей применяют следующие показатели: вероятность безотказной работы, интенсивность отказов и среднее время безотказной работы.
Свойство вагона сохранять работоспособность до предельного
состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов называют долговечностью. При этом под
предельным состоянием понимают разрушение или изменение
параметров вагона, оговоренных в технической документации,
экономическую и моральную нецелесообразность продолжения
эксплуатации и т. д. Показателями долговечности служат ресурс и
срок службы. Различают нормируемый (расчетный) ресурс вагона
(узла, элемента) и фактический ресурс, определяемый по данным
эксплуатации как наработка вагона до предельного состояния,
оговоренного в технической документации. Следует стремиться к
тому, чтобы срок службы вагона (узла, элемента) был близок к
оптимальному,
при
котором
достигается
наибольший
экономический эффект.
Под ремонтопригодностью вагона понимают свойство, заключающееся в приспособленности конструкции вагона (узла, агрегата,
детали) к предупреждению, обнаружению и устранению
неисправностей и отказов при регламентированной последовательности технического обслуживания и ремонта. Под устранением
отказов и неисправностей понимают восстановление работоспособности вагона и улучшение его эксплуатационных показателей. Ремонтопригодность вагона характеризуют также простоем в
ремонте и коэффициентом стоимости ремонтов. Сохраняемость
вагона — свойство сохранять (обеспечивать) обусловленные эксплуатационные показатели в течение установленных режимов
отстоя и транспортирования и после них. Требования к сохраняемости вагона предусматривают в технической документации. При
этом конкретным показателем служит средний срок сохраняемости.
Методы расчета и определения конкретных количественных
показателей надежности вагонов необходимо основывать на теоретических положениях математической статистики и теории вероятности. Серьезный подход к решению вопросов надежности в вагоностроении возможен только на основе комплексного учета теоретических положений и практической необходимости, согласования
требований к конструкции и технологии изготовления вагонов, к
правилам эксплуатации и ремонта. Решать вопросы надежности
можно лишь в результате систематического изучения и анализа
фактической информации о неисправностях и отказах вагонов.
83
ВНИИВ и ЦНИИ МПС при участии проектно-конструкторского
бюро ЦВ МПС и заводов разработали перечни нормируемых показателей надежности вагонов, унифицирующие минимум обязательных требований к показателям надежности вагонов, их узлов и
элементов, которые необходимо предусматривать в технической
документации на вновь проектируемые вагоны. Например, для
грузовых вагонов магистральных железных дорог рекомендуются
нормативы безотказности, приведенные в табл. 18.
Надежность вагона (как сложной технической системы) определяется надежностью его составных частей и характером взаимодействия этих частей в конструкции. Известно, что общая (схемная) надежность технической системы, состоящей из последовательно (в смысле надежности) включенных структурных частей,
характеризуется произведением функций их надежности. Поскольку вагон практически является системой без резервирования,
задачу повышения вероятности его безотказной работы решают
повышением надежности составляющих структурных частей. При
этом наиболее выгодный путь — повышение надежности наиболее
«слабого» (наименее надежного) структурного
элемента
конструкции. Важной задачей конструкторов и научных работников
отрасли вагоностроения является систематический анализ
возможностей повышения надежности вагонов, разработка и
реализация соответствующих технических мероприятий. Эти
мероприятия необходимо экономически обосновать и согласовать с
заказчиком, так как во многих случаях повышение надежности
обусловливает увеличение трудоемкости постройки вагона и его
стоимости, а следовательно, вызывает необходимость корректировки оптовой цены.
Таблица
18
Конструкция
Наименование
Обшивка кузова
Частота поступления
в текущий ремонт
(не более):
в первый год эксплуатации
во второй год эксплуатации
Вероятность безотказной работы (не менее):
в первый год эксплуатации
во второй год эксплуатации
Крытый вагон
Метал-
Дере-
лическая вянная
Полувагон
Метал-
Дере-
лическая вянная
Платфор-
Цистерна
Металли ческа
я
0,278
0,394
0,380
0,554
0,292
0,362
0,304
0,424
0,426
0,603
0,318
0,399
0,756
0,677
0,684
0,577
0,748
0,698
0,741
0,657
0,650
0,549
0,726
0,670
По соображениям безопасности движения особое внимание
следует уделять обеспечению требований к надежности ходовых
частей, тормозов и автосцепного оборудования вагонов. Ниже
приведены рекомендуемые показатели безотказности некоторых
ответственных узлов и элементов грузовых вагонов по критерию
установленного предельного состояния в пределах назначенного
ресурса.
Наименование
Боковая рама тележки .......................................................
Надрессорная балка ...........................................................
Ось колесной пары .............................................................
Хребтовая балка рамы .......................................................
Несущие металлоконструкции кузова
........................
Головка автосцепки
...................' ................................
Тяговый хомут ...................................................................
Поглощающий аппарат.....................................................
Буксовые роликоподшипники .........................................
Вероятность
безотказной
работы
(не менее)
0,97
0,97
0,95
0,98
0,95
0,85
0,85
0,80
0,98
При разработке технической документации необходимо различать понятия ресурса (срока службы) вагона и гарантийной наработки (срока гарантии). Следует учитывать, что срок гарантии
это не технический показатель качества изделия, а коммерческоюридическая характеристика условий его поставки. При обосновании (выборе) гарантийных сроков исходят из того, что гарантийные обязательства изготовителя не могут распространяться на
период, превышающий установленный срок эксплуатации до
первого планового ремонта.
Большое значение при проектировании пассажирских вагонов
имеют вопросы технической эстетики. Требования и критерии
технической эстетики необходимо использовать при разработке
конструкции, прогнозировании, комплексной оценке и сравнительной экспертизе качества вагонов. Эти требования следует
включать в стандарты и нормативно-техническую документацию.
Тщательная и квалифицированная художественно-конструкторская
проработка позволяет получить конструкцию с максимальными
удобствами при минимальных дополнительных затратах. При
проектировании вагонов и их узлов необходимо уделять серьезное
внимание вопросам технологии изготовления. Конструкция должна
быть технологически осуществимой, при ее разработке должны
быть учтены свойства применяемых материалов, возможное
оборудование и современные методы организации производства.
Принятые конструкторские решения должны соответствовать
наиболее рациональным способам изготовления для обеспечения
высокого качества и надежности изделия при возможно меньшей
трудоемкости и экономном использовании материалов. В процессе
создания и отработки новых конструкций вагонов необходимо
одновременно отрабатывать и технологию их производства.
85
84
§ 10. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И УНИФИКАЦИЯ В ВАГОНОСТРОЕНИИ
Вагоностроение в СССР является крупносерийным и даже
массовым видом машиностроительного производства. Например,
ежегодно производится 70—75 тыс. грузовых вагонов. Производство таких элементов вагонов, как колесные пары, детали автосцепного устройства, тормозные приборы и т. д., измеряется
сотнями тысяч штук в год. В эксплуатации на железных дорогах
страны находятся сотни тысяч вагонов, для обеспечения нормальной работы которых необходима систематическая поставка значительного количества запасных частей.
Применение стандартизованных и унифицированных элементов,
узлов и деталей в вагоностроении существенно облегчает
прогрессивную индустриальную организацию производства вагонов и обеспечивает их нормальное содержание в эксплуатации,
своевременный и качественный ремонт. Для удовлетворения потребностей народного хозяйства вагоностроительная промышленность
должна обеспечивать одновременный и периодический выпуск
вагонов широкой номенклатуры. Максимальная типизация конструкций, широкое применение унифицированных узлов и деталей
позволяют упростить и удешевить процесс производства, переход
на выпуск вагона другого типа и передачу производства изделий с
одного завода на другой. Стандартизация отработанных и проверенных конструкций способствует повышению технического
уровня и эксплуатационной надежности продукции вагоностроения.
В отрасли вагоностроения разработаны и действуют Государственные стандарты на типы, параметры и технические требования
к грузовым и пассажирским вагонам, вагонам городского и
промышленного транспорта, на основные ответственные узлы и
элементы вагонов: тележки, колесные пары, буксы, пятники,
тормозное оборудование и автосцепные устройства. Имеются
также государственные стандарты на комплектующее оборудование
и материалы, применяемые в вагоностроении, например на прокатные и гнутые профили, пружины, деревянные детали вагонов,
аккумуляторы, провода и кабели, лампы накаливания, электрические тяговые аппараты и т. д.
Помимо Государственных стандартов, в вагоностроении разработаны также отраслевые стандарты (ОСТ) на детали внутреннего и наружного оборудования грузовых и пассажирских вагонов,
крепеж и резьбы для вагонов, на нормальные линейные размеры и
отверстия, подножки и поручни, окраску, консервацию, упаковку
экспортных изделий и т. д. Важное значение имеют отраслевые
стандарты (нормативно-методического характера) на термины в
вагоностроении, требования технической эстетики к вагонам,
надежность (термины), на методики сбора необходимых данных,
обработки, расчета показателей надежности, определения
коэффициента теплопередачи, плавности хода вагонов, на вели-
чину подпора воздуха в вагонах, допустимые уровни шума и т. д.
Всего в вагоностроении действует более 120 государственных стандартов и 80 сборников отраслевых стандартов и унифицированных
чертежей, охватывающих более 550 наименований узлов и деталей
вагонов.
Создание перспективных конструкций, совершенствование их
параметров и обеспечение надежности выпускаемых вагонов
сопровождается соответствующими работами по стандартизации,
важнейшие направления которых следующие:
разработка и уточнение типажа и параметрических рядов для
вагонов, их узлов и деталей;
разработка и уточнение технических требований к конструктивному исполнению и качеству вагонов и их узлов;
систематический пересмотр и обновление действующих стандартов и технических условий (ТУ);
разработка стандартов и руководящих технических материалов
(РТМ) нормативно-методического характера.
Для обеспечения взаимозаменяемости деталей и узлов вагона в
эксплуатации и экономичности их производства необходимо
систематически контролировать и уточнять унификацию всех
основных элементов вагонов. Особое внимание необходимо уделять случаям, когда вагоны (или узлы) одного типа изготовляют
несколько заводов одновременно. В связи с технологическими
особенностями производства на разных заводах в этих случаях
часто наблюдаются тенденции к нарушению унификации конструкции. Для повышения унификации и усиления ее действенности в отрасли вагоностроения определены головные заводы,
ответственные за развитие и унификацию конструкций определенных элементов вагонов, организован контроль за производством
этих элементов на заводах. В отрасли вагоностроения введена
единая система обозначения вагонов, в соответствии с которой
каждой конструкции присвоен номер модели, что обеспечивает
унификацию обозначений документации и изделий отрасли до
введения общесоюзного классификатора ЕСКД.
Преимущества и эффективность стандартизации не могут быть
полными, если на базе стандартизованных и унифицированных
элементов не организовано специализированное их производство.
Поэтому производство в отрасли вагоностроения организовано по
принципу предметной и подетальной специализации. Дальнейшее
развитие специализации производства вагонов, их узлов и
элементов определяется мероприятиями по реконструкции заводов
и отдельных производств. Это позволит существенно улучшить
экономические показатели производства, повысить качество
изделий и производительность труда.
К стандартизации в вагоностроении тесно примыкает проблема
периодической аттестации качества продукции. Проведение аттестации вагонов регламентировано отраслевыми руководящими
материалами. Аттестацию продукции вагоностроительной про87
86
мышленности проводят через 3 года. При этом все выпускаемые
изделия аттестуют по трем категориям качества: высшей, первой и
второй.
К высшей категории качества принадлежит продукция, соответствующая или превосходящая по своим технико-экономическим
показателям современные достижения отечественной и зарубежной
науки и техники. Продукция высшей категории должна быть
конкурентоспособной на внешнем рынке, иметь повышенные
стабильные показатели качества, соответствовать стандартам
(техническим условиям), учитывающим требования международных стандартов, обеспечивать экономическую эффективность и
удовлетворять требованиям народного хозяйства и населения
страны.
К высшей категории относят ту продукцию, на которую Госстандартом СССР зарегистрировано решение государственной
аттестационной комиссии и выдано свидетельство о присвоении
государственного Знака качества. Всю продукцию высшей категории качества необходимо выпускать в полном объеме плана
производства и обозначать государственным Знаком качества
(ГОСТ 1.9—67) *.
К первой категории качества принадлежит продукция, соответствующая по технико-экономическим показателям современным требованиям стандартов (технических условий) и удовлетворяющая потребности народного хозяйства и населения страны. Ко
второй категории качества принадлежит продукция, несоответствующая по своим технико-экономическим показателям
современным требованиям народного хозяйства и населения
страны, морально устаревшая и подлежащая модернизации или
снятию с производства.
Аттестация качества продукции вагоностроения существенно
способствует повышению качества и надежности вагонов и их
узлов, что находит отражение в постоянном увеличении количества
изделий, удостоенных государственного Знака качества. В 1975 г.
знак качества имели 32 изделия отрасли вагоностроения, или 17,5%
общего количества изделий, подвергнутых аттестации. При работах
по стандартизации и аттестации качества вагонов большое значение
имеет обоснованный выбор конструкций-аналогов, показателей
надежности и гарантийных сроков. Повышение качества продукции
должно быть технически и экономически обоснованным и
обеспечивать народнохозяйственную эффективность проводимых
мероприятий. Требования к конструкции вагонов и их узлов,
оговариваемые в стандартах и технических условиях, должны быть
необходимыми,
оправданными
по
производственным
и
эксплуатационным
соображениям,
обусловленными
соответствующими расчетами, отечественным и зарубежным опытом
эксплуатации и производства.
88
Глава III ХОДОВЫЕ ЧАСТИ ВАГОНОВ
§ 11. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОНСТРУКЦИИ
ХОДОВЫХ ЧАСТЕЙ
Ходовые части вагона служат опорой экипажа на путь и обеспечивают их взаимодействие в движении. От конструкции ходовых
частей в значительной мере зависит безопасность движения
экипажа и плавность его хода. Ходовые части всех ныне строящихся вагонов выполняют в виде двух- трех- и четырехосных
тележек. Основными элементами тележек являются колесные пары
с буксовыми узлами, узлы упругого подвешивания с гасителями
колебаний, узел опоры кузова на тележку, тормозные устройства и
рама тележки, связывающая все ее элементы в единую
конструкцию ходовой части.
Наиболее распространенными тележками грузовых вагонов
являются двухосные и четырехосные, а пассажирских вагонов —
двухосные. Тип оси определяет собой статическую нагрузку от
колесной пары на рельсы и тип подшипников — качения или
скольжения. В ближайшей перспективе в СССР все вагоны будут
выпускаться только с подшипниками качения. Это позволит существенно сократить типаж осей, применяемых в вагоностроении.
Конструкция упругого подвешивания тележки определяется в
основном типом вагона. Тележки грузовых вагонов, за исключением рефрижераторных, как правило, имеют одинарное подвешивание центрального типа, выполненное из цилиндрических
витых пружин. Известны варианты тележек грузовых вагонов с
одинарным буксовым подвешиванием. Применение двойного
упругого подвешивания в тележках грузовых вагонов не является
оправданным из-за малой величины статического прогиба.
Тележки пассажирских, а также рефрижераторных вагонов,
выпускаемых промышленностью СССР, имеют двойное подвешивание: буксовое(первичное) и центральное (вторичное). В мировой
практике вагоностроения известны конструкции тележек пассажирских вагонов с одинарным (центральным) подвешиванием.
Однако широкого распространения такие тележки не находят из-за
трудностей реализации значительных величин статического
прогиба в одной ступени подвешивания и из-за существенного
увеличения массы неподрессоренных частей.
Важнейшим параметром ходовых частей вагона является гибкость подвешивания или статический прогиб под расчетной
89
нагрузкой. Эти параметры ходовых частей в значительной мере
характеризуют динамические качества экипажа. Гибкость подвешивания определяют в зависимости от требуемых ходовых качеств вагона, габаритных и весовых ограничений и допустимой
разницы статических прогибов подвешивания под нагрузкой веса
тары и брутто.
Вес тележки является одним из основных параметров ходовых
частей вагона. Для тележек грузовых вагонов, производимых в
СССР, этот параметр стандартизован и не должен превышать 4700
кгс. Масса тележек в таре вагона составляет около 40%, поэтому
при проектировании новых тележек стремятся к снижению их
массы благодаря более рациональной конструкции тележки в
целом и ее узлов, а также применению для их изготовления сталей
повышенной прочности.
База тележки также стандартизована и у тележек, производимых в СССР, принята равной для грузовых вагонов не менее 1800
мм (ГОСТ 9246—70), а для пассажирских — не менее 2400 мм
(ГОСТ 10527—70). От величины базы зависят многие другие
размеры тележки и ее узлов и, в частности, рамы. Размеры базы,
принятые для производимых в СССР тележек, достаточно
рациональны. Увеличение базы тележки обычно приводит к ее
утяжелению и возрастанию моментов инерции, а уменьшение — к
некоторому ухудшению ходовых качеств вагона и затруднению
размещения деталей и узлов тормоза на тележке, а также доступа к
ним при обслуживании в эксплуатации.
Конструкция тележек в значительной мере зависит от принятой
технологии их производства. Основные узлы тележек грузовых вагонов, производимых в СССР, (боковые рамы, надрессорные балки)
литые из низколегированной стали. Мировой практикой установлено, что боковые рамы и надрессорные балки тележек грузовых вагонов традиционно являются изделиями сталелитейного
производства, хотя известны их конструкции со штампосварными и
сварнолитыми рамами. Рамы тележек пассажирских вагонов,
производимых в СССР, сварные из листовых, штампованных и гнутых элементов.
Рис.
10. Основные размеры колесной пары
диаметр по кругу катания)
(D —
товителя определены ГОСТ
4835—71. Для вагонов нового
производства этим ГОСТом
установлено два типа колесных пар
(рис. 10): РУ-950 и РУ1-950 под
подшипники качения. Колесные
пары обоих типов унифицированы
и их используют как для грузовых, так и для пассажирских
вагонов.
Колесную пару РУ-950 применяют с подшипниками качения,
имеющими наружный диаметр 280 мм, а колесную пару РУ1-950—
подшипниками, имеющими наружный диаметр 250 мм. Для
вагонов нового производства шире применяют колесную пару РУ1950.
Помимо колесных пар, предусмотренных ГОСТ 4835—71, в
практике вагоностроения применяют нестандартные колесные
пары для некоторых типов вагонов промышленного транспорта и
для опытных вагонов, а также моторные колесные пары для
вагонов электропоездов и дизель-поездов. Такие колесные пары
изготовляют по чертежам и техническим условиям, утвержденным
в установленном порядке.
Элементами колесной пары являются ось, колеса и буксовые
узлы. Ось колесной пары — наиболее ответственная деталь
ходовых частей вагона. Конструкция оси, ее материал и технология
производства строго регламентированы. Размеры и конструкцию
оси определяют в зависимости от величины допускаемой нагрузки,
типа подшипника, применяемого в буксовом узле, и назначения
колесной пары (с тяговым приводом или без него, с типовым
колодочным или с дисковым тормозом и т. д.).
В колесных парах грузовых и пассажирских вагонов в основном
применяют ось РУ1 (унифицированная роликовая под подшипники
качения), размеры которой (рис. 11) следующие:
§ 12. КОЛЕСНЫЕ ПАРЫ И БУКСОВЫЕ УЗЛЫ
Колесные пары с буксовыми узлами являются наиболее ответственными элементами ходовых частей вагона. В практике вагоностроения применяют колесные пары с буксовыми узлами на подшипниках качения и на подшипниках скольжения. Впредь все
вагоны, как пассажирские, так и грузовые, будут выпускаться
только на подшипниках качения, поэтому мы далее рассматриваем
колесные пары только на подшипниках качения.
Типы и основные размеры колесных пар для вагонов, производимых в СССР, технические требования к колесным парам, маркировка, транспортирование и хранение, а также гарантии изго90
У осей РУ1 различают конструктивное выполнение концевых
частей в зависимости от способа крепления подшипников. Ось с
креплением подшипников гайкой имеет резьбовой конец (резьба Ml
10x4) и торцовый паз с двумя резьбовыми отверстиями (резьба
Ml2) для стопорной планки и ее крепления. Ось с крепле-
91
Рис. 11. Основные размеры вагонной оси
РУ1
нием подшипников шайбой имеет на торце три отверстия с резьбой
М20 для крепящих болтов. Ось под подшипники с креплением
шайбой имеет меньшую длину по сравнению с осью под подшипники с креплением гайкой, и ее производство менее трудоемко. Все
оси, кроме осей моторных вагонов, изготовляют из углеродистой
стали Ос. В (ГОСТ 4728—72). Оси моторных вагонов электропоездов
изготовляют из углеродистой стали Ос. Л (ГОСТ 4728—72).
Химический состав (в %) стали для осей вагонов следующий:
Сталь
Ос. В ............................................
Ос. Л ............................................
С
0,38—0,47
0,42—0,50
Мп
0,50—0,80
0,60—0,90
Si
0,15—0,35
Оси изготовляют (ГОСТ 4008—72) коваными или штампованными.
По соглашению между изготовителем и заказчиком можно
изготовлять оси поперечно-винтовой прокаткой. После ковки,
штамповки или прокатки оси подвергают нормализации или
нормализации с дополнительным отпуском. Правка оси допустима
только в горячем состоянии. Температура в конце правки не должна
быть ниже 600° С.
Механические свойства металла осей проверяют как в заготовках, так и в черных, термически обработанных осях. Механические
свойства термически обработанных осей из стали Ос. В следующие:
Предел прочности при растяжении, кгс/мм- (не менее)………….... 56
Относительно удлинение, % (не менее) ........................................... …19
Ударная вязкость, кгс-м/см2 (не менее):
4
средняя ...............................................................................
3
минимальная ....................................................................
Оси подвергают механической обработке по всей длине и по
торцам.
С целью повышения предела выносливости оси подвергают
накатке роликами по всей длине, в том числе и по галтелям.
Увеличение твердости поверхности в результате накатывания
должно составлять не менее 24% при толщине накатанного слоя
0,02—0,05 диаметра упрочняемого сечения оси. Для оси РУ1
глубина накатанного слоя должна составлять в шейке 2,6—6,5 мм,
в предподступичной части 3,6—9,0 мм, в средней части 3,2—9,0 мм.
Накатывание осуществляют с определенным усилием на ролик,
зависящим от диаметров ролика и упрочняемой части оси. При
диаметре ролика 150 мм среднюю и подступичную части оси
накатывают с усилием на ролик 2400—2600 кгс. Шейку оси накатывают с усилием на ролик 2500+20° кгс. Цилиндрическую поверхность шейки и галтель после накатывания можно шлифовать.
Припуск на шлифовку не должен превышать 0,3 мм на сторону.
Подступичную часть оси после накатывания нельзя подвергать
механической обработке (обточке или шлифованию).
Другие технические требования, определяющие качество изготовления осей, регламентированы ГОСТ 4008—72 и конструкторски-технологической документацией.
Оси колесных пар моторных вагонов электропоездов и дизельпоездов, а также оси колесных пар, работающие в тележках с дисковыми тормозами или с приводом генератора, отличаются по
своей конструкции от типовых наличием посадочных мест под
ступицу редукторного зубчатого колеса или тормозного диска. Для
достижения необходимой равнопрочности всех частей оси
посадочные места под зубчатое колесо или тормозной диск подвергают накатыванию. Ось является наиболее ответственным
элементом вагона, поэтому ее качество строго контролируют на
всех этапах изготовления. На заготовки осей существует самостоятельный государственный стандарт (ГОСТ 4728—72). Наиболее важные сведения в виде условных знаков наносят непосредственно на ось в процессе ее изготовления или заносят в соответствующий документ, хранящийся на протяжении всего срока
службы оси. После термической и черновой механической обработки каждую ось осматривают, обмеряют, подвергают ультразвуковому и магнитному контролю, проверяют механические
свойства и химический состав.
Колеса колесной пары обеспечивают непосредственный контакт экипажа с рельсами и передают на них вертикальные и боковые нагрузки. Взаимодействие колеса и рельса имеет сложный
характер и сопровождается качением, поперечным и продольным
проскальзываниями с различными скоростями, упругим объемным
деформированием материала колеса в зоне контакта с рельсом.
Сложность условий нагружения колеса требует от него высокой
надежности, а от его материала — большой прочности,
износостойкости, ударной вязкости и упругости.
Конструкция колеса, его размеры, материал, технические
требования и методы испытаний регламентированы государствен-
92
93
Рис. 12. Основные размеры цельно
катаного колеса
ными стандартами. Для всех
грузовых и пассажирских магистральных вагонов (кроме
моторных вагонов электропоездов и дизель-поездов)
применен один тип колеса —
цельнокатаное облегченное с
диаметром по кругу катания
950 мм. Конструкция и
размеры этого колеса (рис. 12)
определены ГОСТ 10830—64, а
технические требования —
ГОСТ 10791—64. Согласно
последнему стандарту колеса
изготовляют из углеродистой
стали с содержанием углерода
0,52—0,63%, кремния 0,17—
0,37%, марганца 0,50— 0,90%.
Содержание фосфора и серы
не должно быть более 0,040%
для каждого элемента. К
качеству колес в процессе их
изготовления
предъявляют
очень жесткие требования. В
колесах не должно быть
остатков усадочной раковины
и
рыхлот,
вредной
ликвации,
флокенов,
расслоений,
неметаллических включений и тому подобных дефектов. На
поверхности катания, гребне и в местах перехода от ступицы к
диску недопустима вырубка каких-либо дефектов. На остальных
поверхностях колеса вырубки допустимы, но строго ограничены.
Обод колеса после механической обработки подвергают
термической обработке: прерывистой закалке после отдельного
нагрева и последующему отпуску. После термической обработки
колеса должны иметь предел прочности 85—105 кгс/мм2,
относительное удлинение не менее 10%, относительное сужение
не менее 16%, твердость не менее НВ 245. Механической обработке
подвергают следующие элементы колеса: поверхность катания,
гребень, боковую поверхность обода со стороны гребня, наружный
торец и отверстие ступицы. При этом размеры колеса должны быть
выдержаны в соответствии с ГОСТ 10830—64.
В практике вагоностроения используют и нестандартные
колеса. Это колеса моторных вагонов электропоездов и дизельпоездов, усиленные колеса вагонов промышленного транспорта
для повышенной нагрузки от колесной пары на рельсы,
колеса специальной конструкции, в том числе подрезиненные, и т.
п.
Колесная пара вагона является тем элементом, который обеспечивает непосредственный контакт экипажа и пути и его направление в рельсовой колее. От точности геометрических размеров и других параметров колесной пары в значительной мере
зависит устойчивость движения экипажа. В связи с этим строго
регламентированы основные размеры и параметры колесной пары.
Расстояние между внутренними гранями ободьев колес L (см. рис.
10) в колесных парах вагонов, предназначенных для движения со
скоростями до 120 км/ч, составляет 1440-2 мм. В колесных парах
вагонов, предназначенных для движения со скоростями
+2
свыше 120 км/ч, этот размер принят равным 1440-1 мм. Таким
образом, для вагонов, рассчитанных на большую скорость движения, допускаемый разбег колесной пары в колее на 1 мм меньше,
чем в колесных парах нескоростных вагонов.
При напрессовке колес на ось возможна их неточная установка
по отношению к торцам оси при строго выдержанном размере
между внутренними гранями ободьев. Неравенство консолей /
колесной пары не должно превышать 3 мм. Номинальный диаметр
колес по кругу катания в колесных парах новых вагонов принят
равным 950 мм. Разность диаметров колес по кругу катания в
одной колесной паре не должна превышать 1 мм. Это уменьшает
перекос колесных пар и снижает интенсивность проскальзывания
колес по рельсам при движении.
Профиль поверхности катания обработанных колес колесной
пары (рис. 13) выработан в результате многолетней эксплуата
ционной проверки и регламентирован стандартом. Профиль по
верхности катания колеса оказывает существенное влияние на
характер перемещения колесной пары в колее, особенно при
повышенных скоростях движения. В свою очередь, характер
перемещения колесной пары в колее оказывает влияние на интен
сивность влияния тележки и вагона, на устойчивость движения
и поперечную динамичность экипажа. Для опытных вагонов,
предназначенных для движения со скоростями до 200 км/ч, был
рекомендован специальный профиль поверхности катания с укло
ном 1 : 100 в зоне круга катания и с увеличенным .До 65°
углом наклона наружной грани гребня. Предполагают, что колеса с
таким профилем будут иметь меньший износ гребней и обес-
95
94
Рис. 13. Профиль поверхности катания
колеса (D — диаметр по кругу катания)
печат повышенный коэффициент устойчивости от схода с
рельсов.
Колесные пары формируют при помощи прессовой посадки
колес на оси, технология формирования регламентирована ГОСТ
4835—71 и специальной инструкцией МПС. Согласно этим
документам колеса на ось запрессовывают на специальных
гидравлических прессах с записью диаграмм процесса запрессовки
самопишущим индикатором. Диаграмма запрессовки служит
документом для контроля качества соединения колеса с осью.
Скорость движения плунжера гидравлического пресса при
запрессовке не должна превышать 2 мм/с. Перед запрессовкой
элементы колесной пары проверяют и подбирают по размерам.
Сопрягаемые поверхности ступицы колеса и подступичной части
оси тщательно очищают, насухо протирают и покрывают ровным
слоем натуральной олифы или вареного растительного масла
(льняного, конопляного или подсолнечного). Для исключения
влияния на прочность прессового соединения температурных
деформаций элементов колесной пары температура колеса при
запрессовке не должна отличаться от температуры оси более чем
на 10° С. Конечные усилия запрессовки должны составлять 3,7—
5,5 тс на каждые 10 мм диаметра подступичной части оси. Для
колесных пар РУ-950 и РУ1-950, у которых диаметр подступичной
части оси равен 194 мм, это усилие должно составлять 72—107 тс.
Размеры натягов для достижения требуемых усилий устанавливают
равными 0,10—0,25 мм, в зависимости от конструкции колеса.
Для снижения инерционных сил, возникающих из-за неуравновешенности, колесные пары вагонов, эксплуатируемых со скоростью свыше 130 км/ч, обычно подвергают динамической балансировке на специальных балансировочных станках. Эти станки
позволяют определять дисбаланс и снизить его до допускаемой
нормы. Дисбаланс в плоскости каждого колеса для скоростей
130—160 км/ч может составлять 0,6 кгс-м, а для скоростей 160—
200 км/ч — не более 0,3 кгс-м. Исследования показали, что в
процессе эксплуатации колесных пар их дисбаланс практически не
меняется, несмотря на износ и неоднократные переточки колес по
кругу катания.
В процессе работы колесной пары ее элементы (ось и колесо)
подвергаются воздействию значительных динамических нагрузок,
поэтому ось, колеса и в целом колесная пара должны обладать
необходимой прочностью в течение всего периода их эксплуатации.
Прочность оси гарантируют соответствующим расчетом. В практике вагоностроения используют два метода расчета осей: условный
метод, учитывающий статически действующие вертикальную и
горизонтальную нагрузки, и уточненный метод, учитывающий
накопление усталостных повреждений при нестационарном режиме нагружения колесной пары. Первый метод обычно используют для расчета осей колесных пар, не оборудованных редукто-
рами Привода генератора и дисковым Тормозом. Второй метод
применяют при проектировании новой оси или проверке прочности существующей оси, когда предполагают изменение условий
ее нагружения в эксплуатации.
Расчет оси по условному методу дает возможность определить
наименьшие допускаемые диаметры ее расчетных сечений
(36)
где М — изгибающий момент от действия расчетных нагрузок
в расчетном сечении оси; [ σ ] — допускаемое напряжение для
расчетного сечения оси.
В качестве нагрузок, действующих на ось, при этом методе
расчета принимают вертикальную нагрузку, равную 1,25Q и
приложенную к середине шеек оси, и горизонтальную нагрузку,
равную 0,5Q и приложенную на уровне центра тяжести вагона (Q
— статическая нагрузка на ось от веса вагона брутто). В качестве
основных расчетных сечений оси обычно принимают сечение шейки
у предподступичной галтели, сечение подступичной части в
плоскости круга катания колеса и сечение посередине оси.
Изгибающие моменты от расчетных нагрузок в этих сечениях
следующие:
(37)
где hK — высота центра тяжести вагона от оси колесной пары;
2/ — расстояние между серединами шеек оси; 21., — длина шейки
оси; 2s = 1580 мм — расстояние между кругами катания колес; гк
— радиус колеса.
Допускаемые напряжения для расчетных сечений оси из стали
Ос.В следующие.
Пассажирский
вагон
Допускаемые напряжения, кгс/см2:
в шейке .................................................
в подступичной части .........................
в средней части ...............................
1200
1400
1300
Грузовой
вагон
1400
1650
1550
Диаметры основных сечений оси принимают несколько большими, чем полученные расчетом: шейки оси под подшипники качения — на 2 мм, а подступичной и средней части оси — на 6 мм.
Действительный диаметр шейки округляют в сторону увеличения
До размера, соответствующего ближайшему номеру подшипника,
выпускаемого промышленностью по действующим техническим
условиям.
96
97
Расчет оси По уточненному методу Позволяет определить ее
запас прочности по пределу усталости. Условие оценки прочности
оси здесь определяется выражением n^ In], где п — коэффициент
запаса прочности оси по пределу усталости от расчетной
совокупности нагрузок; [п ] — допускаемый коэффициент запаса
прочности. Прочность оси обычно оценивают в следующих основных расчетных сечениях: I—I — шейки оси по торцу лабиринта;
II—II — по галтели шейки на расстоянии одной трети ее длины от
начала; III—III — подступичной части оси в плоскости круга
катания колеса; IV—IV — посередине оси.
Рекомендуемые значения коэффициента запаса прочности [п]
составляют для грузовых вагонов 1,9—2,0; для пассажирских 2,3;
для почтовых, багажных и вагонов-электростанций 2,1.
В мировой практике вагоностроения существуют и другие
методы расчета осей, однако опыт отечественного вагоностроения
показывает, что названными двумя методами расчета можно надежно пользоваться как для проектирования новых осей, так и для
проверки прочности существующих. При этом уточненный метод
расчета нуждается в дальнейшем развитии и дополнительном
подкреплении опытными данными.
Расчет на прочность колеса является сложной и специфической
задачей, которая до настоящего времени не имеет ни универсального решения, ни единой методики. В практике вагоностроения иногда возникает необходимость проверки прочности
ступицы колеса и надежности прессового соединения колеса с
осью при проектировании специального подвижного состава для
промышленного железнодорожного транспорта с повышенными
нагрузками от колесной пары на рельсы. При этом определяют
давление р на сопрягаемые поверхности ступицы и оси при натягах в пределах упругих деформаций. Тогда
где δ — натяг, мм; d — номинальный диаметр подступичной
части оси, мм; dCT — диаметр ступицы, мм; Е — модуль упругости
материала ступицы; Е =2,1-10 6 кгс/см2; μ — коэффициент
Пуассона материала ступицы; μ = 0,3.
Наибольшее напряжение растяжения на поверхности отверстия
ступицы
(38)
Найденное таким способом напряжение в ступице колеса
стандартной колесной пары РУ-950 (или РУ1-950), у которой
диаметр подступичной части оси равен 194 мм, а внешний диаметр
ступицы 260 мм, при натяге 0,25 мм составляет около 21 кгс/мм2.
Как показывает опыт многолетней эксплуатации, это обеспечивает
необходимые прочность ступицы и оси по подступичной части и
надежность прессового соединения колеса с осью. При других
98
3ч
Рис. 14. Буксовый узел грузового вагона
размерах подступичной части оси и ступицы и натягах 0,1—0,25 мм
напряжения в ступице не должны превышать 21 кгс/мм2.
Буксовый узел колесной пары служит для передачи на ось
статических и динамических нагрузок и обеспечения вращения
колесной пары при движении вагона. Буксовые узлы серийных
грузовых и пассажирских вагонов, в том числе вагонов электропоездов и дизель-поездов отличаются только конструкцией корпуса буксы. Различают буксы типа I — без опор под рессорные
комплекты (рис. 14) и типа II — с опорами под рессорные комплекты (рис. 15). Букса состоит из корпуса /, лабиринтного кольца
2, надеваемого на предподступичную часть шейки в горячем
состоянии, крепительной 3 и смотровой 4 крышек. Лабиринт
корпуса в буксах типа I выполнен отъемным, а в буксах типа II —
зацело с корпусом. Типы букс, их основные размеры и технические
требования к ним регламентированы ГОСТ 10794—74. Согласно
стандарту корпуса и крепительные крышки необходимо изготовлять из мартеновской стали или из электростали 15Л, 20Л, 25Л.
Содержание углерода в материале корпуса буксы не должно
превышать 0,27%. Смотровые крышки можно изготовлять штамповкой из листовой стали, из легких сплавов или из пластмасс.
Рис. 15. Буксовый узел пассажирского вагона
99
Все стальные детали букс подвергают термической обработке —
нормализации или отжигу. Номинальный размер отверстия под
подшипники в корпусах букс обоих типов должен составлять
250^0^26 мм и обеспечивать посадку Сп или Дп (ГОСТ 3325—55).
На железных дорогах МПС используется единый для пассажирских
и грузовых вагонов тип подшипника — роликовый цилиндрический
подшипник с габаритными размерами 130 X 250X Х80 мм (по два на
буксу). Изготовляют эти подшипники в соответствии с ГОСТ
18572—73 и специальными техническими условиями ТУ 3402-Ж—
73.
В одной буксе устанавливают подшипники двух видов: задний
30-42726ЛМ и передний 30-232726Л1М с приставным упорным
кольцом. Внутренние кольца подшипников ставят на шейку оси на
горячей посадке. Буксовые цилиндрические подшипники поставляют со взаимозаменяемыми съемными кольцами. Радиальный
зазор в подшипниках может составлять 115—170 мкм. При этом
разность крайних значений измеренных радиальных зазоров в
одном подшипнике не должна превышать 15 мкм. Осевой зазор
подшипников может составлять 70—150 мкм. В подшипниках
применяют массивные сепараторы беззаклепочной конструкции с
прошивными калиброванными окнами.
Натяг при посадке лабиринтного кольца на предподступичную
часть оси должен составлять 0,08—0,15 мм. Кольцо перед посадкой
на ось нагревают в электропечи или масляной ванне до температуры 125—150° С. Натяг на посадку внутренних колец подшипника выбирают равным 0,04—0,065 мм, а при радиальном
зазоре более 120 мкм — равным 0,04—0,07 мм. Радиальный зазор
для букс пассажирских вагонов, предназначенных для
эксплуатации со скоростями выше 140 км/ч, должен быть не менее
130 мкм. Внутренние кольца подшипников перед посадкой на
шейку оси нагревают в масляной ванне с электроподогревом до
температуры 100—120° С с обязательным ее контролем. Блоки
(наружное кольцо с роликами) подшипников устанавливают
непосредственно в корпус буксы свободно, без значительного
усилия. Корпус буксы с блоками подшипников надевают на внутренние кольца подшипников также свободно без особых усилий.
Перед затяжкой подшипников на ось ставят приставное упорное
кольцо переднего подшипника. Подшипники на оси затягивают
или торцовой гайкой или упругой шайбой с болтами.
Существенное влияние на надежность буксового узла в эксплуатации оказывает усилие затяжки подшипников гайкой или
болтами. Как при недостаточной, так и при чрезмерной затяжке,
под действием осевых усилий возможно повреждение узла крепления подшипников в эксплуатации в результате смятия и срезания
резьбы на оси и гайке при гаечном креплении и в результате обрыва
болтов при шайбовом креплении. До настоящего времени еще нет
строго обоснованных норм, регламентирующих усилие
Рнс. 16. Буксовый узел с открытым центром оси;
/ — упорная шайба; 2 — передняя крышка; 3 —
корпус буксы; 4 — подшипники; 5 — кольчо
лабиринтное
затяжки подшипников. Подшипники при креплении их гайкой
затягивают на угол поворота,
равный (0,5—1,0)а, где а-— угол
(в градусах) между соседними
шлицами в коронеторцовой гайки.
При креплении подшипников
шайбой
каждый
болт
рекомендовано затягивать с усилием, момент которого равен 200
кгс-м. После затяжки третьего
болта
два
первых
болта
подтягивают, так как затяжка
каждого
предыдущего болта
ослабляется в результате затяжки
последующего.
Наиболее слабым элементом узла крепления подшипников
шайбой являются пружинные шайбы, служащие для стопорения
болтов. В эксплуатации наблюдались случаи излома пружинных
шайб, что приводило к ослаблению затяжки болтов, а в последствии и к их обрыву. Пружинные шайбы (ГОСТ 6402—70) подвергают термообработке до твердости HRC 40—50. Болты, применяемые в узле крепления (ГОСТ 7798—70), не всегда контролируют по точности и по прочности. Поэтому в эксплуатацию
иногда попадали буксовые узлы с болтами, имеющими острый
переход от головки к их телу. Между тем в таком ответственном
узле следует применять болты специальной конструкции, предназначенные для работы в условиях динамического нагружения.
Особого внимания заслуживает способ стопорения болтов, который исключал бы возможность ослабления их затяжки.
Наружные кольца подшипников в буксе затягивают крышкой с
четырьмя или восемью болтами. Болты стопорят пружинными
шайбами. Между фланцевой поверхностью крепительной крышки
и торцом корпуса буксы устанавливают уплотнительное резиновое
кольцо толщиной 3—4 мм. При затянутых болтах между фланцем
крепительной крышки и торцом корпуса буксы должен оставаться
зазор 0,5—2,0 мм. Смотровую крышку ставят на резиновой
уплотнительной прокладке и крепят к крепительной крышке
болтами с пружинными шайбами.
Помимо типовых буксовых узлов, в практике вагоностроения
находят применение и нетиповые, преимущественно опытные. Это
буксовые узлы скоростных вагонов с третьим упорным подшипником, бескорпусные буксовые узлы, в которых нагрузка от боковины тележки передается на подшипники через специальное седло
с массивной резиновой подкладкой. Определенный интерес
представляют буксовые узлы с открытым центром оси (рис. 16),
100
101
которые допускают возможность обточки колес в эксплуатации без
снятия смотровой крышки или без демонтажа узла. Буксовые узлы
с открытым центром существенно снижают трудоемкость
переточки колес в эксплуатации и исключают возможность
случайного попадания в буксу металлической стружки.
Существенное влияние на работоспособность буксового узла
оказывает качество применяемой смазки. В настоящее время для
заправки букс используют консистентную смазку (ЛЗ-ЦНИИ) со
специальной присадкой. В отличие от ранее применявшейся смазка
ЛЗ-ЦНИИ позволяет существенно увеличить допускаемую осевую
нагрузку на буксовый узел с цилиндрическими роликовыми
подшипниками и улучшить восприятие этими подшипниками
значительной осевой нагрузки.
чина относительного трения (при использовании гасителей колебаний сухого трения). Помимо перечисленных основных параметров, при проектировании упругого подвешивания могут быть
дополнительно заданы распределения гибкостей по ступеням подвешивания (при двойном подвешивании), момент трения в опорах
кузова, жесткость связи колесных пар с рамой тележки в поперечном и продольном направлениях. При проектировании нелинейного подвешивания задают зависимость прогиба от нагрузки
или уравнение жесткости. Важнейший параметр упругого рессорного подвешивания — статический прогиб /ст определяет частоту собственных колебаний v подрессоренной массы, Гц:
§ 13. РЕССОРНОЕ ПОДВЕШИВАНИЕ
где fст — прогиб, см.
Как правило, при проектировании рессорного подвешивания
следует стремиться к снижению частот собственных колебаний.
Приемлемые собственные частоты колебаний вагонов на упругих
элементах рессорного подвешивания составляют 1—2,5 Гц, что
соответствует значениям статического прогиба 250—40 мм. Наибольшие значения статического прогиба имеют место у вагонов с
лучшими ходовыми качествами. Увеличение статического прогиба
подвешивания свыше 250 мм приводит к снижению частот
собственных колебаний ниже 1 Гц, что недопустимо в современных вагонах. При этом вагон может приобрести повышенную
валкость, что потребует усложнения конструкции рессорного
подвешивания — введения стабилизаторов поперечной устойчивости.
Для пассажирских вагонов, предназначенных для движения со
скоростями до 160 км/ч, обычно рекомендуют статический прогиб
подвешивания, равный 150—200 мм. Для грузовых вагонов
общесетевого назначения статический прогиб под нагрузкой
брутто должен составлять 40—50 мм. Увеличение статического
прогиба может привести к недопустимой разности высот расположения автосцепки вагонов в порожнем и груженом состояниях.
Статический прогиб fст рессорного комплекта в подвешивании
и отдельного упругого элемента, жесткость ж комплекта или
элемента и статическая нагрузка Рст при линейной характеристике
жесткости связаны выражением
Для уменьшения динамических воздействий пути на вагоны и
вагонов на путь в конструкцию ходовых частей введено упругое
рессорное подвешивание. Его конструкция определяется типом
вагона, параметрами упругости и демпфирования.
Известные конструкции рессорного подвешивания различают
по числу ступеней, месту размещения в тележке, типу возвращающего устройства, конструкции упругих элементов, типу и
конструкции демпфирующих устройств. По кратности различают
конструкции одинарного и двойного подвешивания г. По месту
размещения в тележке различают подвешивание буксовое и центральное. По типу возвращающих устройств (поперечному подрессориванию) различают подвешивание люлечной и безлюлечной
конструкции. По конструкции упругих элементов различают подвешивание с металлическими, резинометаллическими и пневматическими упругими элементами.
Подвешивание с металлическими и резинометаллическими
упругими элементами обычно имеет нерегулируемые параметры
гибкости. При этом упругие элементы могут иметь линейную или
нелинейную зависимость прогиба от нагрузки. Подвешивание с
пневматическими упругими элементами обычно характеризуется
регулируемыми параметрами гибкости: жесткость упругих пневматических элементов зависит от нагрузки, приходящейся на них.
По типу и конструкции демпфирующих устройств различают
подвешивание с гасителями колебаний сухого и вязкого трения.
Основными параметрами упругого рессорного подвешивания,
задаваемыми при его проектировании, являются статический прогиб или жесткость подвешивания в вертикальном направлении,
длина приведенного маятника или жесткость подвешивания в поперечном направлении и коэффициент демпфирования или вели1 Известны и системы тройного подвешивания, однако они устарели и в настоящее время не применяются.
102
Ж = Рст/fст
Наибольший полный расчетный прогиб fр упругих элементов
или комплектов подвешивания должен быть не меньше расчетного
статического прогиба fст, умноженного на коэффициент конструктивного запаса прогиба, т. е.fрм ≥ kfст. Значения коэффициента
конструктивного запаса прогиба для упругих элементов подвешивания с постоянной жесткостью необходимо принимать согласно данным § 5. При использовании в подвешивании пневмати103
ческих упругих элементов вместо конструктивного запаса прогиба следует
предусматривать динамический запас хода. Коэффициент динамического запаса
хода можно принимать равным 1,5—1,7, т. е. полный ход упругого
пневматического элемента должен быть в 1,5—1,7 раза больше его
максимального динамического прогиба.
Жесткость витой цилиндрической пружины с постоянным шагом витков
где G — модуль упругости при сдвиге; d — диаметр прутка; п — число рабочих
витков пружины; D — средний диаметр витка пружины.
Число рабочих витков для пружины с опорными витками (ГОСТ 1452—69)
определяют в зависимости от полного числа витков пп по выражению п = па —
1,5. Боковую жесткость витой пружины определяют по отношению боковой
нагрузки к боковому прогибу
С достаточной точностью боковой прогиб
Рис. 17. Схема работы пружины при действии горизонтального усилия
Необходимая жесткость витой пружины N_
может быть получена соответствующим выбором
среднего диаметра витка, диаметра прутка и числа
рабочих витков. При этом пружина должна иметь
необходимую прочность, которую оценивают по
величине касательных напряжений, возникающих
при действии расчетной вертикальной нагрузки.
Касательные напряжения в пружине
(40)
где Рр = жfр — наибольшая
расчетная нагрузка;
вертикальная
; с = D/d — индекс пружины (для рес
сорного подвешивания вагонов рекомендуются с = 3,5÷6).
При действии на пружину горизонтального усилия, вызывающего
относительный сдвиг ее оснований (рис. 17), касательные напряжения в
пружине
(39)
N-горизонтальная нагрузка, действующая на пружину; Рр — вертикальная
расчетная нагрузка на пружину; H — рабочая высота пружины под вертикальной
нагрузкой Рр; Н = Hс + d + + fр; Hс — высота пружины в свободном состоянии;
а — угол подъема винтовой линии пружины (tg а =
); Е — модуль
упругости материала пружины; J — полярный момент инерции площади
прутка пружины; μ — коэффициент Пуассона.
Необходимую вертикальную жесткость пружины определяют в
зависимости от приходящейся на нее статической нагрузки и заданной
величины статического прогиба под этой нагрузкой. Боковую жесткость
упругих элементов подвешивания одной тележки грузового вагона жг можно
определять из условия отсутствия резонансных боковых колебаний. Тогда
где v — наибольшая расчетная скорость; т — масса брутто кузова вагона; г
— радиус круга катания колеса; 2s — расстояние между кругами катания
колес; п — конусность круга катания колеса (1/20); 2lт — база тележки.
104
(41)
Суммарные касательные напряжения в пружине от действия вертикальной
и боковой нагрузок определяют как сумму напряжений от действия каждой
нагрузки в отдельности, т. е.
Если заданная вертикальная жесткость при необходимой прочности
пружины требует ее значительных размеров, затрудняющих размещение
пружины в узле упругого подвешивания, то рекомендуется использовать двухи трехрядные пружины, которые при той же жесткости и прочности
значительно компактнее однорядной пружины.
Для исключения касания витков наружной и внутренней пружин и
заскакивания витков одной пружины между витками Другой внутреннюю
пружину размещают в наружной с зазором в 3—5 мм на сторону, пружины
должны быть навиты в разные стороны.
Пружины с малым индексом с не рекомендовано заменять на многорядные,
так как это не дает большого выигрыша в габаритных размерах, а внутренняя
пружина в этом случае может оказаться неустойчивой из-за малого ее диаметра
при большой высоте. Для необходимой устойчивости пружины отношение ее
свободной высоты к диаметру Нс/D ≤ 3,5.
105
Для изготовления пружин и рессор в вагоностроении применяют горячекатаную пружинную и рессорную стали 55С2 и
60С2 (ГОСТ 14959—69). Допустимо применение сталей 60С2А и
60С2ХФА. Твердость пружины в термообработанном состоянии
должна быть равна НВ 370—440 или HRC 40—47. Допускаемые
напряжения для пружинных сталей 55С2 и 60С2 при расчете на
растяжение, сжатие и изгиб можно принимать равными 100
кгс/мм2, а при расчете на кручение 75 кгс/мм2. Для сталей 60С2А и
60С2ХФА допускаемые напряжения можно несколько повысить.
После термической обработки пружины необходимо упрочнять
наклепом дробью, заневоливанием или другими способами. Режимы
термообработки и упрочнения выбирают такими, чтобы они
обеспечивали долговечность пружины в пределах установленного
контрольного числа циклов нагружения. Технические требования
на пружины для рессорного подвешивания вагонов и методы их
испытаний регламентированы ГОСТ 1452—69.
Номинальная приведенная жесткость пневматического упругого элемента
— эффективная (несущая) площадь пневмоэлемента; п — показатель политропы; п = 1,3-М,35; ра — номинальное давление в пневмоэлементе; V0 — общий объем пневмоэлемента с дополнительным резервуаром; f — ход пневмоэлемента.
Второе слагаемое в формуле жесткости упругого пневмоэлемента
зависит от характера изменения его эффективной площади в
процессе деформации (динамического прогиба). В пневмоэлементах с постоянной эффективной площадью, например в диафрагменных пневмоэлементах с цилиндрическими направляющими
(рис. 18), отношение dFэф/df = 0. Необходимую жесткость упругде
Рис. 18. Упругий пневмоэлемент
106
того пневмоэлемента можно получить выбором наиболее рациональных значений его эффективного диаметра и полного объема.
Давление в упругом пневмоэлементе выбирают таким, чтобы оно
всегда было ниже минимального давления источника питания.
Поперечная (боковая) жесткость упругого пневмоэлемента
жб = жбт + жбк, где ж6г — составляющая, зависящая от геометрических параметров направляющих элементов; жбк — составляющая, зависящая от конструкции резинокордной оболочки
пневмоэлемента. Составляющая жбг в основном зависит от углов
(конусности) направляющих элементов (арматуры). Для упругого
пневмоэлемента с цилиндрическими направляющими, когда
резинокордная оболочка «не выдувается» за край наружной направляющей (рис. 18), составляющая
где р0 — номинальное избыточное давление в пневмоэлементе.
Составляющая жбк в основном зависит от конструкции каркаса
резинокордной оболочки, характеристик материалов элементов,
образующих оболочку, и глубины перекрытия оболочки
направляющими элементами. Во ВНИИВ найдена эмпирическая
зависимость составляющей жбк от угла расположения кордных
нитей в каркасе и давления в пневмоэлементе, т. е.
где βк — угол между кордными нитями и образующей; ра — абсолютное давление воздуха в пневмоэлементе при рабочей нагрузке;
рв — атмосферное давление.
При этом предполагают, что резинокордные оболочки пневморессор вагонов различаются только величиной эффективного
диаметра и углом расположения кордных нитей в каркасе. В данной формуле эффективный диаметр учтен с помощью давления
воздуха ра в пневмоэлементе, а расположение кордных нитей —
непосредственно углом |3К. Другие параметры оболочки (толщина
и слойность корда, толщина и жесткость покровного и герметизирующего слоев резины) в пневморессорах отечественного производства, как правило, одинаковы для разных моделей. Влияние
этих параметров на поперечную жесткость упругого пневмоэлемента учитывают эмпирическими коэффициентами, вводимыми в
формулу для определения жбк.
При выборе эффективного диаметра следует иметь в виду, что
его увеличение связано с возрастанием габаритных размеров
пневмоэлемента и необходимостью применения больших объемов
дополнительного резервуара для снижения вертикальной жесткости подвешивания, что, в свою очередь, может вызвать затруднения в компоновке узлов пневмоподвешивания в тележке. Некоторое возрастание поперечной жесткости пневмоэлементов с мень107
шими эффективными диаметрами может быть предупреждено
неполным перекрытием резинокордной оболочки наружной направляющей.
Упругие пневмоэлементы в отличие от пружин, стальных и
резинометаллических рессор обладают широким диапазоном параметров. Один и тот же упругий элемент может иметь грузоподъемность и жесткость, которые изменяются в широком диапазоне.
Упругие пневмоэлементы Н-6 (580X170) с резинокордной оболочкой и эффективным диаметром 500 мм применяют в подвешивании вагонов РТ-200 и ЭР-200, вагонов метрополитена Ер, И, трамвая РВЗ-7. Грузоподъемность упругого нневмоэлеыента с этой
оболочкой при давлении 5 кгс/см2 составляет 10 тс.
Резиновые и резинометаллические упругие элементы в подвешивании магистральных вагонов отечественного производства
находят пока ограниченное применение. Резиновые элементы
используют в качестве подкладок под пружины в буксовом подвешивании пассажирских вагонов, упоров для ограничения боковых колебаний кузова на люлечных подвесках, буферов в упругих пневмоэлементах, втулок и сайлент-блоков, прокладок и т. п.
Во всех случаях резина работает преимущественно на сжатие и
лишь в отдельных случаях на сжатие со сдвигом.
Основным физико-механическим показателем резины, от которого зависят параметры резинометаллического элемента, является твердость, измеряемая по ГОСТ 263—75. Для конструкционных резин в зависимости от состава резиновой смеси твердость может равняться 30—80 единицам. Модуль сдвига G в зависимости от твердости Н с погрешностью до ±10% можно определять по кривым на рис. 19. Модуль упругости Е зависит не только
от твердости резины, но, в отличие от модуля сдвига G, и от формы
резинового элемента,
влияние
которой определяется величиной
коэффициента формы /Сф. Этот
коэффициент находят как отношение площади поверхности, на
которую передается сжимающая
нагрузка, к площади свободной
(боковой) поверхности, по которой
резина может выпучиваться.
Значения модуля упругости Е в
зависимости от Кф Для резин с
различными значениями твердости с
достаточной для технических
расчетов точностью можно определить по зависимостям рис. 20.
108
0
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50 Кф
Рис. 20. Зависимость модуля упругости резины Е от
коэффициента формы К^
Рекомендуемые значения относительных деформаций резинового
амортизатора при сжатии должны составлять 0,15—0,25. При этом
напряжения сжатия в резине не должны превышать 30—50 кгс/см2,
а напряжения сдвига 15—20 кгс/см2. При действии на
резинометаллический амортизатор динамических нагрузок модули
упругости и сдвига резины увеличиваются, соответственно чему
жесткость амортизаторов повышается. Увеличение значений
модулей может быть принято пропорциональным коэффициенту
ужесточения КД.Р Тогда
Коэффициент ужесточения резины зависит от ее твердости, и
ориентировочно его можно определить по зависимостям рис. 19.
Допускаемые напряжения для резины при действии динамических
нагрузок принимают меньшими, чем при действии статических.
Рессорное подвешивание вагонов помимо элементов упругого
сопротивления (пружин и рессор) должно содержать элементы
неупругого сопротивления — демпфирующие устройства. Параметры демпфирования в зависимости от типа демпфирующих
устройств оценивают или коэффициентом относительного трения
или коэффициентом демпфирования (см. § 5).
Конструкции фрикционных гасителей, применяемых в подвешивании вагонов, достаточно разнообразны. Гасители бывают
как самостоятельным узлом, обеспечивающим только демпфирование колебаний, так и узлом, создающим одновременно упругое и
неупругое сопротивления при колебаниях. Сила неупругого
сопротивления в гасителях может быть постоянной, переменной в
зависимости от перемещения и переменной в зависимости от
нагрузки. В общем случае реализуемый коэффициент относительного трения фтр = F/Р, где F — сила неупругого сопротив109
Ления (трения), развиваемая гасителем; Р — нагрузка, приходящаяся на демпфируемый узел.
Силу трения F гасителя определяют по обычным формулам
механики в зависимости от схемы гасителя. Необходимую силу
можно получить соответствующим выбором геометрических параметров гасителя, а также трущихся пар с наиболее желательным
коэффициентом трения. Наибольшее распространение нашли клиновые гасители колебаний, которые используют в подвешивании
как грузовых, так и пассажирских вагонов. Известны фрикционные
гасители колебаний и других типов, в том числе телескопические,
дисковые, рычажные; все они имеют свои преимущества и
недостатки.
Наилучшим средством гашения колебаний является вязкое
трение, поэтому во всех случаях, где это экономически оправдано,
стремятся к использованию гидравлических гасителей вместо
фрикционных. Обычно гидравлические гасители колебаний наиболее широко используют в подвешивании вагонов, от которых
требуются наилучшие ходовые качества, т. е. в первую очередь в
подвешивании пассажирских вагонов. Интенсивность гашения
колебаний оценивают коэффициентом демпфирования D = 0-ь1.
Наиболее приемлемый процесс гашения колебаний достигается при
D = 0,2÷0,3. При меньшем коэффициенте демпфирования
существенно возрастают амплитуды колебаний и ускорений при
частотах, близких к резонансным. При большем коэффициенте
демпфирования амплитуды колебаний и ускорений возрастают при
частотах, превышающих собственные, т. е. в зарезонансной зоне.
Сопротивление гасителей с вязким трением обычно принимают
пропорциональным скорости перемещения подрессоренной массы
при колебаниях. Гасители такого типа называют гасителями с
линейной характеристикой сопротивления. Для оценки эффективности гасителя колебаний пользуются коэффициентом сопротивления. Соответствующий критическому коэффициенту демпфирования (D = 1) критический коэффициент сопротивления для
гасителей с линейной характеристикой сопротивления
где ж — жесткость рессорного комплекта при вертикальных деформациях; fст — расчетный статический прогиб демпфируемой
ступени подвешивания; g — ускорение свободного падения; М —
масса, приходящаяся на демпфируемый комплект подвешивания.
Для обеспечения заданной интенсивности гашения колебаний
коэффициент сопротивления
Для гашения колебаний используют гасители как с симметричной, так и с несимметричной характеристикой сопротивления.
110
Рис. 21. Рабочая диаграмма гидравлического гасителя колебаний
Для симметричного гасителя с
линейной
характеристикой
сопротивления рассеиваемая за
цикл энергия∆W=πcωf2, где с
— коэффициент сопротивления гасителя; ω — круговая частота
колебаний; f — ход гасителя.
Действительный коэффициент (параметр) сопротивления гасителя с достаточной точностью можно определить по его рабочей
диаграмме (рис. 21), записываемой на специальном стенде, по
формуле с — mL/(2πnh), где т — масштаб силы сопротивления;
L и h — соответственно длина и высота рабочей диаграммы;
п — число циклов в секунду.
Для гашения горизонтальных колебаний гасителями с линейной
характеристикой сопротивления коэффициент демпфирования в
поперечном подвешивании рекомендовано принимать равным 0,3—
0,4. Коэффициент (параметр) сопротивления гасителей горизонтальных колебаний сг = (0,3÷0,4) скр.г, где скР.Г =
—
коэффициент критического демпфирования; lп — приведенная
длина люлечной подвески; fCT — прогиб рессор от статической
нагрузки; жг — поперечная жесткость подвешивания одной
тележки; g — ускорение свободного падения.
Вертикальные и боковые колебания вагона рекомендовано гасить
раздельными гидравлическими гасителями. Вместе с тем допустимо
использовать гасители для гашения как вертикальных, так и
боковых колебаний, что достигается наклонной установкой
гасителей в узле подвешивания. В вертикальном положении (при
испытаниях на стенде) гаситель, предназначенный для работы в
наклонном положении, должен иметь коэффициент сопротивления
с=
. Следует иметь в виду, что наклонная установка
гасителя ухудшает условия его работы, приводит к вспениванию
масла в гасителе, особенно при малом угле наклона гасителя к
горизонту. В связи с этим не следует прибегать к использованию
одного гасителя для гашения вертикальных и боковых колебаний
при сг > св, т. е. тогда, когда угол наклона гасителя к горизонту
будет меньше 45°. В качестве рабочей жидкости в гасителях обычно
используют приборное масло МВП (ГОСТ 1805—51).
При проектировании рессорного подвешивания пассажирских
вагонов следует опасаться повышенной валкости кузова, которая
может иметь место при высоких значениях статического прогиба.
Для уменьшения валкости кузова (повышения боковой устойчивости) следует стремиться к соблюдению неравенства hм > hc +
+(1,5÷2,0), где hс — высота центра тяжести кузова, м; hм —
111
высота положения метацентра, м. Метацентром называют точку
пересечения равнодействующей вертикальных реакций рессорного
подвешивания вагона с его продольной плоскостью симметрии.
Высота положения метацентра над плоскостью опоры кузова на
упругие элементы подвешивания прямо пропорциональна квадрату
расстояния между центрами рессорных комплектов подвешивания
и обратно пропорциональна суммарной гибкости рессор.
Снижения валкости можно достичь повышением уровня опор
кузова на упругие элементы и увеличением поперечной базы подвешивания. Рационально использовать рессорное подвешивание,
при котором кузов опирается непосредственно на упругие элементы, разнесенные поперек вагона на наибольшее расстояние,
допускаемое шириной кузова. В исключительных случаях для
повышения боковой устойчивости кузова приходится вводить в
подвешивание стабилизаторы поперечной устойчивости, что
существенно усложняет конструкцию ходовых частей вагона.
Если вертикальное подвешивание можно рассматривать как
пружину, несущую на себе груз, то горизонтальное подвешивание
можно схематически представить в виде маятника с грузом на
конце. Поэтому характеристикой жесткости горизонтального
подвешивания вагона служит приведенная длина эквивалентного
математического маятника, связанная с поперечной (боковой)
жесткостью жг выражением
где Р — нагрузка от кузова на одну тележку; жг — поперечная
(боковая) жесткость подвешивания одной тележки.
Частота v собственных колебаний маятника при малых амплитудах
связана с длиной маятника l выражением v =
При
рекомендуемой многими специалистами длине эквивалентного
математического маятника центрального подвешивания пассажирских вагонов 1П = 0,5÷0,7 м собственная частота боковых
колебаний вагона составит 0,75—0,6 Гц. Если принять частоту
собственных боковых колебаний (бокового относа) равной 1 Гц, что
вполне допустимо, то длина эквивалентного математического
маятника центрального подвешивания составит ~ 0,25 м. При
оптимальных характеристиках подвешивания в вертикальной
плоскости поперечная жесткость, соответствующая l= 0,25,
обеспечит достаточно хорошие ходовые качества вагона.
§ 14. ТЕЛЕЖКИ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ
Основным типом тележки выпускаемых грузовых вагонов является двухосная тележка модели 18-100 (ЦНИИ-ХЗ-О). Эту
тележку (рис. 22) обычно используют для всех четырехосных
магистральных грузовых вагонов, а также в четырехосных тележ112
Рис. 22. Тележка 18-100:
/ — колесная пара; 2 — боковая рама; 3 — надрессорная балка; 4 —
пружины подвешивания; 5 — тормозной башмак
ках восьмиосных полувагонов и цистерн. Основными узлами
тележки 18-100 являются колесные пары с буксами, боковые рамы,
надрессорная балка, рессорный комплект с клиновыми гасителями
колебаний и тормозное устройство. Тележка имеет следующие
основные параметры: вес 4700 кгс, база 1850 мм, расстояние между
осями рессорных комплектов (поперечная база подвешивания) 2036
мм, расстояние от уровня головки рельсов до уровня подпятника в
свободном состоянии 803 мм, расстояние между осями скользунов
1524 мм. Статический прогиб подвешивания под вагоном с весом
брутто 84 тс составляет 48 мм, коэффициент относительного трения
равен 0,08—0,1. Наибольшая допускаемая статическая нагрузка на
подпятник достигает 38 тс. Тележки 18-100 обеспечивают скорость
движения вагонов до 120 км/ч.
В тележке 18-100 использовано два пружинных комплекта,
каждый из которых состоит из семи двухрядных пружин. В зависимости от веса брутто вагона в пружинном комплекте можно
использовать также шесть и даже пять двухрядных пружин вместо
семи. При этом гибкость рессорного подвешивания тележки
составит 1,3—1,82 мм/тс. Крайние боковые пружины комплекта
поддерживают клинья гасителей колебаний. Пружинные комплекты
с клиновыми гасителями колебаний служат амортизаторами как в
вертикальном, так и в боковом направлениях. Клинья гасителей
колебаний являются также связями боковин с надрессорной балкой
в горизонтальной плоскости. Тележка оборудована тормозным
устройством, в состав которого входят триангели с тормозными
башмаками и колодками, рычаги, подвески триангелей. Каждая
вторая тележка оборудована балкой авторежимного устройства.
Боковые рамы и надрессорные балки отливают в соответствии с
ГОСТ 977—75 и ТУ 3-779—73, где определены технические
требования к литью, допускаемые отклонения размеров отливок
113
от номинальных, объем и методы исправления дефектов в отливках,
правила приемки, методы контроля отливок. Большая работа,
проведенная в промышленности по совершенствованию конструкции и технологии изготовления тележки 18-100 производства УВЗ,
способствовала присвоению этой модели государственного Знака
качества.
Для вагонов промышленного транспорта и думпкаров вагоностроительной промышленностью освоено производство тележек 18477.30, допускающих нагрузку от оси на рельсы до 35 тс. Как и
модель 18-100, тележка 18-477. 20 имеет две литые боковые рамы и
надрессорную балку. Колесные пары тележки имеют усиленные
колеса с диаметром по кругу катания 950 мм. Ось имеет шейку
диаметром 160 мм, подступичную часть диаметром 216 мм. В
буксовом узле применены два роликовых цилиндрических подшипника (160x290x80 мм). Тележка оборудована двумя пружинными комплектами, каждый из которых состоит из семи двухрядных пружин. Гибкость рессорного подвешивания тележки
составляет 0,65 мм/тс. Тележки имеют клиновые гасители колебаний, обеспечивающие коэффициент относительного трения
0,08—0,1. Статический прогиб подвешивания под нагрузкой брутто
составляет 42 мм. Конструкционная скорость вагонов на тележках
18-477.30 равна 70 км/ч. На отдельных участках пути скорость
движения вагонов на этих тележках можно повысить до 100 км/ч.
Вес тележки 5940 кгс.
Четырехосные тележки модели 18-101 (рис. 23) для восьмиосных
полувагонов и цистерн собирают из двух тележек 18-100 и связывающей балки. Конструкция связывающей балки имеет два
варианта: цельнолитая и штампосварная. Двумя пятниками связывающая балка опирается на подпятники надрессорных балок
двухосных тележек. Своими скользунами связывающая балка
может опираться в кривых на скользуны надрессорных балок. В
середине связывающей балки расположен подпятник диаметром 450
мм, на который опирается пятник кузова восьмиосного вагона. По
бокам подпятника расположены скользуны, на которые в кривых
опираются скользуны кузова вагона. Связывающая балка является
наиболее массивным и трудоемким в производстве узлом
четырехосной тележки.
Для шестиосных вагонов магистральных и промышленных
железных дорог созданы трехосные тележки 18-102 и 18-522
(тележка для думпкаров). Тележка 18-102 (рис. 24) имеет две
боковые рамы сочлененного типа, которые обеспечивают равномерную передачу нагрузки на все три колесные пары. Каждая
боковая полурама опирается одним концом непосредственно на
корпус буксы крайней колесной пары, а другим — на дальний
конец балансира, опирающегося на корпус буксы средней колесной
пары. Нагрузка от кузова вагона передается через Н-образную
шкворневую балку на надрессорные балки, опирающиеся на
пружинные комплекты подвешивания. Каждый пружинный
114
115
комплект подвешивания (одной боковой полурамы) состоит из
четырех двухрядных пружин и одного фрикционного гасителя колебаний, имеющего габаритные размеры такие же, как у двухрядной
пружины. Статический прогиб подвешивания тележки составляет
48 мм под нагрузкой брутто, а коэффициент относительного трения
равен 0,08—0,12. Благодаря шарнирной связи боковых полурам с
балансирами средней колесной пары трехосная тележка без
затруднения вписывается в кривые.
Для вагонов рефрижераторной секции промышленность производит двухосные тележки КВЗ-И2 (рис. 25). Тележка имеет
двойное подвешивание: буксовое из витых пружин и центральное
люлечного типа с листовыми рессорами. Основными узлами тележки являются: Н-образная сварная рама, буксовое подвешивание,
центральное подвешивание (люлька), колесные пары, тормозная
рычажная передача. Вес тележки 7360 кгс, база 2400 мм, расстояние
между осями скользунов 1524 мм. Поперечная база буксового
подвешивания 2036 мм, центрального 1524 мм. Статический прогиб
от веса брутто 84 тс для буксовой ступени равен 45 (44) мм, для
центральной ступени 61 (60) мм. Полный статический прогиб от
веса брутто 84 тс равен 106 (104) мм.
Тележки КВЗ-И2 выпускают в двух модификациях (I и II
группы). Тележки I группы подкатывают под рефрижераторный
вагон со стороны грузового отделения, а тележки II группы — со
стороны машинного отделения. Параметры тележек II группы были
даны в скобках. На тележку II группы приходится несколько
большая нагрузка от тары, чем и вызвана необходимость
производства тележек двух модификаций.
Рама тележки КВЗ-И2 сварная из элементов, заготовленных из
прокатных стальных профилей и листа. Продольные и поперечные
балки рамы имеют замкнутое коробчатое сечение. Надрес-сорная
балка тележки сварная из листовых элементов. Подпятник
прикреплен к надрессорной балке заклепками. Конструкционная
скорость вагонов на тележках КВЗ-И2 равна 120 км/ч.
В последние годы БМЗ и ВНИИВ разрабатывают новую тележку для рефрижераторных вагонов, которая будет иметь уменьшенный собственный вес (до 6,5 тс).
§ 15. ТЕЛЕЖКИ ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНОВ
Для пассажирских вагонов, выпускаемых промышленностью
СССР, в основном применяется тележка КВЗ-ЦНИИ. Тележки
этого типа (рис. 26) можно подкатывать под все пассажирские
вагоны дальнего и межобластного сообщения и под прицепные
вагоны пригородных электропоездов. По грузоподъемности тележки КВЗ-ЦНИИ изготовляют двух типов: I — с допускаемой
нагрузкой от кузова на опоры не более 24,2 тс; II — не более 28,5
тс. По внешнему виду эти тележки отличаются в основном числом
гасителей колебаний в центральном подвешивании: в те116
117
лежках типа I установлено по одному Гасителю колебаний с каждой ее стороны, а в тележках типа II — по два. Тележки типа I
можно подкатывать под пассажирские вагоны локомотивной тяги и
прицепные вагоны электропоездов, а тележки типа II — под
вагоны-электростанции, багажные и почтовые вагоны.
Тележка типа I имеет следующие основные параметры: вес 7100
кгс; база 2400 мм; поперечная база подвешивания (и буксового и
центрального) 2036 мм; статический прогиб от веса брутто буксовой
ступени 50 мм, центральной 155 мм; коэффициент относительного
трения буксовых гасителей 0,05—0,07; коэффициент сопротивления
гидравлических гасителей тележки в вертикальном направлении
75—100 кгс-с/см; угол наклона гасителей к горизонтали 35°;
момент трения в опорах кузова на тележку под действием веса
брутто 2—2,8 кгс-м; расстояние между осями сколь-зунов 1524 мм.
Основными узлами тележки являются рама, центральное и
буксовое подвешивание, колесные пары с буксами, тормозное
устройство. Сварная рама тележки имеет Н-образную конструкцию.
Продольные и поперечные балки рамы имеют замкнутое
коробчатое сечение. Верхний и нижний листы поперечных балок
перекрывают продольные балки в средней их части. В продольных
балках размещены окна для пропуска люлечных тяг-подвесок. В
раме тележки имеются вспомогательные продольные балки,
служащие для подвешивания рычагов тормозной передачи.
Посередине продольных балок рамы предусмотрены кронштейны
для крепления верхних проушин гидравлических гасителей
колебаний.
Центральное подвешивание тележки имеет люлечную конструкцию и выполнено из витых пружин. Два пружинных комплекта центрального подвешивания имеют по две трехрядные
пружины. Колебания в центральной ступени подвешивания гасят
наклонно установленные гидравлические гасители. К элементам
люльки относятся вертикально расположенные люлечные тягиподвески с шарнирными серьгами, на которые опираются литые
поддоны. На поддоны установлены пружинные комплекты. На последние опирается надрессорная балка, по концам которой предусмотрены кронштейны для установки нижних проушин гидравлических гасителей. Кузов опирается на скользуны надрессорной
балки. Для ограничения поперечных колебаний люльки на стойках
скользунов размещены упругие резинометаллические упоры. Для
реализации в опорах кузова на скользуны нормируемого момента
трения надрессорная балка связана с рамой тележки продольными
поводками с резинометаллическими упругими элементами по
концам.
Поводки
расположены
центрально-симметрично
относительно шкворня. В качестве пары трения в скользу-нах
использована сталь по серому чугуну или композиции КСГ.
Буксовое подвешивание тележки выполнено из витых пружин и
снабжено клиновыми гасителями колебаний. Эта ступень под-
вешивания выполняет не только
назначение первичного подрессоривания, но и обеспечивает
упругую связь колесной пары с
рамой тележки в горизонтальной плоскости.
Часть тележек выпускают с
генераторами,
обеспечивающими электроснабжение вагонов. Генератор приводится в
действие от оси текстропно-карданным приводом. Конструкция
соответствующего
буксового
узла колесной пары позволяет
разместить на торце оси шкив
клиноременной передачи. Рама
тележки с приводом снабжена
концевой поперечной балкой, на
которой подвешен генератор,
ведомый шкив привода с натяжным устройством и карданный
вал.
Для моторных вагонов электропоездов промышленность выпускает несколько типов тележек, отличающихся мощностью
тягового двигателя и конструкцией привода. Например, тележка моторных вагонов электропоезда ЭР-2 (рис. 27) имеет
следующие основные параметры:
вес (с тяговыми двигателями) 14
700 кгс; база 2600 мм; расстояние между осями скользунов 1240 мм; поперечная база
подвешивания 2130 мм; статический прогиб подвешивания от
веса брутто — буксовой ступени
53 мм, центральной 131 мм; коэффициент относительного трения
буксовых гасителей 0,1—0,15;
коэффициент сопротивления гидравлических гасителей тележек
в вертикальном направлении
100—140 кгс-с/см; угол наклона
гасителя к горизонтали 35°.
Момент трения в опорах кузова
на тележку 2,4—2,8 кгс-м.
119
118
Рама тележки Н-образной формы сварена из штампованных
элементов. Продольные и поперечные балки рамы коробчатого
замкнутого сечения. На раме тележки укреплены кронштейны для
установки гасителей колебаний, тормозных цилиндров и
продольных поводков связи надрессорной балки с рамой. Снизу
рамы приварены литые буксовые направляющие, на которых
болтами укреплены чугунные наличники, образующие буксовые
челюсти. Поперечные балки рамы служат для подвески тяговых
двигателей и редукторов, поэтому они имеют развитое сечение
сложной конструкции и снабжены соответствующими кронштейнами, упорами, отверстиями под болты и т. п.
Буксовое подвешивание выполнено из витых пружин, которые
через опорные стаканы и резиновые прокладки опираются на
буксовый балансир, шарнирно подвешенный снизу корпуса буксы.
На раме тележки над буксовым узлом установлен дисковый
фрикционный гаситель с неупругим сопротивлением, не зависящим
от нагрузки.
Центральное подвешивание тележки выполнено люлечным и
имеет два пружинных комплекта. В каждый комплект входят две
двухрядные пружины, установленные в стальной литой поддон.
Двумя парами серег поддон подвешен на люлечных подвесках,
которые, в свою очередь, через специальные валики подвешены на
продольной балке рамы. Надрессорная балка тележки выполнена из
листовых и литых элементов. Литыми выполнены концевые части
надрессорной балки, опирающиеся на пружинные комплекты
подвешивания. На надрессорной балке приварены литые опоры
скользунов. Скользуны тележки выполнены из серого чугуна или
из древесно-слоистого пластика. В середине надрессорной балки
размещено гнездо шкворня. Шкворень на болтах прикреплен к раме
кузова, а в гнезде надрессорной балки он затянут упругим
элементом и резиновой втулкой, в которой завул-канизирована
пружина.
Для реализации момента трения в опорах кузова на скользуны и
передачи тяговых и тормозных усилий надрессорная балка связана
с рамой тележки продольными поводками, расположенными
симметрично относительно продольной оси тележки. Для
ограничения боковых перемещений кузова при колебаниях на
люльке надрессорная балка оборудована упругими упорами, а
продольные балки рамы тележки — жесткими. Номинальный зазор
между упорами, соответствующий наибольшей амплитуде боковых
колебаний кузова, составляет 45 мм. Вертикальный зазор между
надрессорной балкой и продольной балкой рамы тележки
установлен равным не менее 35 мм.
Колесные пары моторной тележки — нестандартные. Их колеса
собраны из литых спицевых центров и бандажей. Диаметр круга
катания колес 1050 мм. Одно колесо каждой колесной пары
снабжено фланцем, к которому на болтах прикреплен венец зубчатого колеса редуктора. Со стороны этого колеса на оси уста120
новлены подшипники корпуса редуктора, смонтированные в опорном стакане редуктора. Корпус редуктора, состоящий из двух
половин, прикреплен болтами к фланцу опорного стакана, через
который он опирается на подшипники, а через них — на ось
колесной пары. Со стороны поперечной балки рамы тележки редуктор подвешен к кронштейну этой балки при помощи специального устройства, состоящего из стержня, резинометаллических
амортизаторов, гаек, контргаек и предохранительных деталей.
Ведущая шестерня редуктора, насаженная на короткий вал
привода, размещена в корпусе редуктора на роликовых цилиндрических подшипниках. Смазка для подшипников — консистентная, а для зубчатой передачи — жидкое минеральное масло,
которое заливают в корпус редуктора.
В тележках электропоезда ЭР-2 установлены тяговые двигатели
УРТ-ПОБ. Двигатели имеют опорно-рамную подвеску и укреплены
на поперечных балках рамы в нижней части болтами, а в верхней
части — клиньями. Тяговый момент от вала двигателя на ведущую
шестерню редуктора передается через упругую муфту. Эта муфта
состоит из двух стальных фланцев, жестко посаженных на валы
двигателя и шестерни, и многослойного резинокордного элемента,
закрепленного на фланцах при помощи полуколец и болтов. Одна
букса каждой колесной пары оборудована специальным
заземляющим устройством, которое исключает повреждение
буксовых подшипников электрическим током.
Конструкционная скорость, которую обеспечивают тележки
электропоезда ЭР-2 как по параметрам тяговых двигателей, так и
по ходовым качествам, составляет 130 км/ч.
§ 16. ОСОБЕННОСТИ ХОДОВЫХ ЧАСТЕЙ ЗАРУБЕЖНЫХ
ВАГОНОВ
i Железнодорожные вагоны в различных странах мира существенно различаются конструкцией ходовых частей. В странах
Западной Европы в парке грузовых вагонов преобладают двухосные, в то время как парк пассажирских вагонов в основном
состоит из четырехосных. Вместе с тем на железных дорогах стран
Западной Европы наблюдается тенденция увеличения производства
четырехосных грузовых вагонов. На железных дорогах стран —
членов МСЖД в качестве типовой тележки грузовых вагонов
принята модель Г25С. Эта тележка (рис. 28) рассчитана на нагрузку
20,0 тс от оси на рельсы и допускает скорость 120 км/ч. Тележка
имеет буксовое подвешивание с фрикционными гасителями
колебаний и коэффициентом относительного трения, пропорциональным нагрузке. Тележку Г25С выпускают в нескольких
модификациях (Г25С5, T25CSS, Г25С55,-, Г25Ст и T25Cs2). Тележки
всех модификаций, кроме Г25Ст, имеют сварные рамы, а тележка
Г25Ст — сварно-литую.
Рамы тележек всех модификаций имеют жесткую замкнутую
конструкцию, состоящую из двух продольных, одной шкворневой
121
Рис.128. Тележка Г-25С
и двух концевых поперечных балок. В середине тележки концевые
балки соединены со шкворневой средними продольными балками,
на которых прикреплены вертикальные тормозные рычаги. У
сварной рамы основные ее балки (продольные и шкворневые)
выполнены из листовых элементов и имеют коробчатое сечение.
Концевые и средние продольные балки выполнены из швеллеров. В
этом случае буксовые челюсти рамы выполнены в виде стальных
отливок и приварены к раме тележки. В сварно-литой раме шкворневая балка и боковые балки с буксовыми челюстями выполнены в
виде отдельных стальных отливок и сварены вместе. Концевые и
средние продольные балки изготовлены из швеллеров.
Подпятник тележки — сферический с накладкой из синтетического материала. В последних модификациях тележки (Г25С55 и
Г25С52) использованы упругие скользуны с накладками из
синтетического материала. Жесткость пружин в скользунах подобрана так, чтобы обеспечить в порожнем режиме момент трения
в скользунах равным 1,0 тс-м, а в груженом 2,2 тс-м.
Подвешивание в тележках Г25С выполнено билинейным.
Гибкость подвешивания одной тележки при нагрузке на пятник до
12,6тс составляет3 мм/тс. При нагрузке свыше 12,6 тс гибкость
снижается до 1,0 мм/тс. Билинейность подвешивания достигнута
Рис. 29. Тележка «Минден-Дейтц»
122
благодаря применению пружин разной высоты. При нагрузке на
пятник до 12,6 тс усилие воспринимают наружные пружины
двухрядных пружинных комплектов, а при большей нагрузке в
работу включаются и внутренние пружины. Вес тележки Y25Cs2
составляет 4,4 тс. В качестве материала для основных несущих
элементов рамы тележек Г25С использована углеродистая сталь с
пределом прочности 48 кгс/мм2.
Промышленность США для грузовых вагонов железных дорог
США и Канады производит тележки многих типов. Большинство из
них по своей конструкции подобны тележкам ЦНИИ-ХЗ-0 и
известным в СССР тележкам «Даймонд». Эти тележки имеют стальные литые рамы, центральное рессорное подвешивание и фрикционные (в основном клиновые) гасители колебаний.
Конструкции тележек пассажирских вагонов в странах Европы,
Америки и Азии очень разнообразны и существенно различаются в
зависимости от класса вагона или поезда. За типовую для вагонов
дальнего следования на железных дорогах Западной Европы
принята тележка, прототипом которой послужила тележка «Минден-Дейтц» (рис. 29). Эта тележка имеет двойное подвешивание. В
конструкции буксового подвешивания, выполненного бесчелюстным, предусмотрены устройства, обеспечивающие связь колесных
пар с рамой тележек в продольном и боковом направлениях. Эти
устройства состоят из плоских буксовых поводков 1 я 2 и гибкой
угловой связи 3, выполненных из рессорной стали. Прива-лочные
поверхности поводков снабжены треугольными шлицами для
надежного их крепления к кронштейнам рамы и крыльям буксы,
соответствующие поверхности которых имеют аналогичные шлицы.
Таким же образом укреплены на раме тележки угловые связи.
Достаточно жесткая связь колесных пар с рамой тележки (гибкость
связи в боковом направлении на одну колесную пару составляет 0,4
мм/тс, а в продольном — в 8—10 раз меньше) способствует тому,
что виляние колесных пар совершается со значительной длиной
волны, составляющей в зависимости от величины проката колес
17—24 м.
Особенностью узла соединения колесных пар с рамой является
отсутствие деталей, подверженных быстрому износу. (Подобная
конструкция буксовых связей применена в тележках отечественных
вагонов Е и И метрополитена). При сборке тележек с такой
конструкцией связи колесных пар с рамой особое внимание обращают на точность установки колесных пар (базу тележки выверяют
с точностью до 0,1 мм). Поводки связи колесных пар с рамой крепят
к корпусам букс и к раме тележки так, чтобы под номинальной
нагрузкой брутто в них практически не возникало напряжений.
Этого достигают в результате тщательной сборки тележки и
высокой точности изготовления деталей.
Демпфирование буксового подвешивания осуществлено гидравлическими гасителями колебаний. Коэффициент сопротивления гасителя составляет 25—30 кгс-с/см при гибкости одного
123
комплекта пружин буксового подвешивания 11 мм/тс. Усилие
сопротивления буксовых демпферов при ходе сжатия в 2 раза
больше, чем при ходе отдачи. Люлечное подвешивание тележки
выполнено из витых пружин в сочетании с гидравлическими гасителями. В один комплект люлечных пружин входят две двухрядные
пружины. Гибкость комплекта составляет 23 мм/тс. Гидравлические
гасители колебаний в узле центрального подвешивания
установлены под углом 35° к горизонтали. Коэффициент сопротивления одного гасителя при вертикальной установке составляет
35 кгс-с/см.
Характерной особенностью рассматриваемой тележки является
ее универсальность. Тележки этого типа можно подкатывать под
вагоны весом 30—72 тс. В зависимости от веса вагона меняют
лишь пружины, продольные буксовые поводки и тормозное
оборудование. В последние годы в конструкцию тележки введены
опоры на скользуны и продольные тяги, связывающие
надрессорную балку с рамой тележки. По концам продольные тяги
снабжены резинометаллическими упругими элементами. Рама
тележки и надрессорная балка сварены из листовых элементов из
углеродистой стали с пределом прочности 52 кгс/мм2. Вес тележки
—5,5 тс.
В настоящее время во многих странах мира в подвешивании
вагонов все шире применяют пневматические упругие элементы.
Наиболее широко пневматическое подвешивание используют на
железных дорогах Японии, где пневморессоры применяют в тележках не только пассажирских, но и грузовых вагонов.
Наиболее известна тележка с пневматическим подвешиванием
модели ДТ-200 (рис. 30) вагонов скоростного поезда линии НьюТокайдо (Япония), предназначенных для движения со скоростями
до 240 км/ч. Тележка оборудована двумя тяговыми двигателями
мощностью по 185 кВт. Подвешивание в тележках двойное:
Рис. 30. Тележка DT-200
буксовое из витых пружин с гидравлическими гасителями колебаний и центральное безлюлечное из диафрагменных упругих
пневмоэлементов, воспринимающих как вертикальные, так и
горизонтальные (боковые) усилия. Вертикальные колебания в центральном подвешивании гасятся при помощи дросселей, установленных между упругими пневмоэлементами и дополнительными
резервуарами. Горизонтальные колебания гасятся горизонтальными гидравлическими гасителями телескопического типа.
Колесная пара через корпус буксы связана с рамой тележки
продольными поводками. Такая связь в вертикальном направлении
совместно с пружинами буксового подвешивания обеспечивает
жесткость этой ступени подвешивания, равную ПО кгс/мм.
Жесткость центрального подвешивания составляет 45 кгс/мм в
вертикальном направлении и 36 кгс/мм — в поперечном.
Рама тележки имеет замкнутую конструкцию и состоит из двух
продольных, двух концевых и одной средней балок. Все балки
имеют коробчатое сечение и сварены из листовых штампованных
элементов. Средняя балка рамы имеет в центре гнездо для шкворня,
а по концам опорные скользуны, на которые опирается своими
накладками шкворневая балка. Расстояние между центрами
скользунов составляет 1300 мм. Шкворневая балка тележки
выполнена из двух коробчатых элементов, каждый из которых
служит дополнительным резервуаром пневморессор. Вдоль
шкворневой
балки
расположены
два
горизонтальных
гидравлических гасителя колебаний, каждый из которых одной
проушиной соединен со шкворневой балкой, а другой — с рамой
кузова.
По концам шкворневой балки (снизу) расположены кронштейны,
в каждом из которых при помощи резинометаллического сайлентблока укреплен конец продольного поводка. Другой конец поводка
при помощи такого же сайлент-блока укреплен в кронштейне на
раме кузова. В центральном подвешивании тележки использованы
пневморессоры диафрагменного типа, расположенные сверху
шкворневой балки и служащие непосредственными опорами кузова.
Грузоподъемность одной пневморессоры составляет 10 500 кгс при
давлении 4,6 кгс/см2. Эффективный диаметр пневморессор равен 535
мм. Арматура пневморессор выполнена из высокопрочных
алюминиевых сплавов.
Колесные пары тележки имеют цельнокатаные колеса с диаметром по кругу катания 910 мм и снабжены буксовым узлом с
тремя подшипниками: двумя цилиндрическими роликовыми и
одним упорным шариковым. В буксах применено жидкое минеральное масло. Тормоз тележки — дисковый гидропневматический
с электрическим управлением. Вес тележки с тяговыми
двигателями ~10 тс, ее база составляет 2500 мм. Тележка предназначена для колеи 1435 мм.
В мировой практике вагоностроения известны и другие конструкции тележки с пневматическим подвешиванием. Это
125
124
тележки пригородных вагонов типа «Пионер» для железных дорог
США, тележки Г28 для магистральных железных дорог Франции,
ФРГ и др.
§ 17. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ХОДОВЫХ ЧАСТЕЙ
ВАГОНОВ
Общая перспектива развития ходовых частей вагонов определяется перспективами развития всего железнодорожного транспорта и, в частности, подвижного состава. В настоящее время на
магистральных железных дорогах СССР для грузовых вагонов
допускаются нагрузки от колесной пары на рельсы до 22 тс.
Выпускаемые промышленностью тележки грузовых вагонов рассчитаны на эту повышенную осевую нагрузку. В перспективе
предполагается повысить допускаемую осевую нагрузку для
грузовых вагонов до 25 тс, что потребует соответствующего усиления всех элементов ходовых частей. Металлурги отрасли вагоностроения изыскивают марки сталей с улучшенными прочностными и технологическими показателями. Эти стали должны обеспечить необходимую прочность узлов и деталей ходовых частей
при минимальном увеличении их веса.
Одним из важнейших требований на перспективу развития
ходовых частей вагонов является дальнейшая отработка конструкции и совершенствование технологии производства серийно
выпускаемых тележек. Известно, например, что при существующей
технологии производства в основных несущих деталях тележки
еще полностью не исключены разностенность, рыхлоты и другие
дефекты литья. Если эти дефекты останутся необнаруженными, то
могут стать концентраторами напряжений, очагами нарушения
целостности материала и причиной потери прочности детали.
Важнейшим средством обеспечения качества отливки несущих
деталей тележек является надежный неразрушающий контроль,
который уже начали внедрять в вагоностроении.
При существующей конструкции опоры кузова на тележку
через жесткий пятник возможна так называемая «перевалка»
кузова, при которой контакт между пятником кузова и подпятником тележки происходит не по всей плоскости, а по кромке. Это
приводит к ухудшению динамических качеств вагона, к повышенному износу элементов пятникового узла и даже к разрушению
той части надрессорной балки, которая находится под пятником.
Применение съемного подпятника, введение сферического узла
опоры на тележку или упругих боковых скользунов может способствовать существенному улучшению условий работы этого узла.
Перспективны работы по совершенствованию рессорного подвешивания тележек грузовых вагонов. На существующих тележках
с линейной жесткостью рессор статический прогиб подвешивания
грузового вагона вынужденно ограничен сравнительно
126
Небольшой величиной, не превышающей 50 мм под нагрузкой
брутто. При перевозке же легких грузов статический прогиб
подвешивания вагонов составляет 8—12 мм. С целью улучшения
ходовых качеств вагонов, в том числе при эксплуатации их в режиме малой нагрузки, в последние годы созданы тележки нескольких типов с нелинейным рессорным подвешиванием. Наиболее приемлемым вариантом нелинейного подвешивания является
билинейное подвешивание.
Для улучшения динамических качеств ходовых частей в горизонтальном направлении, уменьшения интенсивности виляния и
снижения боковых сил рекомендуется совершенствование параметров поперечного подрессоривания и узла опоры кузова на
тележки. Рациональным является введение упругих скользунов в
узел опоры.
Конкретные параметры перспективных тележек грузовых вагонов обоснованы многочисленными работами ВНИИВ, ЦНИИ
МПС, ЛИИЖТ и МИИТ. В этих работах рекомендовано использовать одноступенчатое (центральное или буксовое) подвешивание,
воспринимающее как вертикальные, так и горизонтальные (боковые) динамические воздействия. Разность высот рессорного
подвешивания под нагрузкой брутто и нагрузкой тары может
достигать 45 мм. При этом желательно иметь статический прогиб
подвешивания под тарой около 20—25 мм. Для реализации таких
параметров по прогибу целесообразно иметь билинейное подвешивание с перегибом кривой жесткости в точке, расположенной
несколько выше точки статического прогиба в порожнем состоянии.
Горизонтальную жесткость подвешивания рекомендовано выбирать равной 700—1200 кгс/мм на тележку. При использовании
центрального подвешивания между колесными парами и боковыми
рамами необходима упругая связь в продольном и поперечном
направлениях. Опору боковых рам на корпус буксы при этом
целесообразно осуществлять через резинометаллический упругий
элемент с жесткостью 1000—1600 кгс/мм на один буксовый узел.
Дальнейшему совершенствованию подлежат колесные пары и
буксовые узлы тележек. Продолжаются работы по изысканию
новых марок колесной и осевой сталей и улучшению технологии
производства колес и осевых заготовок. Одной из важных задач в
совершенствовании колесных пар тележек как грузовых, так и
пассажирских вагонов является создание и внедрение в производство буксовых узлов с открытыми осевыми центрами.
Дальнейшее совершенствование тележек пассажирских вагонов
связано со значительным повышением в перспективе скоростей
пассажирских поездов (до 200—250 км/ч). На перспективу прототипом тележки пассажирского вагона может служить тележка
ТСК-1 (рис. 31), спроектированная для вагонов скоростного поезда
РТ-200. Эта тележка рассчитана на скорость движения 200 км/ч.
Она имеет двойное подвешивание: буксовое из витых
127
пружин и центральное безлюлечное из упругих пневматических
элементов. В центральном подвешивании тележки ТСК-1 применены пневматические упругие элементы диафрагменного типа с
резинокордной оболочкой модели 580X170. Опора кузова на
тележки осуществлена через скользуны. Надрессорный брус связан
с рамой тележки продольными поводками с резинометал-лическими
упругими элементами по концам. В буксовых узлах тележки
использовано по три подшипника: два роликовых для восприятия
радиальных сил и один шариковый — для восприятия осевых сил.
Тележки оборудованы дисковым и магнитно-рельсовым тормозами.
Для предотвращения заклинивания колес при торможении тормоз
снабжен электронным противогазным устройством.
При отработке конструкции тележки ТСК-1 совершенствуют
узел упругой связи колесной пары с рамой тележки в продольном и
поперечном направлениях. Жесткость этой связи в продольном
направлении будет составлять 7500—8500 кгс/см, а в поперечном
2300—2700 кгс/см на одну колесную пару. Статический прогиб
буксового подвешивания увеличится до 50—60 мм при номинальной
нагрузке. Центральное подвешивание будет иметь статический
эквивалентный прогиб 200—220 мм, а жесткость поперечного
подрессоривания составит не более 700 кгс/см.
128
129
Глава IV ТОРМОЗНЫЕ
УСТРОЙСТВА ВАГОНОВ
§ 18. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ТОРМОЗНЫМ
УСТРОЙСТВАМ
Вагоны магистральных железных дорог, промышленного и
городского транспорта оборудованы тормозными устройствами,
необходимыми для замедления движения поезда или быстрой его
остановки при нормальных условиях эксплуатации или аварийных
ситуациях.
Конструкция тормозных устройств вагона определяется его
типом, грузоподъемностью, конструкционной скоростью и особыми условиями эксплуатации. Основным традиционным способом
торможения, определяющим конструкцию тормоза, является
фрикционное торможение с пневматическим, электропневматическим и ручным управлением. В вагонах электропоездов, метрополитена и трамвая применяется также электродинамическое
(реостатное или рекуперативное) торможение, а в вагонах скоростных поездов и трамвая, кроме того, используется магнитно-рельсовое торможение.
Основными узлами типового фрикционного тормоза (рис. 32)
вагона являются воздухораспределитель 5, запасной резервуар 4,
тормозной цилиндр 7, авторежимный регулятор 6 режима торможения (авторежим), тормозная магистраль 3 с концевыми кранами
2 и соединительными рукавами /, рычажная передача 8. Для
нормальной работы тормоз снабжен трубопроводами, кранами,
пылеловками, выпускными клапанами, стоп-кранами, регулятором
выхода штока или другими устройствами, компенсирующими
износ тормозных колодок в эксплуатации. Вагоны электропоездов,
дизель-поездов, метрополитена и трамвая, кроме того,
оборудованы компрессорами, главными резервуарами, кранами
машиниста и другими средствами и приборами, обеспечивающими
работу и управление тормозом.
Для автоматического регулирования тормозной силы поезда в
тормозах вагонов можно применять авторежимы, скоростные
авторегуляторы и противоюзные устройства. Авторежимы применяют на всех вагонах, вес брутто которых резко отличается от
веса тары. Этот прибор служит для автоматического изменения
силы нажатия тормозных колодок в зависимости от загрузки
вагона. Если необходима реализация высокой тормозной эффективности при использовании повышенных значений коэффициента
130
сцепления колес с рельсами, то для предохранения колес от
скольжения по загрязненным рельсам скоростные вагоны оборудуют противоюзными устройствами.
Требования к тормозным устройствам при их проектировании
определяются нормативами и параметрами, устанавливаемыми в
техническом задании. При этом основными являются нормативы
допустимой длины тормозного пути вагона, предельные ускорения
(замедления), требования по надежности и т. д. (см. § 9). Указания
по проектированию тормозов приведены в действующих нормах
расчета механической части вагонов. Согласно этим указаниям
тормоза грузовых вагонов в однородном поезде массой до 10 тыс. т,
обеспечивая необходимую эффективность торможения, не должны
вызывать продольных сил, превышающих 200 тс, при условии, что
каждый поглощающий аппарат в вагонах поезда имеет
энергоемкость Э 5= 0,055В, где В — вес брутто вагона.
При полном служебном торможении с любой скорости до
остановки, а также при регулировочных торможениях со скоростей
до 50 км/ч продольные усилия в поезде не должны превышать 150
тс. При регулировочных торможениях со скоростей свыше 50 км/ч,
а также при электропневматическом торможении для всех режимов
и скоростей продольные усилия в поезде не должны превышать 100
тс. Необходимую силу тормозного нажатия при выбранном
типоразмере тормозного цилиндра можно получить применением
соответствующего передаточного числа рычажной передачи.
После выбора типоразмера тормозного цилиндра и определения
передаточного числа рычажной передачи строят схему этой
передачи. Размеры рычагов, тяг, затяжек и других деталей передачи, их взаимное расположение выбирают так, чтобы при средних
значениях выхода штока, износа колодок и колес, среднем
положении регулировочных устройств рычажной передачи
Рис. 32. Схема тормозного устройства вагона
131
рычаги в заторможенном состоянии занимали перпендикулярное
положение к тягам, затяжкам, штоку тормозного цилиндра, т. е. к
деталям, с которыми они соединены. При проектировании рычажной
передачи следует иметь в виду, что ее элементы и детали не
являются абсолютно жесткими. В сумме упругие деформации
элементов рычажной передачи при торможении с учетом
передаточного числа могут составить существенную величину,
которую необходимо компенсировать соответствующим выходом
штока.
Рычажная передача вагонов должна обеспечивать гарантированный зазор между колесом и тормозной колодкой в отпущенном состоянии тормоза. Обычно колодка от колеса отводится
под действием собственного веса триангеля или тормозной траверсы с башмаками. С этой целью центр тяжести узла располагают
на 40—50 мм ниже центра колесной пары, а подвески триангеля или
тормозных траверс делают наклонными. При этом угол между
направлением силы тормозного нажатия и линией, проходящей
через центры нижнего и верхнего шарниров подвески, при
прижатой колодке и средних значениях износов должен быть
прямым.
Рычажная передача всех пассажирских и грузовых вагонов
снабжена ручным приводом тормоза с червячной или винтовой
передачей усилия от приводной рукоятки или маховика. Ручной
тормоз в основном выполняет функции стояночного. Расчетная
сила нажатия ручного тормоза при чугунных колодках в пассажирских и рефрижераторных вагонах принята равной 4 тс, а
грузовых 2 тс. Передаточное число рычажной передачи ручного
тормоза выбирают таким, чтобы указанные значения сил нажатия
обеспечивались при усилии на рукоятке или маховике привода, не
превышающем 30 кгс.
Пассажирские вагоны скоростных поездов в дополнение к
основному колодочному или дисковому тормозу оборудуют
магнитно-рельсовым тормозом для сокращения длины тормозного
пути при экстренном торможении. Эффективность этого тормоза
не зависит от коэффициента сцепления колес с рельсом и поэтому
без опасения возникновения юза может быть принята достаточно
большой.
§ 19. ТОРМОЗНЫЕ ПРИБОРЫ И МЕХАНИЗМЫ
Тормозное пневматическое оборудование вагонов всех типов
сходно по назначению и принципу действия, но различно по типоразмерам, конструкции и другим специфическим признакам. Все
вагоны оборудованы тормозной магистралью, трубы которой имеют
диаметр 32 мм (1V4")- Труба тормозной магистрали на вагоне
заканчивается концевыми кранами с диаметром проходного
сечения 33 мм. На магистральных вагонах всех типов, выпускаемых
промышленностью СССР, применены концевые краны
132
усл. № 190. На концевые краны навернуты наконечники соединительных рукавов. На всех вагонах, кроме оборудованных электропневматическим тормозом, применены рукава усл. № Р17
(ГОСТ 2593—69).
| Через тройник-пылеловку (усл. № 573) и разобщительный кран
усл. № 372 (ГОСТ 2608—74) с тормозной магистралью соединен
воздухораспределитель,
являющийся
основным
прибором
управления тормозом на вагоне. Он предназначен для изменения
давления воздуха в тормозном цилиндре в зависимости от давления
в тормозной магистрали и режима работы тормоза. С воздухораспределителем соединены трубопроводами запасной резервуар и
авторежим, а с последним, также трубопроводом соединен тормозной цилиндр. В вагонах, где установка авторежима не предусмотрена (пассажирские вагоны малой вместимости), тормозной
цилиндр соединен непосредственно с воздухораспределителем.
Все грузовые магистральные вагоны оборудованы воздухораспределителями усл. № 270-005-1. Данный воздухораспределитель (рис. 33) имеет диафрагменно-клапанную конструкцию и
состоит из трех основных узлов: главной части / воздухораспределителя (усл. № 270-023) с отпускным клапаном 6, магистральной
части (усл. № 270.1000) 4 с переключателем равнинного и горного
режимов 5, двухкамерного резервуара (усл. № 295-001) 2 с
переключателем грузовых режимов. Переключение грузовых
режимов происходит при помощи эксцентрикового вала 3, снабженного ручкой переключателя. Положения ручки соответствуют
режимам: груженый (Г), средний (С) и порожний (П). При оборудовании вагона авторежимом эксцентриковый вал устанавливают в положение груженого режима, а его ручку снимают.
Воздухораспределитель обеспечивает следующие тормозные
параметры: зарядное давление при равнинном режиме 5,3— 5,5
кгс/см2, при горном 6,3—6,5 кгс/см2, скорость тормозной волны
при экстренном торможении 230 м/с, при полном служебном 210
м/с. Время наполнения тормозного цилиндра (до давления 3,5
кгс/см2) при экстренном торможении составляет 15—20 с. Давление
в тормозном цилиндре при груженом режиме равно 3,9—4,3
кгс/см2, при среднем 2,4—3,0 кгс/см2, при порожнем 1,4—1,8
кгс/см2. Время отпуска после полного служебного торможения при
равнинном режиме не более 35 с.
При повышении давления в тормозной магистрали воздухораспределитель заряжает запасной резервуар до давления, соответствующего режиму включения его магистральной части (равнинному или горному). Запасной резервуар соединен с воздухораспределителем через патрубок на двухкамерном резервуаре.
Объем запасного резервуара выбирают в зависимости от размера
тормозного цилиндра, так как для обеспечения расчетного давления в тормозном цилиндре при экстренном торможении требуется
определенное соотношение объемов цилиндра и запасного резервуара. Так, для тормозного цилиндра диаметром 356 мм (14"),
133
который обычно устанавливают на четырехосных грузовых вагонах, используют запасной резервуар емкостью 78 л. На восьмиосных вагонах, где применяют тормозные цилиндры диаметром 400
мм (16"), устанавливают запасные резервуары емкостью 135 л. Тип
запасных резервуаров, основные размеры, технические требования,
методы испытаний и правила маркировки регламентированы ГОСТ
1561—75.
При снижении давления в тормозной магистрали вагона (из-за
утечек) менее 0,2 кгс/см2 за 1 мин торможения происходить не
будет, однако способность к торможению сохранится, так как
давление в запасном резервуаре при этом не снижается. При более
резком темпе снижения давления в тормозной магистрали
воздухораспределитель отключает тормозной цилиндр от атмосферы и соединяет его с запасным резервуаром через авторежим.
Давление в тормозном цилиндре устанавливается в зависимости от
величины загрузки вагона.
Тормозной цилиндр является силовым органом, создающим
необходимую тормозную силу за счет давления сжатого воздуха,
поступающего из запасного резервуара через воздухораспределитель и авторежим. Все четырехосные грузовые вагоны, выпускаемые промышленностью СССР, оборудованы тормозными цилиндрами усл. № 188Б, имеющими внутренний диаметр 356 мм и ход
поршня 240 мм. Тормозной цилиндр (рис. 34) состоит из чугунного
корпуса 4, передней 5 и задней 1 крышек, свободно вращающегося
поршня 2 с полым штоком 3, отпускной пружины 6. На задней
крышке / размещено резьбовое отверстие для патрубка
трубопровода, соединяющего цилиндр с авторежимом. На задней
крышке / предусмотрено место «мертвой точки» для установки
кронштейна горизонтального рычага. Конец штока, выходящий из
передней крышки, оборудован головкой с отверстием для
установки пальца горизонтального рычага. Тормозной цилиндр
134
135
Рис. 35. Авторежимный регулятор режима торможения (усл. № 265А.ОО0)
на раме вагона укрепляют болтами, для чего на корпусе цилиндра
сделаны четыре привалочные лапы с отверстиями.
На всех грузовых вагонах обычно использованы авторежимы
усл. № 265А.000 (рис. 35), устанавливаемые сбоку хребто
вой балки над тележкой. Такой авторежим, состоящий из
управляющей части (демпфера) /, воздушного реле давления 2
и кронштейна 3, устанавливают на раме вагона так, чтобы пята 4
опиралась на плиту опорной балки, закрепленной на боковых
рамах тележки. Если вагон порожний, то воздушное реле при
торможении устанавливает наименьшее давление в тормозном
цилиндре (1,0—1,4 кгс/см2), а если вагон загружен на 70% и
более, то давление составит 3,8—4,3 кгс/см2. Управляющая
часть авторежима, имеющая устройство воздушного демпфера,
не вызывает колебаний давления в тормозном цилиндре при
воздействии на механизм авторежима колебаний кузова на пру
жинах упругого подвешивания.
Пассажирские вагоны локомотивной тяги, выпускаемые про
мышленностью СССР, оборудованы электропневматическим тормо
зом с управлением по двухпроводной электрической схеме. В ка
честве основного органа управления тормозом использован
электровоздухораспределитель усл. № 305-000 (рис. 36), который
имеет диафрагменно-клапанную конструкцию и состоит из рабо
чей камеры / объемом 1,5 л, электрической части 2 с пневмати136
137
ческим реле и переключательного клапана 3. На рабочей камере
укреплен воздухораспределитель усл. № 292-001, который выполняет назначение резервного. Этот воздухораспределитель вступает в действие при любой разрядке тормозной магистрали. Рабочая камера вместе с установленными на ней электровоздухо-и
воздухораспределителями укреплена на кронштейне тормозного
цилиндра.
Воздухораспределитель (рис. 37) состоит из трех частей:
корпуса 1, крышки 2 и ускорителя 6 экстренного торможения.
Трубопровод от тормозной магистрали через тройник-пылеловку и
разобщительный кран присоединен к патрубку 5 на ускорителе 6
экстренного торможения воздухораспределителя. В крышке воздухораспределителя установлен фильтр 3 и расположена камера
дополнительной разрядки (КДР) объемом 1 л. В корпусе воздухораспределителя находится устройство (пробка) 4 переключения
режимов. Ручка этого устройства расположена сбоку корпуса и
имеет три положения: К — ускоритель экстренного торможения
пассажирских поездов нормальной длины; Д — то же, для длинносоставных пассажирских (более 20 вагонов) и грузовых поездов;
УВ — ускоритель экстренного торможения выключен.
Электровоздухораспределитель обеспечивает при работе сле
дующие основные тормозные параметры: давление зарядки 5,0 ___
5,2 кгс/см2; время наполнения тормозного цилиндра (до давления
3,0 кгс/см2), равное 2,5—3,5 с; время отпуска до давления
Рис. 37. Воздухораспределитель (усл. ЛЬ 292-001)
138
Рис. 38. Тормозной цилиндр (усл. № 501 Б)
в тормозном цилиндре 0,4 кгс/см2, равное 8—10 с. Электровоздухораспределитель получает питание постоянным током с номинальным напряжением 50 В.
Воздухораспределитель обеспечивает: время зарядки запасного
резервуара объемом 78 л до давления 4,8 кгс/см2, равное 130— 180
с; время наполнения тормозного цилиндра при экстренном
торможении в режиме К, равное 5—7 с, в режиме Д и УВ, равное
12—16 с; время отпуска до давления в тормозном цилиндре 0,4
кгс/см2 в режиме К, равное 9—12 с, в режиме Д и УВ, равное 12—
14 с.
На всех пассажирских вагонах, выпускаемых промышленностью СССР, применены тормозные цилиндры усл. № 501 Б.
Диаметр этого цилиндра составляет 356 мм (14"), ход (как и у всех
типовых тормозных цилиндров магистрального подвижного состава) равен 240 мм. Тормозной цилиндр (рис. 38) имеет заднюю
крышку с кронштейном для крепления рабочей камеры электровоздухораспределителя. На этой же крышке предусмотрено место
для установки кронштейна горизонтального рычага (место «мертвой точки»). С тормозным цилиндром принятого типоразмера
используют стандартный запасной резервуар (усл. № РЗ-78)
емкостью 78 л.
В связи с тем", что пассажирские вагоны оборудованы электропневматическим тормозом, их тормозная магистраль имеет специальные соединительные рукава, обеспечивающие одновременное
соединение воздухопроводов и электропроводов электропневматического тормоза двух смежных единиц подвижного состава. Такой
рукав (усл. № 369А) имеет головку с электроконтактами,
допускающую соединение с типовой головкой рукава (ГОСТ
2593—69). На тормозной магистрали пассажирского вагона выполнено несколько отводов к кранам (усл. № 163) экстренного
торможения (стоп-краны), которые имеют клапанную конструк139
цию. Ручку стоп-крана, находящуюся в закрытом состоянии,
пломбируют. Для возможности отпуска тормозов одного вагона
вручную на трубе, соединяющей запасной резервуар с воздухораспределителем, установлен выпускной клапан усл. № 31.
Цепочки от ручки клапана выведены на обе стороны вагона и
внутрь его.
Пассажирские вагоны, имеющие сравнительно небольшое отношение веса пассажиров к весу тары, не оборудуют авторежимными
регуляторами. Скоростные пассажирские вагоны оборудованы
противогазными устройствами, к приборам которых относят осевой
датчик (механическое инерционное реле или тахогенератор) и реле
давления. Назначение противоюзного устройства заключается в
быстром выпуске сжатого воздуха из тормозного цилиндра в
момент начала юза (скольжения колес по рельсам) и наполнении
цилиндра после прекращения юза. За один период торможения
противогазные устройства могут срабатывать несколько раз, выпуская воздух из тормозного цилиндра и снова наполняя его. В
связи с этим, кроме обычного запасного резервуара, в вагоне с
противоюзным устройством устанавливают питательные резервуары
суммарной емкостью 150—170 л. Эти резервуары получают воздух
непосредственно от тормозной или напорной магистрали через
обратный клапан. Питательный резервуар трубопроводом связан с
реле давления.
Осевой датчик (усл. № 390) укреплен на буксе, а его механизм
связан с осью колесной пары. При резком замедлении вращения
оси в результате торможения (начало юза) механизм датчика
приводит в действие устройство, замыкающее электрические
контакты, при этом срабатывает реле давления (усл. № 365) и за
время 0,2—0,3 с выпускает воздух из тормозного цилиндра. После
прекращения юза, когда колесная пара начнет вращаться с
нормальной скоростью, механизм датчика разомкнет электрические контакты. При этом реле давления соединит тормозной
цилиндр с питательным резервуаром. Наполнение тормозного
цилиндра до давления 4 кгс/см2 произойдет за 1,0 с. При электронном противоюзном устройстве вместо осевых датчиков инерционномеханического типа в буксах устанавливают тахогенераторы переменного тока, а в вагоне — электронный блок. Напряжение от
тахогенераторов поступает на электронный блсш, выполняющий
функции логического элемента и выдающий сигнал на соответствующее исполнительное устройство или орган тормоза.
В качестве исполнительного органа для выпуска воздуха из
тормозного цилиндра в противоюзном устройстве вместо реле
давления (усл. № 365) можно использовать сбрасывающий клапан
(усл. № 391) совместно с реле давления (реле повторителем, усл. №
304.002) или без него, если электропневматический тормоз вагона
оборудован прямо действующим электровоздухораспределителем
(усл. № 371), в конструкции которого есть реле-повторитель.
140
Вагоны электропоездов и дизель-поездов оборудованы компрессорными установками для питания тормозов сжатым воздухом и
приборами управления тормозами всего поезда. В вагонах
электропоездов постоянного тока установлены электрокомпрессоры ЭК-7Б, в вагонах электропоездов переменного тока — электрокомпрессоры ЭК-7В. Эти электрокомпрессоры отличаются
только типом электродвигателя. В первом использован электродвигатель постоянного тока ДК-409В на напряжение 1500 В, во
втором — электродвигатель переменного тока 548А на напряжение
220/380 В. Электродвигатели соединены с корпусом компрессора на
болтах через фланцы. Режим работы электрокомпрессоров —
повторно-кратковременный с временем включения (ПВ) до 50% и
продолжительностью цикла не более 10 мин. Производительность
электрокомпрессоров ЭК-7Б и ЭК-7В при давлении нагнетания 8,0
кгс/сма составляет соответственно 0,62 и 0,58 м3/мин, потребляемая
мощность 4,7 кВт.
Производительность электрокомпрессоров регулируют выключением электродвигателя. Для этой цели используют так называемый регулятор давления, который обеспечивает автоматическое
включение и выключение электродвигателя компрессора при
заданных значениях давления в главных резервуарах. Регулятор
(усл. № АК-ПБ) состоит из механизма с регулировочным устройством и электроконтактов. Механизм регулятора закрыт кожухом и
запломбирован. Регулятор давления установлен на головных
вагонах электропоездов и связан трубопроводом с напорной
магистралью, а электропроводом с цепью питания компрессорных
электродвигателей. При достижении в напорной магистрали, а
следовательно, и в главных воздушных резервуарах давления 8,0
кгс/см2 регулятор давления отключает все компрессорные
электродвигатели электропоезда, а при снижении давления в напорной магистрали до 6,5 кгс/сма — включает их.
На каждом вагоне, оборудованном компрессором, размещен
главный резервуар, образованный двумя резервуарами емкостью
по 170 л. Компрессор через фильтр (усл. № 1ФК) засасывает
воздух и нагнетает его в главный резервуар. Воздух проходит через
маслоотделитель (усл. № Э-120 или 32.45.10.011) и обратный
клапан (усл. № Э-155А). Главный резервуар снабжен предохранительным клапаном (усл. № Э-216), отрегулированным на
давление 8,2 кгс/см2. Вагоны электропоезда оборудованы двумя
магистралями: тормозной и напорной (питательной). Обе
магистрали имеют типовые концевые краны и стандартные концевые рукава. Внутренний диаметр труб магистралей 32 мм (1%").
Приборы управления тормозами электропоезда располагают
только на головном вагоне. К этим приборам (рис. 39) относятся
кран 1 машиниста (усл. № 334Э-1), электропневматический
вентиль 2 перекрыши, уравнительный резервуар 3, разобщительный кран 4, кран двойной тяги 5 и электропневматический клапан
6 автостопа (усл. № 150И). Кран машиниста состоит из трех
141
Рис. 89. Приборы управления тормозом на головном вагоне электропоезда
основных узлов: собственно крана (усл. № 334), редуктора (усл. №
348) и контроллера (усл. № Ек-8АР). Через разобщительный кран и
кран двойной тяги кран машиниста сообщен соответственно с
питательной (напорной) и тормозной магистралями. Функции
пневматического управления тормозом выполняет собственно кран
машиниста, а функции электропневматического управления —
контроллер.
Уравнительный
резервуар
объемом
12
л,
присоединенный к крану машиниста, позволяет осуществлять
плавное ступенчатое торможение при пневматическом управлении
тормозом.
142
Электропневматический вентиль перекрыши позволяет при
электропневматическом управлении осуществлять торможение без
снижения давления в тормозной магистрали, а в случае исчезновения электропитания — автоматически обеспечивать (при тормозном положении ручки крана машиниста) снижение давления в
тормозной магистрали. Совместное действие крана машиниста и
вентиля перекрыши обеспечивается автоматическими переключателями цепей управления, подведенными к вентилю и контролеру крана машиниста. Для контроля давления в тормозной
магистрали (уравнительном резервуаре), питательной магистрали и
в тормозном цилиндре служат манометры, установленные в кабине
машиниста.
Электропневматический клапан автостопа предназначен для
экстренной разрядки тормозной магистрали при проезде запрещающего или требующего снижения скорости сигнала. После
проезда такого сигнала за 7 с до приведения тормозов в действие
клапан подает предупреждающий звуковой сигнал. В течение этого
времени машинист имеет возможность нажатием на рукоятку
бдительности предотвратить действие автостопа. Работа электропневматического клапана автостопа регистрируется на ленте
скоростемера.
Собственно тормозное оборудование вагонов электропоездов
и дизель-поездов несущественно отличается от аналогичного
оборудования пассажирских вагонов локомотивной тяги, на
вагонах электропоездов использован электровоздухораспредели
тель (уел № 305-001), который в отличие от электровоздухо
распределителя пассажирского вагона (усл. № 305-000) имеет
четырехпроводную электрическую схему. На вагонах дизельпоездов использован электровоздухораспределитель (усл.
№ 305-000) В качестве резервного на всех вагонах электро
поездов и дизель-поездов применен воздухораспределитель (усл.
№ 292-001), который используется также в пассажирских ваго
нах локомотивной тяги.
В прицепных головных вагонах, оборудованных тележками
КВЗ-ЦНИИ, использовано такое же тормозное оборудование,
что и на пассажирских вагонах локомотивной тяги: тормозные
цилиндры диаметром 356 мм (усл. № 501 Б) и запасные резервуары
емкостью 78 л. На тормозных цилиндрах всех вагонов электро
поездов и дизель-поездов установлены сигнализаторы отпуска
(уел № 352). Этот прибор при наличии давления в тормозном
цилиндре замыкает цепь сигнальной лампы на пульте управления
в кабине машиниста.
,
Тормозная система моторных вагонов электропоездов обычно
имеет по четыре тормозных цилиндра на вагон (по одному на
каждую сторону тележки). Тормозные цилиндры одной тележки
при торможении наполняются воздухом из запасного резервуара
через электровоздухораспределитель, а тормозные цилиндры
другой тележки — от питательной магистрали через реле давле143
ния. Это реле (усл. № 304-002) является вспомогательным прибором к электровоздухораспределителю. Оно повторяет действия
электровоздухораспределителя и устанавливает в своих тормозных
цилиндрах такое же давление, как и электровоздухораспределитель
в своих. Между питательной магистралью и реле давления
расположены регулятор давления (усл. № 348-002), обратный
клапан и питательный резервуар емкостью 78 л. Специальным
прибором в системе тормоза электропоезда является автоматический выключатель управления (усл. № Э-119Б или ПВУ-2),
который разрывает цепь управления электродвигателями при
давлении в тормозной магистрали ниже 4,0—4,5 кгс/см2.
Вагоны электропоездов, имеющих значительную вместимость,
оборудованы авторежимными регуляторами (усл. № 265В.000),
снабженными электрической контактной частью, вследствие этого
они автоматически регулируют не только давление воздуха в
тормозных цилиндрах в зависимости от числа пассажиров в вагоне,
но и величину пускового тока электродвигателей. Авторежим (усл.
№ 265В.000) обеспечивает давление в тормозном цилиндре при
порожнем режиме 2,5—2,7 кгс/см2, а при груженом 3,8— 4,1
кгс/см2.
В вагонах скоростных поездов «Аврора» и РТ-200 применены
дисковые тормоза с расположением тормозных дисков по два на
каждой оси колесной пары. Каждый тормозной диск вагонов поезда
«Аврора» снабжен собственным тормозным цилиндром диаметром
203 мм (8"). На вагоне имеется запасной резервуар емкостью 55 л,
дополнительный резервуар емкостью 10 л и питательный
резервуар, как на любом вагоне, оборудованном противогазным
устройством. Питание тормозных цилиндров каждой тележки происходит от питательного резервуара через собственное реле давления (усл. № 365). В противогазном устройстве вагонов поезда
«Аврора» применены осевые датчики (усл. № 390).
На каждые два диска (одной колесной пары) вагонов РТ-200
приходится один тормозной цилиндр диаметром 203 мм (8") со
встроенным регулятором выхода штока. Электропневматический
тормоз этих вагонов оборудован прямодействующим электровоздухораспределителем (усл. № 371). Электронное противоюзное
устройство вагонов работает совместно со сбрасывающим клапаном
(усл. № 391), выпускающим воздух из тормозного цилиндра при
возникновении юза и подающим воздух в тормозной цилиндр до
восстановления в нем давления при прекращении юза.
Вагоны РТ-200 кроме дискового оборудованы и магнитно- рельсовым тормозом. На каждой тележке вагона установлено по два
стальных башмака этого тормоза. Каждый башмак подвешен на двух
пневмоцилиндрах. Для опускания башмаков на рельсы сжатый воздух
в пневмоцилиндры подается специальным реле дав- ? ления в момент
экстренного торможения. Одновременно от аккумуляторной батареи
на обмотки всех четырех башмаков магнитно-рельсового тормоза
подается напряжение. Башмаки опускаются
144
на рельс, и между обмотками их полюсов и рельсами возникает
сила магнитного притяжения. При снижении скорости вагона до
10—15 км/ч подача напряжения к обмоткам башмаков при помощи
датчиков скорости прекращается. Тогда под действием пружин,
размещенных в пневмоцилиндрах, башмаки поднимаются в
нормальное транспортное положение, а торможение вагона до
полной остановки происходит только под действием дискового
тормоза. Номинальное напряжение питания обмоток башмаков
составляет 50 В, при этом расчетная сила притяжения башмака к
рельсу достигает 10 тс.
§ 20. ТОРМОЗНЫЕ РЫЧАЖНЫЕ ПЕРЕДАЧИ
Для передачи усилия от штока тормозного цилиндра к тормозным колодкам служит рычажная тормозная передача. Схема и
конструкция рычажной передачи зависят от типа вагона, его
осности и конструкции тележек. Все грузовые вагоны на тележках
ЦНИИ-ХЗ-0 имеют рычажную тормозную передачу одностороннего нажатия. Основными узлами и деталями рычажной тормозной
передачи являются: горизонтальные рычаги (один связан со штоком
тормозного цилиндра, а другой — с кронштейном «мертвой точки»);
затяжка, связывающая горизонтальные рычаги; тормозные тяги,
передающие усилия на рычажную передачу (рис. 40); тележки;
вертикальные рычаги 2, передающие усилия на горизонтальную
затяжку 5 и на триангели /. Последние оборудованы башмаками и
колодками 4 и подвешены на боковых рамах тележки при помощи
специальных подвесок 3. Верхний конец крайнего вертикального
рычага закреплен при помощи серьги 6 на кронштейне
надрессорной балки.
Для компенсации износа тормозных колодок и сохранения
необходимого выхода штока предусмотрены дополнительные регулировочные отверстия в тормозных тягах, горизонтальных затяжках и серьгах «мертвой точки». Кроме названного средства дискретного регулирования длины элементов рычажной передачи, в
ее конструкции используют также автоматический регулятор
выхода штока тормозного цилиндра. Этот регулятор по мере
износа тормозных колодок автоматически укорачивает тормозную
тягу, на которой он установлен. Все магистральные вагоны, выпускаемые промышленностью СССР, имеют бескулисный авторегулятор одностороннего действия (усл. № 574Б). Максимальное
возможное сокращение длины авторегулятора за одно торможение
составляет 10 мм. Полный рабочий ход винта до максимального
износа колодок достигает 550 мм. Авторегулятор рассчитан на
передачу усилий до 8 тс.
Авторегулятор может иметь стержневой или рычажный привод.
В пассажирских вагонах применяют стержневой привод регулятора (рис. 41), а в грузовых — рычажный. Авторегулятор
состоит из корпуса / с пружинно-фрикционным механизмом,
145
регулирующего винта и приводного упора 2. Основным геометрическим параметром авторегулятора является установочный размер А,
который соответствует средней величине зазора между колодкой и
колесом с учетом передаточного отношения тормозной рычажной
передачи. При чугунных колодках для четырехосных грузовых
вагонов А = 40ч-55 мм, а для восьмиосных вагонов А — 45н-60 мм.
При композиционных колодках для четырехосных вагонов А = 35-Г50 мм, а для восьмиосных А = 40-f-55 мм. Для пассажирских вагонов
локомотивной тяги при композиционных колодках А = 90-И20 мм.
Рычаги, тяги и затяжки в тормозных рычажных передачах
различных вагонов по конструкции весьма разнообразны. Все эти
детали изготовляют из углеродистой стали СтЗ или низколегированной стали 09Г2 (09Г2Д). Для уменьшения износа рычагов и
тяг в местах установки валиков отверстия в этих деталях защищают
запрессовываемыми втулками. Эти втулки изготовляют из
углеродистой стали и подвергают цементации или цианированию до
твердости HRC 50—60. Для той же цели можно исполь-
Рис. 41. Схема установки регулятора рычажной передачи
146
зовать металлокерамические втулки, подвергаемые перед запрессовкой пропитке минеральным маслом. Валики, при помощи
которых тяги соединены с рычагами, а рычаги с триангелями и
затяжками, изготовляют из углеродистой стали Ст5, стали 40 и 45.
Валики закрепляют шайбами и разводными шплинтами.
Рычажная тормозная передача на тележках грузовых вагонов
заканчивается триангелями, которые через колодки равномерно
передают усилие, приложенное к вершине каждого триангеля, на
два колеса одной колесной пары. Триангели (ГОСТ 4686—74)
состоят из швеллера, струны и распорки. На цапфы триангеля
надевают неповоротные башмаки тормозных колодок, наконечники и др. Все эти детали закрепляют на цапфе триангеля корончатой гайкой с разводным шплинтом.
Башмаки триангеля (ГОСТ 3269—67) отливают из стали 15Л,
20Л и 25Л или из высокопрочного чугуна и подвергают затем
отжигу или нормализации. Башмаки служат для крепления на них
при помощи чеки тормозных колодок, которые являются
сменными деталями, обеспечивающими необходимое трение при
их прижатии к колесу. Вагоны оборудуют чугунными или пластмассовыми (композиционными) колодками. Чугунные колодки
(ГОСТ 1205—73 и ГОСТ 6921—74) отливают из серого чугуна с
содержанием углерода 2,8—3,4%, марганца 0,5—1,1, кремния
0,7—1,2, фосфора — не более 0,5, серы — не более 0,2%.
Композиционные колодки изготовляют из материала 8-1-66 по
техническим условиям (ТУ 38-5-101—68). Эти колодки имеют
высокую износостойкость, а их коэффициент трения от скорости
движения зависит в малой степени. По конструкции композиционные колодки взаимозаменяемы с чугунными. На башмаке
тормозные колодки крепят чекой (ГОСТ 1203—75), изготовленной
из углеродистой стали Ст5, Стб или пружинной стали.
Все грузовые вагоны на тележках с роликовыми подшипниками
оборудованы ручным (стояночным) тормозом. Привод ручного
тормоза смонтирован на раме вагона. Конструкция привода
ручного тормоза от типа вагона зависит в малой степени. Основными деталями этого привода на грузовом вагоне являются:
маховик, посаженный на вал червяка; червяк, сцепленный с червячным сектором; сектор, шарнирно связанный с тягой или
системой тяг ручного тормоза. Эти тяги идут к горизонтальному
рычагу, связанному со штоком тормозного цилиндра. На раме
вагона установлен фиксатор, обеспечивающий два положения
маховика с валом и червяком: рабочее, когда червяк сцеплен с
червячным сектором; отпускное, когда червяк расцеплен.
Тормозная рычажная передача (рис. 42) пассажирских вагонов
на тележках КВЗ-ЦНИИ (в том числе головных и прицепных
вагонов электропоездов) имеет привод от одного тормозного цилиндра и обеспечивает двустороннее тормозное нажатие на колесную пару. Усилие от тормозного цилиндра 9 при помощи промежуточного горизонтального рычага 8 распределяется на две
147
стороны тележки и боковыми тягами 7 передается вертикальным
рычагам 6, подвешенным на раме тележки, и тормозным траверсам
5. Траверса представляет собой прямую балку коробчатого сечения
с приваренными ушками для соединения с нижними проушинами
вертикальных рычагов. Цапфы траверсы имеют круглое сечение
для установки поворотных башмаков. Башмак тормозной колодки
(ГОСТ 1204—67) надевают на цапфу траверсы вместе с подвеской,
которую подвешивают на специальном кронштейне рамы тележки.
Для предотвращения проворота башмака на цапфе траверсы его
удерживают в нужном положении относительно подвески при
помощи поводка с гайкой и пружины. Башмак с подвеской
закреплен на цапфе траверсы шайбой и разводным шплинтом.
Привод ручного тормоза состоит из рукоятки /, пары конических
зубчатых колес 2, винта с гайкой 3 и системы рычагов и тяг 4,
подвешенных на раме вагона.
Тормозная рычажная передача вагонов электропоездов выполнена с учетом специфики размещения тормозных цилиндров и
наличия тяговых двигателей в тележках. На моторных тележках
размещено по два тормозных цилиндра, каждый из которых имеет
собственную рычажную передачу (рис. 43). Башмаки 4 левой и
правой сторон тележек попарно связаны общими траверсами 3. На
вагонах электропоездов установлены авторегуляторы рычажной
передачи пневмомеханического действия. Механизм регулятора /
приводится в действие сжатым воздухом, поступающим из
тормозного цилиндра 2. Отверстие для отбора сжатого воздуха из
тормозного цилиндра расположено так, чтобы при допускаемой
величине хода штока оно было перекрыто поршнем тормозного
цилиндра. При значительном ходе штока воздух из тормозного
цилиндра через это отверстие поступает в авторегулятор, и
последний укорачивает звено «мертвой точки» рычажной передачи.
Все пассажирские вагоны (в том числе вагоны электропоездов)
оборудованы ручным стояночным тормозом, механизм которого
системой рычагов и тяг связан со штоком тормозного цилиндра.
Конструкция рычажной передачи дискового тормоза зависит от
числа применяемых тормозных цилиндров. Наиболее простой
рычажной передачей дискового тормоза является передача с тормозным цилиндром на каждый диск. В этом случае рычажная передача
состоит из пары рычагов, шарнирно связанных затяжкой и образующих клещевой механизм, и тормозных башмаков, шарнирно
соединенных с рычагами вертикальными валиками. Головки
валиков обычно служат ушками для подвески башмаков вместе с
рычагами на раме тележки. Концы тормозных рычагов соединены
со штоком тормозного цилиндра и с корпусом. Каждая пара
рычагов снабжена пружиной для отвода накладок от диска. Зазор
между диском и тормозными накладками в отпущенном состоянии
тормоза составляет 1—3 мм.
149
148
В дисковом тормозе с одним цилиндром на два диска (в тележках вагонов поезда РТ-200) усилие от тормозного цилиндра к
клещевому механизму каждого диска передается при помощи
трехплечего рычага и двух тормозных тяг. Тормозные цилиндры со
встроенными регуляторами выхода штока шарнирно закреплены на
кронштейнах поперечных балок тележки.
Тормозные башмаки дискового тормоза стальные литые. С тыльной стороны они имеют специальные ушки для крепления тормозных рычагов, а с лицевой — клиновой паз для установки тормозной
накладки. Для дискового тормоза тормозные накладки выполняют
из композиционного материала. Для установки на башмаке
накладка имеет на тыльной стороне стальной клиновой тыльник в
виде ласточкина хвоста, укрепленный на ней специальными
заклепками. Для закрепления накладки на башмаке снизу его
предусмотрен держатель, установленный на двух болтах со
стопорными шайбами.
Тормозной диск состоит из ступицы, запрессованной на ось
колесной пары, и венца, закрепленного на ступице шестью радиально расположенными пружинными втулками. Ступица тормозного диска изготовлена из углеродистой стали повышенного
качества, механические свойства которой близки к свойствам осевой стали. Венец тормозного диска выполнен в виде двух рабочих
щек диаметром 620 мм, соединенных радиальными ребрами. Венец
изготовлен из серого чугуна СЧ 21-40 (ГОСТ 1412—70) или из
легированного чугуна.
§ 21. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТОРМОЗНЫХ УСТРОЙСТВ
Тормоза являются исключительно ответственным узлом, от
работоспособности, эффективности и надежности которого существенно зависит безопасность движения на железных дорогах. В
связи с этим совершенствованию тормозной техники уделяют
большое внимание. Направления совершенствования тормозной
техники на перспективу связаны с тенденциями повышения скоростей движения и весовых норм поездов, требованиями обеспечения безопасности движения, расширения автоматизации процессов
управления и обслуживания, повышения надежности конструкций,
уменьшения металлоемкости и снижения трудоемкости изготовления и ремонта подвижного состава. Важнейшей задачей совершенствования тормозной техники является повышение надежности
и обеспечение полной безотказности работы всех тормозных приборов между плановыми видами ремонтов.
К числу основных проблем, связанных с дальнейшим совершенствованием тормознойтехники, относят: отработку и внедрение
в производство комплекса тормозных приборов, обеспечивающих
возможность электропневматического управления тормозными
процессами в пассажирских и грузовых поездах; достаточную
плавность, быстроту и равномерность действия при торможении
150
грузовых поездов весом до 10 000 тс и длиной состава 1300— 1500
м; надежность действия тормозов при температурах окружающего
воздуха от —60 до 50° С.
В ближайшие годы предстоит закончить отработку конструкции
и начать серийное производство магистральной и главной частей
воздухораспределителя, являющегося модернизацией типового
воздухораспределителя (усл. № 270). Новый воздухораспределитель
(усл. № 483.000) будет иметь улучшенные технические
характеристики, в частности увеличенную скорость распространения тормозной волны (не менее 250 м/с) и меньшее время
отпуска (не более 30 с).
Широкое внедрение электропневматических тормозов позволит
повысить управляемость движением поездов в результате четкого
регулирования тормозной силы, сократить длину тормозного пути,
уменьшить продольные усилия в длинносоставных поездах при
изменениях режимов их ведения.
Дальнейшему совершенствованию подлежат приборы автоматического регулирования тормозной силы поезда: авторежимы и
противогазные устройства. Создан и осваивается в производстве
грузовой авторежим (усл. № 599) с временным контактом. В отличие от серийного прибора (усл. № 265), у которого механизм
управляющей части находится в постоянном движении из-за
колебаний кузова вагона на упругих элементах рессорного подвешивания, в авторежиме с временным контактом нет постоянных
колебаний механизма управляющей части, а нужный режим
торможения от погрузки до выгрузки вагона устанавливается одинраз при торможении в процессе полного опробования тормозов.
Регулятор с временным контактом менее подвержен износу и более
надежен в эксплуатации.
Особое значение в связи с перспективой внедрения восьмиосных вагонов имеет задача создания компактного тормозного
привода двухосной тележки грузового вагона с непосредственным
расположением на ней тормозной рычажной передачи и тормозного цилиндра. Перспективна также разработка системы тормозного привода с бесподвесочной траверсой, выполняемой за одно
целое с тормозными цилиндрами. При такой системе тормозного
привода до минимума сводится число его узлов и деталей, существенно уменьшается вес тормоза, освобождается подвагонное
пространство. Однако разработка подобной системы тормозного
привода может потребовать изменения и конструкции тележки.
Повышение скоростей движения, увеличение длины и веса
поездов связано с возрастанием расхода сжатого воздуха для
торможения. В связи с этим возникает необходимость сокращения
расхода воздуха на утечки и снижения сопротивления движению
воздуха в трубопроводах. Существенное значение имеет также
задача повышения чистоты воздухопроводов и их коррозийной
стойкости. Работы по совершенствованию тормозных воздухопроводов должны быть направлены на сокращение в них количе151
ства разъемных соединений, отработку сварных конструкций,
использование новых материалов (алюминиевых сплавов и нержавеющих сталей), исследование возможности применения облегченных труб, создание новых конструкций разъемных соединений
труб, в том числе безрезьбовых, и т. д.
С целью уменьшения металлоемкости и трудоемкости изготовления тормозных цилиндров ведется отработка технологии производства их штампосварных конструкций взамен литых чугунных.
Прогрессивной технологией изготовления тормозных цилиндров
штампосварной
конструкции
является
метод
раскатки
штампованных корпусов роликами без последующей механической
обработки.
С повышением скоростей движения пассажирских вагонов до
200 км/ч особое значение имеет отработка и внедрение в производство комплекса автотормозной техники для скоростного
подвижного состава и прежде всего надежного и эффективного
дискового и магнитно-рельсового тормоза. Возникла задача
создания компактного привода дискового тормоза в виде единого
блока, включающего тормозной цилиндр, клещевые рычаги и
регулятор выхода штока.
В последние годы особое значение приобрела проблема отработки автотормозной техники для подвижного состава, предназначенного к эксплуатации на. Байкало-Амурской магистрали.
Автотормозное оборудование этого подвижного состава должно
безотказно работать при температуре окружающего воздуха от —60
до 50° С. При таких перепадах температур существенно
усложняются условия взаимодействия трущихся пар в тормозных
устройствах, условия работы резиновых деталей и смазочных
масел, металлических деталей и узлов, испытывающих динамические нагрузки. Создание тормозной техники, предназначенной для
работы в данных условиях, потребует освоения производства новых
материалов, прежде всего специальных сталей с повышенной
ударной вязкостью, резин с пониженной температурой затвердевания и масел с меньшей зависимостью вязкости от температуры.
152
Глава V АВТОСЦЕПНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ВАГОНОВ
§ 22. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К АВТОСЦЕПНОМУ
ОБОРУДОВАНИЮ
Все вагоны, выпускаемые в СССР для железных дорог колеи
1520 мм, оборудованы автосцепными устройствами, которые служат
для автоматического сцепления вагонов при формировании поезда,
передачи продольных сжимающих и растягивающих усилий в
поезде, а также ручного расцепления вагонов при маневрах.
В типовое автосцепное устройство (рис. 44) входят автосцепка /,
поглощающий аппарат 4, тяговый хомут 3, центрирующий прибор
5, упорные угольники 2 и расцепной привод 6.
Общие требования к автосцепным устройствам и их установке
на вагонах магистральных железных дорог определены Правилами
технической эксплуатации железных дорог СССР (ПТЭ), ГОСТ
3475—62 и Нормами для расчетов на прочность и проектирование
механической части новых и модернизированных вагонов железных
дорог МПС колеи 1520 мм (несамоходных).
| Автосцепное устройство вагона согласно ПТЭ и ГОСТ 3475—62
должно быть расположено так, чтобы его высота h над головкой
рельса у всех новых вагонов составляла 1040—1080 мм. Для
предварительных расчетов вновь проектируемых вагонов эту
высоту принимают равной 1060 мм. Автосцепное устройство вагонов должно обеспечивать беспрепятственное прохождение сцепленными вагонами кривых участков пути. Грузовые и пассажирские вагоны общесетевого назначения должны проходить участки
сопряжения прямых и кривых радиусами соответственно 80 и 120 м
и S-образные кривые радиусами соответственно 120 и 170 м без
переходных кривых и прямых вставок. Наибольшее отклонение
продольных осей сцепляемых автосцепок в горизонтальной
плоскости, при котором обеспечивается автоматическое сцепление
вагонов, составляет 175 мм. Конструкция автосцепки при
некотором износе ее узлов и деталей должна обеспечивать
автоматическое сцепление при вертикальном смещении продольных
осей автосцепок до 150 мм. Для гарантии надежности сцепления
вагонов в поезде разница по высоте между продольными осями
сцепленных автосцепок согласно ПТЭ ограничена до 100 мм.
Детали автосцепного устройства по прочности должны удовлетворять следующим основным требованиям:
наибольшие напряжения в корпусе автосцепки от сжимающей
153
Рис. 44. Типовое автосцепное устройство
или растягивающей силы 250 тс при разности уровней осей сцепления 50 мм не должны превышать предела текучести материала
0Т;
напряжения в упорных плитах, тяговых хомутах и клиньях или валиках тяговых хомутов при наиболее невыгодном приложении
продольной сжимающей или растягивающей силы 250 тс не
должны превышать 0,75сгт;
| напряжения в передних и задних упорах автосцепного устройства при наиболее невыгодном приложении продольной сжимающей или растягивающей силы 250 тс не должны превышать
напряжений, допускаемых для расчетного режима I (см. гл. II).
Перемычку, соединяющую угольники упора, рассчитывают на
действие перерезывающей силы 100 тс.
Под наиболее невыгодным приложением продольной силы
понимают случай ее действия с перекосом, когда разность уровней
осей сцепления может достигать 100 мм, а на угольники одного
упора передаются усилия разной величины.
К поглощающим аппаратам автосцепного устройства помимо
требований по прочности предъявляют специальные требования,
определяемые назначением этих устройств. Продольная сила
между вагонами, возникающая при трогании с места и осаживании
однородного поезда весом до 10 тыс. тс, а также при маневровых
соударениях одиночных вагонов со скоростью не менее 7,5 км/ч, не
должна превышать 200 тс. Силу закрытия аппарата, на действие
которой рассчитывают его прочность, принимают равной 250 тс.
154
Энергоемкость поглощающих аппаратов определяют из расчета
на соударение со скоростью не менее 7,5 км/ч полностью
загруженных одиночных вагонов данного типа. При этом продольное усилие между вагонами не должно превышать 200 тс.
Ориентировочно энергоемкость поглощающего аппарата Э = mv2/8,
где т — масса вагона брутто; v — скорость соударения. Энергоемкость аппарата пассажирских вагонов должна быть не менее 3
тс-м, а максимальное продольное усилие при их соударении со
скоростью до 7,5 км/ч — не более 150 тс.
Отдача поглощающего аппарата грузовых вагонов рекомендована не более 30%, а пассажирских — не более 50%, усилие
предварительной затяжки — соответственно не более 20 и 5 тс.
При статическом нагружении конечное усилие сопротивления
поглощающего аппарата грузового вагона должно быть не менее
100 тс, а пассажирского — не менее 75 тс. Поглощающий аппарат
должен
обладать
достаточно
высокой
надежностью,
износостойкостью, и не допускать ускорений при соударении
вагонов, превышающих уровень, определяемый принятыми нормами.
Сложные условия эксплуатации автосцепного устройства обусловливают высокие требования не только к конструкции его узлов
и деталей, но и к материалу и качеству изготовления. Материал и
качество изготовления литых деталей автосцепных устройств
регламентированы соответствующими техническими условиями и
стандартами. Корпус автосцепки, узлы механизма, тяговый хомут и
детали, передающие нагрузку на раму вагона, необходимо
изготовлять из соответствующих углеродистой и низколегированной
сталей.
Механические свойства металла при этом могут несколько
различаться для разных деталей. Так, металл корпуса автосцепки и
тягового хомута должен иметь предел прочности 52—55 кгс/мм2
при пределе текучести не менее 30 кгс/мм2, относительном удлинении не менее 18% и ударной вязкости при —60° С не менее 2,5
кгс-м/см2. Металл деталей механизма сцепления и деталей,
передающих нагрузку на раму вагона, должен иметь предел прочности не менее 45 кгс/мм2, предел текучести не менее 25 кгс/мм2,
ударную вязкость при 20° С не менее 5 кгс-м/см2 и т. д.
Все перечисленные детали автосцепного устройства подвержены
весьма интенсивному износу в эксплуатации, поэтому нуждаются в
периодическом ремонте для восстановления изношенных мест
наплавкой электродами. По этой причине содержание углерода в
стали для них ограничено 0,27%. Если в металле этих деталей
углерода содержится более 0,25%, то на них ставят знак в виде
буквы С, указывающий на необходимость при заварке дефектов
или
наплавке
изношенных
поверхностей
подогревать
ремонтируемую деталь до температуры 250—300° С.
В качестве материала для деталей поглощающего пружиннофрикционного аппарата применяют углеродистую сталь с повы-
155
шенным содержанием углерода или легированную сталь. В конструкции гидравлических, гидропневматических, резинометаллических и других аппаратов помимо сталей используют и другие
материалы: бронзу, резину, пластмассы и т. п. Корпус пружиннофрикционного поглощающего аппарата отливают из стали 32Х06Л
или ЗОГСЛ (ГОСТ 977—75) и подвергают закалке и отпуску до
твердости НВ 207—277. Клинья и корпус аппарата изготовляют
штамповкой из стали 30 (ГОСТ 1050—74) и подвергают нитроцементации или цементации с последующей закалкой и отпуском до
твердости HRC 50—64. Допускается изготовлять клинья и конусы
из стали 38ХС (ГОСТ 4543—71) с закалкой до твердости НВ 341—
477. Клин или валик тягового хомута, а также упорную плиту и
подвески центрирующего прибора рекомендуется изготовлять
штамповкой из стали 38ХС с последующей закалкой и отпуском
до твердости НВ 255—321.
В конструкции магистральных вагонов в зависимости от их
типа применяют несколько разновидностей автосцепных устройств. Основную разновидность автосцепного устройства (ГОСТ
3475—62) применяют на четырехосных грузовых вагонах.
Характерной особенностью этого устройства является применение
типовой автосцепки СА-3 и поглощающего аппарата Ш-1-Тм,
устанавливаемого в проем между упорами, равный 625 мм. Ход
аппарата 70 мм. Корпус автосцепки опирается на центрирующий
прибор без подпружинивания (см. рис. 44).
В пассажирских вагонах (в том числе электропоездов и дизельпоездов) применяют автосцепное устройство, отличающееся от
предыдущего типом поглощающего аппарата и центрирующего
прибора. В этом устройстве применен резинометаллический поглощающий аппарат Р-2П.
В шести- и восьмиосных вагонах применяют так называемое
модернизированное автосцепное устройство (рис. 45), которое
существенно отличается от автосцепного устройства четырехосных вагонов по конструкции корпуса автосцепки 1, хомута 3,
узла 2 соединения корпуса с хомутом и центрирующего прибора 4.
Узел соединения корпуса автосцепки с тяговым хомутом выполнен
в отличие от соответствующего узла типового автосцепного устройства не с клином, а с валиком и сферическим вкладышем.
Модернизированное автосцепное устройство допускает использование поглощающих аппаратов с ходом до ПО мм при стандартном расстоянии между упорами 625 мм. В модернизированном
автосцепном устройстве использован центрирующий прибор с подпружиненной опорой для хвостовика автосцепки.
Автосцепные устройства восьмиосных вагонов, имеющих значительную длину консолей, оборудованы специальным приспособлением для принудительного отклонения автосцепки в кривых
участках пути (внутрь кривой) с целью облегчения при этом
сцепляемости вагонов. Такое приспособление в виде Л-образного
рычага (торсиона) крепят в кронштейнах на хребтовой балке
156
Рис. 45. Модернизированное автосцепное устройство
вагона и соединяют одним плечом с соединительной балкой четырехосной тележки, а другим — с центрирующей балочкои
автосцепки.
§ 23. КОНСТРУКЦИЯ АВТОСЦЕПКИ
В состав автосцепного устройства всех магистральных вагонов
входит автосцепка СА-3 (рис. 46), состоящая из корпуса и механизма сцепления. Корпус автосцепки состоит из головной части
2 и хвостовика 1. Два зуба 3 и 5 головной части и зев 4 корпуса в
плане имеют очертание, называемое контуром зацепления (ГОСТ
21447—75). Головная часть корпуса автосцепки плавно переходит в
полый хвостовик, на конце которого предусмотрено отверстие для
установки
тягового
клина.
Торец
хвостовика
имеет
цилиндрическую поверхность, что улучшает условия передачи
усилий на упорную плиту при действии на автосцепку сжимающих
сил и облегчает поворот автосцепки в плане.
В конструкции модернизированного автосцепного устройства
использована автосцепка с корпусом, отличающимся от корпуса
типовой автосцепки СА-3. Хвостовик корпуса модернизированной
автосцепки соединен с тяговым хомутом не клином, а валиком.
Торец хвостовика имеет сферическую поверхность, соответству
ющую поверхности упорной плиты. Корпус автосцепки в модер
низированном автосцепном устройстве снабжен специальным
предохранительным кронштейном, приваренным снизу малого
зуба. Когда разность уровней продольных осей сцепленных авто
сцепок достигает 145 мм, большой зуб одной автосцепки опирается
на предохранительный кронштейн другой автосцепки, что пре
пятствует их расцеплению.С введением предохранитель
ных кронштейнов и подпружиненных опор для хвостовика
нежесткая автосцепка СА-3 становится полуже-
157
4
5
Рис. 47. Механизм сцепления
сткой. При взаимных перемещениях продольных осей сцепленных
автосцепок по вертикали до 145 мм автосцепка является
нежесткой, а при дальнейших перемещениях — жесткой.
В ударной стенке зева расположены большое и малое окна
соответственно для замка и замкодержателя. Со стороны малого
зуба на головной части сбоку корпуса расположен прилив с отверстиями для валика подъемника и запорного болта валика.
В головной части корпуса автосцепки размещен механизм
сцепления (рис. 47), состоящий из замка /, замкодержателя 4,
предохранителя замка 5, подъемника 2, валика подъемника 3 и
болта с гайкой и двумя шайбами. Замок механизма сцепления
автосцепки расположен в кармане корпуса и опирается на соответствующую поверхность кармана радиальной опорой с фиксирующим зубом. Поворачиваясь вокруг этого зуба, замок может
уходить внутрь корпуса под действием усилия со стороны автосцепки сцепляемого вагона или выходить из корпуса под действием
собственного веса. Последнее может происходить в двух случаях:
когда вагоны разведены или когда малые зубья корпусов сцепляемых автосцепок в контуре зацепления занимают крайнее положение. Если при этом механизмы автосцепок не установлены в положение «на буфер», то замки выдвигаются в пространство между
малыми зубьями, что приводит к сцеплению автосцепок. На замке
со стороны хвостовика корпуса предусмотрен сигнальный отросток, который выходит в специальное отверстие головной части
корпуса, когда замок входит в карман.
В верхней части замка размещен цилиндрический шип, на который навешен предохранитель, имеющий вид двуплечного рычага. В свободном состоянии предохранитель опирается своим
верхним плечом на специальную полочку в корпусе автосцепки.
Замкодержатель навешен на цилиндрический шип внутри корпуса
автосцепки и в свободном состоянии его лапа выступает из малого
окна в стенке зева. В этом случае противовес замкодер158
жателя расположен так, что не препятствует замку в процессе
сцепления уходить в карман под действием малого зуба смежной
автосцепки. В сцепленном состоянии автосцепок малые зубья
нажимают на лапы замкодержателей, утапливая их в малом окне.
При этом противовес замкодержателя поднимается и устанавливается против верхнего плеча предохранителя, что предотвращает
уход замка внутрь головной части автосцепки и предупреждает
самопроизвольное расцепление.
Автосцепки расцепляют поворотом подъемника при помощи
валика, связанного цепочкой с расцепным рычагом. При повороте
подъемник вначале поднимает верхнее плечо предохранителя
выше противовеса замкодержателя, затем поднимает замок и убирает его внутрь головной части автосцепки. В таком положении
механизм автосцепки находится до разведения вагонов, после чего
автоматически (под действием веса всех деталей) устанавливается в
положение, при котором автосцепка готова к новому сцеплению.
В случае ошибочного расцепления вагонов сцепление можно
восстановить без разведения вагонов. С этой целью замкодержатель необходимо несколько поднять на шипе, служащем для его
навешивания в головной части корпуса. Чтобы замкодержатель
можно было поднять, отверстие, которым он навешен на шип,
имеет овальную форму, а в корпусе автосцепки со стороны большого зуба предусмотрено специальное отверстие. Через это отверстие металлическим или деревянным стержнем можно поднять
замкодержатель. При подъеме замкодержателя все остальные
детали механизма резко опускаются вниз, восстанавливая сцепление вагонов.
Механизм автосцепки в положение «на буфер» приводят поворотом расцешюго рычага и установкой его рукоятки на полочку
кронштейна. При этом цепь расцепного привода натягивается,
удерживая все детали механизма в поднятом положении, что
исключает возможность сцепления вагонов при соударениях.
В практике отечественного вагоностроения помимо автосцепки
СА-3 известны и другие ее конструкции. Одной из них является
автосцепка СА-Д, которую для эксплуатационных испытаний
устанавливали на пятивагонных рефрижераторных секциях.
Автосцепка СА-Д взаимозаменяема и взаимосцепляема с автосцепкой СА-3 и отличается от последней конструкцией сцепного
механизма и его кинематикой. Длительная эксплуатация автосцепок СА-Д не выявила их существенных преимуществ перед автосцепкой СА-3, поэтому переход на их массовое производство не
предполагается.
Вагоны метрополитена оборудованы полуавтоматической автосцепкой жесткого типа. Эта автосцепка автоматически сцепляет
вагоны и воздухопроводы (тормозную и напорную магистрали).
После сцепления вагонов при помощи специального механизма
соединяют электрические цепи управления вагонами.
159
§ 24. ПОГЛОЩАЮЩИЕ АППАРАТЫ
Поглощающий аппарат автосцепного устройства является
узлом, обеспечивающим смягчение продольных динамических
усилий между вагонами, поглощение и рассеивание энергии удара.
Серийное производство ограничено практически поглощающими
аппаратами двух типов, один из которых предназначен для оборудования четырехосных грузовых вагонов, а другой — пассажирских вагонов. Помимо серийных поглощающих аппаратов,
промышленность в различных количествах производит несколько
вариантов опытных аппаратов, которые проходят эксплуатационную проверку.
Основным типом поглощающих аппаратов, производимых
промышленностью для четырехосных грузовых вагонов, является
пружинно-фрикционный аппарат Ш-1-Тм. Этот аппарат (рис. 48)
состоит из корпуса /, наружной 2 и внутренней 3 пружин, нажимного конуса 5, трех фрикционных клиньев 4, шайбы 6 и стяжного
болта 7 с гайкой. Габаритные размеры аппарата 615x318x230 мм,
ход 70 мм. Масса аппарата Ш-1-Тм составляет 137 кг. Энергоемкость аппарата Ш-1-Тм до приработки равна 2—3 тс-м при полном
ходе, а после приработки достигает 5 тс-м при усилии 280 тс,
соответствующем полному ходу (закрытию). Средняя энергоемкость аппарата при силе 200 тс составляет 3,4 тс-м. В аппарате
использованы заневоленные пружины из стали 55С2. В собранном
аппарате пружины сжаты усилием примерно 4,6 тс. Такое предварительное сжатие пружин обеспечивает начальное сопротивление
аппарата 23 тс.
Для оборудования восьмиосных грузовых вагонов исполь
зуют пружинно-фрикционные поглощающие аппараты Ш-2-Т,
по конструкции принципиально не отличающиеся от аппаратов
Ш-1-Тм. До приработки энергоемкость аппарата составляет не
менее 2,5 тыс. кгс-м, а после приработки достигает 5,5 тыс. кгс-м
при полном ходе ПО мм. При полном ходе сила сопротивления
аппарата достигает 250 тс. При силе 200 тс энергоемкость аппара
тов Ш-2-Т в среднем составляет 4,4 тыс. кгс-м.
Повышение энергоемкости получено в результате увеличения хода
аппарата, что, в свою очередь, стало возможным после отказа от
шайбы, поджимающей клинья. Кроме того, усилен комплект
пружин, изгото-
160
Рис. 49. Поглощающий аппарат
вленных из стали 60С2ХФА (ГОСТ 14959—69), что вы звало
увеличение в рабочем положении высоты аппарата на 16 мм (до 246
мм). Пружины предварительно сжаты усилием 4,2 тс. Масса Ш-2-Т
составляет 154 кг. Длина аппарата допускает его установку в проем
со стандартным расстоянием между упорами 625 мм. Начальное сопротивление аппарата составляет приблизительно 26 тс. Аппарат
Ш-2-Т в меньшей степени, чем аппарат Ш-1-Тм, подвержен
заклиниванию. Ведутся работы ' по созданию для восьмиосных
вагонов поглощающих аппаратов с повышенной энергоемкостью и
другими улучшенными параметрами.
Пассажирские вагоны, в том числе вагоны электропоездов и
дизель-поездов, производимые в СССР, оборудованы резинометаллическими поглощающими аппаратами Р-2П (рис. 49),
рассчитанными на установку в проемы со стандартным расстоянием
между упорами 625 мм. Ход аппарата 70 мм. Аппарат состоит из
корпуса / и нажимной плиты 2, изготовленных отливкой,
резинометаллических упругих элементов 3 и промежуточной
плиты 4. Резинометаллический элемент выполнен из двух стальных армирующих листов толщиной 2 мм и завулканизиро-ванной
между ними резины. Размеры резинометаллического элемента
265x220x41,5 мм. В элементе использована морозостойкая резина
7-ИРП-1348 (ТУ 38.005204—71) с твердостью 70 ед.
по Шору.
Энергоемкость аппарата Р-2П существенно зависит от скорости
деформации резины и при полном динамическом сжатии достигает
2,2 тс • м. При этом усилие не превышает 100 тс. Сила предварительного сжатия аппарата составляет 3—5 тс, что достаточно для
поджатая его резинометаллических элементов на 18 мм. Усилие
при полном статическом сжатии не менее 75 тс. Коэффициент
поглощения энергии достигает 45%. Масса аппарата Р-2П 116 кг.
Он имеет большую долговечность, чем пружинно-фрикционные
аппараты, не подвержен заклиниванию и отличается хорошей
стабильностью работы. Особенностью аппаратов Р-2П является
зависимость их параметров от качества резины и окружающей
температуры.
тттот
Кроме серийных поглощающих аппаратов ш-1-1м, ш-^-1
и Р-2П, разработаны пружинно-фрикционные (Ш-2-В, Ш-4-Т,
Ш-5-Т0), резинометаллические (Р-4П) и гидрогазовые (ГА-100М и
ГА-500).
Аппарат Ш-2-В предназначены для четырехосных грузовых
вагонов. Его ход равен 90 мм, энергоемкость в приработанном
состоянии и полном ходе составляет 6,3 тс-м, а усилие закрытия
аппарата 200 тс. Теоретические исследования аппаратов Ш-2-В
позволяют рассчитывать на допускаемую скорость соударения
вагонов до 10 км/ч. Для восьмиосных грузовых вагонов создан
пружинно-фрикционный поглощающий аппарат Ш-4-Т, аналогичный Ш-2-Т, но предназначенный для установки в автосцепное
устройство с расстоянием между задним и передним упорами,
равным 880 мм. При сжатии вагонов ход аппарата может достигать
160 мм, а при растяжении равен 100 мм. Теоретически энергоемкость аппарата Ш-4-Т составляет 10,4 тс-м при полном ходе 160
мм и конечном усилии сжатия около 200 тс.
Пружинно-фрикционный поглощающий аппарат Ш-5-ТО, известный также как аппарат ВНИИВ-КВЗ-2, отличается от подобных аппаратов (Ш-1-Тм, Ш-2-Т и др.) тем, что в нем корпус объединен с тяговым хомутом. Аппарат имеет ход 100 мм и предназначен
для четырехосных вагонов со стандартным размером между
упорами 625 мм. Аппарат закрывается при усилии 220 тс, его расчетная энергоемкость равна 6,5 тс-м. При скорости соударения
четырехосных вагонов, оборудованных аппаратами Ш-5-ТО, до 9
км/ч, усилие, передаваемое на вагон, не должно превышать 200 тс.
Резинометаллический поглощающий аппарат Р-4П рекомендован для оборудования рефрижераторных вагонов, т. е. подвижного
состава, наиболее остро нуждающегося в совершенных средствах
защиты от ударов и других видов динамического воздействия при
маневровой и поездной работе. Аппарат Р-4П имеет ход 70 мм и
рассчитан на установку в автосцепное устройство со стандартным
размером между упорами, равным 625 мм. Его энергоемкость
достигает 4,0 т с -м при силе 200 тс; коэффициент поглощения
энергии составляет 55%. Аппарат допускает скорость соударения
вагонов до 7,5 км/ч, причем усилие, развиваемое между вагонами,
не превышает 160 тс.
В конструкции аппарата Р-4П двадцать резинометаллических
элементов размерами 265x220x24,2 мм. Через каждые три-четыре
элемента в аппарате установлены промежуточные или
направляющие плиты, которые уменьшают выпучивание набора
элементов при сжатии. Весь комплект резинометаллических
элементов, промежуточных и направляющих плит установлен в
корпусе аппарата и поджат крышкой, которая одновременно
выполняет назначение упорной плиты. В собранном виде и поджатом состоянии аппарат запирается стопорными винтами, которые
не препятствуют сжатию аппарата при его установке в автосцепное
устройство и работе. Поглощающий аппарат Р-4П можно с
успехом применять на платформах для перевозки контейнеров,
162
двухъярусных платформах для перевозки автомобилей, вагонах
для перевозки скота и на других специализированных вагонах для
легковесных грузов.
В последние годы в отечественной промышленности большое
внимание уделяется разработке новых гидравлических, гидропневматических, гидрогазовых, гидрофрикционных, резинометаллических и других поглощающих аппаратов. В частности, для грузовых вагонов создан гидрогазовый поглощающий аппарат ГА100М. Упругое сопротивление в этих аппаратах достигается за
счет сжатого газа (азота), а неупругое — за счет перетекания масла
из одной полости в другую через дроссельное отверстие.
Гидрогазовый аппарат ГА-100М взаимозаменяем с аппаратом
Ш-1-Тм. Его ход равен 70 мм. Усилие, при котором аппарат
начинает сжиматься, составляет 10 тс. Энергоемкость аппарата
достигает 9,3 тс-м! Усилие при этом не превышает 200 тс, а скорость соударения груженых вагонов достигает 12 км/ч. Коэффициент поглощения энергии аппаратом ГА-100М зависит от скорости
соударения вагонов и составляет 60—90%.
§ 25. УПРЯЖНОЕ УСТРОЙСТВО, ЦЕНТРИРУЮЩИЙ ПРИБОР
И РАСЦЕПНОЙ ПРИВОД
Упряжное устройство состоит из тягового хомута, клина или
валика с вкладышем, упорной плиты, переднего и заднего упоров,
поддерживающих и ограничительных планок. Тяговый хомут
автосцепки СА-3 (рис. 50) рассчитан на установку в нем поглощающих аппаратов, габаритные размеры которых 568x318x230 мм.
Это аппараты Ш-1-Тм, Р-2П, ГА-100М и другие взаимозаменяемые
с ними. Передняя часть хомута / служит узлом соединения с хвостовиком автосцепки, задняя 2 — упором основания поглощающего аппарата. В передней части хомута есть отверстие 3 для
размещения клина, а снизу предусмотрены ушки с отверстиями под
болты, на которые опирается клин. Два болта с резьбой М20 и
квадратными головками устанавливают в отверстия в ушках,
затягивают гайками и зашплинтовывают общей стопорной шпилькой. Для предохранения от выпадания болтов в случае утери гаек
на болтах предусмотрены специальные шайбы.
Клин тягового хомута представляет собой стержень (рис. 51)
овального сечения 32x92 мм. В нижней части клин имеет заплечики, препятствующие его выжиманию вверх, а снизу поддерживается в нормальном положении двумя болтами. Клин изготовляют
горячей штамповкой из листового проката или из прокатной стали
специального профиля (профиль 6, ГОСТ 5267—63) горячей
высадкой заплечиков. И в том и в другом случае используют сталь
38ХС (ГОСТ 4543—71).
Тяговый хомут модернизированного автосцепного устройства
рассчитан на установку поглощающего аппарата Ш-2-Т, имеющего
габаритные размеры 568x318x246 мм. В связи с этим расстояние
между тяговыми полосами в этом хомуте увеличено до 252 мм.
163
Рис. 50. Тяговый хомут автосцепки СА-3
Передняя часть хомута выполнена под установку валика взамен
клина. Узел соединения хвостовика автосцепки с тяговым хомутом
при помощи валика показан на рис. 52. В этом узле помимо валика
3 использован вкладыш 4, размещаемый между валиком и
перемычкой 5 хвостовика /. От выпадания из отверстия валик
предохраняет планка 2, которая установлена в специальные пазы на
переднем упоре.
Упорная плита автосцепного устройства расположена между
хвостовиком автосцепки и поглощающим аппаратом. В резинометаллическом поглощающем аппарате Р-4П упорная плита
является его деталью. Упорная плита стандартного автосцепного
устройства (рис. 53, а) в средней части имеет гнездо под цилиндрическую поверхность терца хвостовой части автосцепки. Эту плиту
можно изготовлять горячей штамповкой из стали 38ХС или
164
резкой из прокатной стали специального профиля (профиль 5,
ГОСТ 5267—63). Материал профиля —• сталь 45 мартеновская
(ГОСТ 1050—74). Упорная плита модернизированного автосцепного устройства (рис. 53, б) имеет в средней части сферическое
гнездо под сферическую поверхность торца хвостовика. Эту плиту
изготовляют горячей штамповкой из стали 38ХС.
Усилие от автосцепного устройства на раму вагона передается
через передний упор при растягивающем усилии между вагонами
и задний — при сжимающем усилии. Передний упор 2 автосцепного устройства (рис. 54, а) выполнен литым заодно с ударной
165
розеткой / и прикреплен заклепками к хребтовой балке и к передней балке рамы. Таким образом, передний упор с розеткой является
одновременно деталью, усиливающей узел соединения хребтовой и
передней балок. Лобовая часть 3 розетки, усиленная ребрами,
служит для восприятия удара корпуса автосцепки, если ход
автосцепного устройства меньше хода закрытия поглощающего
аппарата. Эта же часть розетки служит для навешивания
центрирующего прибора. Через окно розетки проходит хвостовик
корпуса автосцепки.
Задний упор в плане представляет собой П-образную отливку
(рис. 54, б), которая заклепками или сваркой прикреплена к хребтовой балке рамы. В проеме между опорными частями упора размещена задняя часть тягового хомута. Расстояние между опорными
частями упора (180 мм) выбрано так, чтобы они могли ограничивать
боковые перемещения хомута. Поддерживающая планка служит
опорой тягового хомута. Планка представляет собой плоскую или
выгнутую плиту толщиной 18—20 мм. Глубина выгиба зависит от
положения продольной оси автосцепного устройства относительно
нижней поверхности полок хребтовой балки. Конструкция и
размеры поддерживающих планок и технические требования к ним
регламентированы ОСТ 24.052.02—73, согласно которому планки
можно изготовлять штамповкой или литьем. Планку крепят к
нижним полкам хребтовой балки болтами с гайками,
контргайками и шплинтами.
Под действием веса головной части автосцепки или сжимающего
усилия хомут с аппаратом может подняться до упора в потолок
хребтовой балки. Если расстояние от верхней тяговой полосы
хомута до потолка хребтовой балки более 15 мм, над хомутом к
хребтовой балке прикрепляют сваркой или заклепками одну или
две ограничительных планки. Одну планку размещают над
нажимным конусом поглощающего аппарата, а другую (если она
применена) — над задней частью тягового хомута.
Центрирующий прибор автосцепного устройства является опорой корпуса автосцепки и служит для его возвращения в нормальное (центральное) положение при боковых отклонениях. Все
вагоны, производимые в СССР, оборудованы центрирующими
приборами маятникового типа. В конструкцию центрирующего
прибора (рис. 55) входят маятниковые подвески 2 и центрирующая
балочка /, имеющая вид коромысла с прямоугольным гнездом в
середине для опоры хвостовой части корпуса автосцепки. Сбоку
центрирующей балочки размещен ограничитель продольных
перемещений, который заходит за вертикальную стенку ударной
розетки 3. Рассмотренная конструкция центрирующего прибора
имеет жесткую опору хвостовика автосцепки. При прохождении
сцепленными вагонами горбов сортировочных горок в деталях
такого центрирующего прибора могут возникнуть значительные
напряжения, а разница в уровнях продольных осей автосцепок по
вертикали превысит 150 мм. Это может создать
166
Рис. 55. Центрирующий прибор с жесткой
опорой
Рис. 56. Центрирующий прибор
с подпружиненной опорой
условия для выхода автосцепок из зацепления. Наиболее вероятна
такая опасность для вагонов с длинными консолями.
В связи с этим восьмиосные вагоны и другие вагоны с удлиненными консолями оборудуют центрирующими приборами с подпружиненной опорой автосцепки на центрирующую балочку.
Такая опора обеспечивает возможность угловых перемещений
автосцепки в продольной вертикальной плоскости при прохождении сцепленных вагонов через горб сортировочной горки или мост
паромной переправы. Подпружиненная опора центрирующего
прибора является узлом модернизированного автосцепного
устройства. Ее применяют в сочетании с автосцепкой, корпус
которой снабжен предохранительным кронштейном, приваренным
к нижней части малого зуба, а хвостовик имеет торец со сферической поверхностью. Центрирующий прибор с подпружиненной
опорой (рис. 56) имеет специальную конструкцию центрирующей
балочки. В ней предусмотрены гнезда для двух пружин 2 и направляющие, которые входят в соответствующие пазы поддерживающей плиты 4. Через пружину проходят стяжные болты 1,
которые соединяют в единый узел собственно центрирующую
балочку 3, поддерживающую плиту 4 и пружины. При помощи
стяжных болтов выполняют предварительную затяжку пружин
суммарным усилием 540 кгс.
Масса автосцепки модернизированного автосцепного устройства
составляет около 230 кг. При существующем соотношении плеч на
подпружиненную опору приходится статическая нагрузка от
автосцепки около 400 кгс. Таким образом, все усилия, действующие на центрирующую балочку превышающие 140 кгс,
воспринимаются ею и маятниковыми подвесками упруго, что
существенно облегчает условия работы этих деталей. К центрирующей балочке сбоку приварен угольник, выполняющий назначение гнезда для торсиона, отклоняющего автосцепку внутрь
кривой в кривых участках пути. Угольник выполнен холодной
штамповкой из стали 09Г2, а торсион — из пружинной стали
60С2ХА (ГОСТ 14959—69) из прутка диаметром 24 мм.
167
Расцепной привод служит для расцепления автосцепок и, при
необходимости, для установки их механизмов в положение «на
буфер». В конструкцию привода (рис. 57) входят расцепной рычаг
/, поддерживающий 3 и фиксирующий 2 кронштейны и цепь 4.
Расцепной рычаг представляет собой стальной стержень диаметром
30 мм с двумя плечами. Малое плечо имеет проушину для болта,
большое плечо является рукояткой привода. В месте соединения
рукоятки со стержнем предусмотрены ограничитель и плоская
часть, которые фиксируют положение рычага в фиксирующем
кронштейне. Цепь привода одним концом при помощи болта
соединена с малым плечом рычага, а другим — с проушиной на
валике подъемника. Расцепной рычаг выполняют, как правило,
ковкой и гибкой; оба кронштейна расцепного рычага изготовляют
литыми или штампосварными. Болт, которым цепь прикреплена к
расцепному рычагу, имеет запас по длине, что позволяет
регулировать натяжение цепи привода в положении расцепления
или «на буфер».
Пассажирские вагоны снабжены специальным устройством,
которое, не являясь узлом непосредственно автосцепного обору
дования, оказывает на работу последнего определенное влияние.
Этим узлом является центральная упругая площадка, которая
служит одновременно средством натяжения автосцепок между
двумя сцепленными вагонами и ограждением перехода из вагона
в вагон. Все вновь строящиеся пассажирские вагоны оборудуют
упругой площадкой с резинокордными уплотнениями баллон
ного типа (рис. 58). Площадка снабжена буферами, пружины
которых в основном и обеспечивают натяжение автосцепок.
Для создания такого натяжения плоскость буферов должна выходить за ось зацепления автосцепки на 65 мм. Жесткость пружин
двух буферов упругой площадки составляет 12 кгс/мм. Таким
образом, при отсутствии сжимающих или растягивающих
Рис. 58. Упругая площадка с резинокордными баллонными уплотнениями
Рнс. 57. Расцепной привод автосцепки
сил между сцепленными вагонами их автосцепки растягиваются
усилием около 0,8 тс. Усилие сопротивления одной упругой площадки при полном ее сжатии (на 150 мм) составляет около 1,8 тс.
§ 26. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ АВТОСЦЕПНОГО
ОБОРУДОВАНИЯ
Условия эксплуатации вагонов на перспективу будут характеризоваться возрастанием веса грузовых поездов до 10—12 тыс. тс
при длине состава 1200—1300 м, увеличением числа вагонов с весом брутто до 176 тс, повышением эффективности тормозов в поезде,
увеличением средних скоростей соударения вагонов и т. п. Для
нормальной работы в таких условиях эксплуатации автосцепное
оборудование вагонов должно обладать соответствующей прочностью, повышенной энергоемкостью, необходимой поглощающей
способностью и оптимальной формой силовой характеристики.
С целью повышения прочности автосцепного оборудования
промышленность переходит на изготовление основных его деталей
(корпуса автосцепки, тягового хомута, элементов механизма
сцепления, упоров и т. д.) из сталей повышенной прочности, в частности легированных ванадием и марганцем. Механические свойства этих сталей существенно выше соответствующих свойств
сталей, применяемых в настоящее время для изготовления тех же
деталей автосцепного устройства. Продолжаются изыскания и
других еще более прочных сталей и способов изготовления основных и наиболее ответственных деталей автосцепного оборудования.
Одновременно с применением легированных сталей для производства деталей автосцепного устройства идут конструкторские
проработки усиления его элементов и узлов. Так, в последние годы
введены в производство усиленные передний и задний упоры,
тяговый хомут и корпус автосцепки. Автосцепка усилена введением четырех ребер в хвостовике, увеличением сечения стенки,
изменением конструкции ребер большого зуба и т. д. Все это
(наряду с применением низколегированной стали дало возможность увеличить разрывное усилие автосцепки. С целью повышения качества автосцепных устройств в целом и его узлов и "деталей в отдельности в промышленности постоянно совершенствуется технология их производства. Это достигается комплексной механизацией и автоматизацией процессов изготовления
деталей и узлов автосцепного устройства.
Совершенствование поглощающих аппаратов автосцепных устройств направлено на улучшение их энергетических параметров и в
первую очередь энергоемкости. При существующих схемах
пружинно-фрикционных поглощающих аппаратов повышения их
энергоемкости можно достичь оптимизацией параметров жесткости и трения. С этой целью изыскивают возможности усиления
пружин поглощающих аппаратов в существующих габаритных
169
168
размерах и повышения коэффициента трения между деталями
фрикционного узла аппарата.
Для существующих условий эксплуатации возможно создание
фрикционно-пневматических поглощающих аппаратов, в которых
в качестве упругого элемента будет использован пневмоцилиндр с
внутренним давлением, соответствующим силе предварительной
затяжки с учетом трения во фрикционной части, равной 25— 50 тс.
Такой аппарат имеет ход 120 мм и может обеспечить соударение
четырехосных груженых вагонов со скоростями 10—12 км/ч при
ускорениях соответственно 2g—3g и усилиях, не превышающих
200 тс.
Для повышения энергоемкости резинометаллических поглощающих аппаратов необходимо изыскивать наиболее приемлемые
марки резин, имеющие лучшие параметры упругости и внутреннего
трения. Одним из средств повышения энергоемкости автосцепных
устройств восьмиосных вагонов является применение сдвоенных
поглощающих аппаратов типовой конструкции. Исследования,
выполненные во ВНИИВ, показали, что восьмиосные груженые
вагоны, оборудованные автосцепными устройствами со сдвоенными
аппаратами Ш-1-Тм или Р-4П, обеспечивают возможность
соударения их со скоростями до 7 км/ч. При этом усилие не
превышает 200 тс. Если использованы сдвоенные аппараты Ш-2-Т,
а также сочетания аппаратов Ш-2-Т и Р-4П, то допустима скорость
соударения 7,5 км/ч. Исследования показали, что аппараты Ш-2-Т
могут быть рекомендованы для оборудования как четырехосных (в
одинарном варианте), так и восьмиосных (в сдвоенном варианте)
вагонов. Такая унификация поглощающих аппаратов будет иметь
очевидные преимущества как в эксплуатации, так и в производстве.
Одно из основных требований, предъявляемых к перспективному поглощающему аппарату, — ограничение силы, возникающей
при его полном сжатии, величиной, не превышающей 250 тс. При
этом от поглощающих аппаратов четырехосных грузовых вагонов
требуется энергоемкость не менее 10 тс-м, а от аппаратов
восьмиосных вагонов — не менее 16 тс-м. Для реализации указанных значений энергоемкости рекомендуются следующие значения ходов: для четырехосных вагонов 100—120 мм, для восьмиосных 160—200 мм. Коэффициент необратимого поглощения
энергии должен составлять не менее 0,6. Сила закрытия аппарата
при медленном нарастании нагрузки должна быть не менее 100 тс.
Исключительно высокие требования к энергоемкости поглощающих аппаратов при значительном ограничении предельных
величин ходов и усилий могут быть реализованы в аппаратах,
существенно отличающихся по конструкции от ныне применяемых.
Наиболее приемлемой в отношении получения требуемых значений
энергетических параметров и формы силовой характеристики в
перспективе следует считать конструкцию гидравли-
170
ческих, гидрогазовых и других комбинированных аппаратов.
Прототипом гидрогазовых аппаратов для перспективных условий
эксплуатации могут служить опытные аппараты ГА-100М и ГА500, которые в настоящее время проходят эксплуатационную
проверку.
Для вагонов специального назначения, в которых транспортируют особо хрупкие и ценные грузы, нуждающиеся в надежной
защите от ударов, целесообразно применение автосцепных устройств со специальными средствами ударозащиты и поглощения
энергии. В этих устройствах, выполненных по принципу так называемой плавающей хребтовой балки, сочетается конструкция
сквозной упряжи с гидропневматическим аппаратом. В таком
автосцепном устройстве могут быть реализованы исключительно
большие значения рабочих ходов, при которых достигается существенное снижение усилий и ускорений, развиваемых при
соударении вагонов.
На перспективу намечено создание автосцепного устройства,
обеспечивающего одновременное автоматическое соединение воздушных и электрических магистралей поезда. В таком автосцепном
устройстве применяется жесткая автосцепка. Для автоматического
соединения пневматических и электрических магистралей на
корпусе автосцепки должны быть размещены соответствующие
кронштейны с пневматическими патрубками и электрическими
соединениями. Прототипом может служить автосцепка «Интермат»,
которая допускает одновременно автоматическое сцепление двух
воздушных и одной электрической магистрали, состоящей из семи
проводов. Она взаимосцепляема с автосцепкой СА-3 и может быть
использована в сочетании с остальными узлами и деталями
стандартного и модернизированного автосцепных устройств.
Одним из направлений развития автосцепного оборудования на
перспективу может служить создание автосцепного устройства
грузовых вагонов, допускающего их опрокидывание на роторных
вагоноопрокидывателях без расцепления. Условием создания и
внедрения такого автосцепного устройства будет служить применение роторных вагоноопрокидывателей, у которых ось вращения совпадает с продольной осью автосцепки. В автосцепном
устройстве такого назначения должен быть применен узел связи
автосцепки с тяговым хомутом, обеспечивающий ее полный или
частичный поворот вокруг продольной оси соответственно углу
поворота вагоноопрокидывателя.
Необходима дальнейшая отработка резинометаллических поглощающих аппаратов и разработка средств уменьшения шума в
пассажирских вагонах от автосцепного устройства.
171
Глава VI ГРУЗОВЫЕ
ВАГОНЫ
§ 27. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ГРУЗОВЫМ ВАГОНАМ
Новые конструкции грузовых вагонов независимо от их назначения необходимо создавать с учетом как современных, так и
перспективных требований эксплуатации, и обеспечивать при этом
безопасность движения, прочность и надежность. Кроме того,
должны быть обеспечены максимальные удобства и наименьшие
затраты при изготовлении, обслуживании и ремонте в эксплуатации,
а также предусмотрена возможность модернизации. Особое внимание
при проектировании следует обращать на обеспечение техники
безопасности обслуживающего персонала. Все вагоны должны иметь
поручни для сцепщика, подножки и поручни для составителей
поездов, установленные с каждой стороны вагона, а также
кронштейны для сигнального хвостового фонаря и т. д. Необходимо
предусматривать максимальное снижение веса тары вагонов,
экономное расходование металла и других материалов, а также
обеспечение технологичности конструкций. Применяемые металлы и
лакокрасочные покрытия должны увеличивать стойкость элементов
вагона против коррозии. Конструкция вагона : должна обеспечивать
неповреждаемость и сохранность перевозимых
грузов при их
транспортировании и маневровых работах.
Необходима максимальная унификация узлов и деталей вагонов.
Они должны отвечать требованиям действующих ГОСТ, ОСТ,
унифицированных чертежей, а также правилам технической
эксплуатации соответствующих железных дорог. Вагоны должны
быть максимально приспособлены для комплексной механизации погрузочно-разгрузочных работ, а их конструкция — позволять
рационально использовать существующие и разрабатываемые на перспективу на транспорте и промышленных предприятиях
погрузочно-разгрузочные средства. Для универсальных вагонов '
потери груза и применение тяжелого ручного труда при погру- -*
зочно-разгрузочных работах должны быть сведены к минимуму, ; а
для специализированных — практически отсутствовать.
Грузовые вагоны должны иметь мощную несущую металлоконструкцию рамы, обеспечивающую безотказную эксплуатацию на
сортировочных горках и в тяжеловесных поездах, а также прочную
и по возможности простую конструкцию кузова и элементов
оборудования.
172
Кроме этих основных требований для всех грузовых вагонов, к
конкретным вагонам дополнительно предъявляют специфические
требования, связанные с особенностями перевозимых в них грузов
и эксплуатационных условий. При выборе параметров и разработке
новых конструкций грузовых вагонов для обеспечения повышения
провозной
способности
железных
дорог
необходимо
предусматривать следующее.
1. Максимальное использование допускаемой для грузового
вагона погонной нагрузки на 1 м пути, что позволяет увеличить вес
поезда, не изменяя его длины. Одновременно следует максимально
использовать допускаемую нагрузку от оси на рельс.
2. Повышение коэффициента использования номинальной грузоподъемности вагонов, для чего удельные объемы и площади их
должны соответствовать структуре и параметрам перевозимых
грузов. При этом необходимо максимально использовать габаритные возможности подвижного состава, чтобы повышение удельных
объемов не приводило к увеличению длины вагона и снижению
погонной нагрузки на путь.
В СССР для магистрального и промышленного транспорта
производят грузовые вагоны более 100 типов. В основном это
вагоны колеи 1520 (1524) мм, а также вагоны для Южно-Сахалинского отделения Дальневосточной ж. д. колеи 1067 мм, для узкоколейных дорог — колеи 750 мм и др.
Вагоны имеют современные ходовые части, тормозное и автосцепное оборудование. Несущую конструкцию кузовов вагонов в
основном изготовляют из низколегированных сталей повышенной
прочности.
§ 28. ПЛАТФОРМЫ
Платформы служат для перевозки длинномерных, штучных,
лесных и сыпучих грузов, контейнеров и оборудования, не требующего защиты от атмосферных осадков. Платформы могут быть
универсальными, рассчитанными на большую номенклатуру перевозимых грузов, и специальными — предназначенными для перевозки определенных грузов.
Универсальная четырехосная платформа грузоподъемностью 63
тс (мод. 13-401) показана на рис. 59. Кроме распределенной по всей
площади платформы нагрузки 63 тс, платформа допускает
перевозку груза 45 тс, сосредоточенного в середине на длине 3 м, и
груза 60 тс, сосредоточенного в середине на длине 4,3 м с опорой на
боковые балки. Платформа имеет мощную стальную сварную раму
с деревянным настилом пола и стальные боковые и торцовые борта.
Рама состоит из хребтовой балки (два двутавра № 60), двух боковых
(двутавр № 60), двух концевых, двух шкворневых и двух основных
поперечных балок, а также дополнительных поперечных и
продольных балок, поддерживающих настил пола и служащих для
установки тормозного оборудования. По концам рамы между
концевыми и шкворневыми балками ставят раскосы,
173
Рис. 59. Универсальная четырехосная платформа
более равномерно распределяющие продольные силы от автосцепки
между хребтовой и боковыми балками.
На боковых балках устанавливают скобы стоек для перевозки
леса, державки петель боковых бортов с запирающимися устройствами и увязочные кольца. На концевых балках имеются кронштейны и державки петель торцовых бортов, скобы стоек, поручни
для составителя, розетки автосцепки и кронштейны рычага
автосцепки и сигнального фонаря. Продольные борта высотой 500
мм и торцовые борта высотой 400 мм изготовляют из специальных
гнутых профилей, подвешивают на петлях и удерживают в
закрытом положении запирающими клиньями. Грузы можно
перевозить при закрытых и открытых бортах. Настил пола,
выполненный из досок толщиною 55 мм, по периметру через
стальную армировку болтами прикреплен к балкам рамы. Платформа имеет габарит 01-Т, вес тары 20,9 тс, погрузочную площадь
пола 36,8 м2 и длину по осям автосцепок 14 620 мм.
Учитывая высокую эффективность контейнерных перевозок,
ВНИИВ и ДВЗ разработали специальные четырехосные платформы
Рис. 60. Четырехосная платформа для перевозки большегрузных контейнеров
174
грузоподъемностью 60 тс для перевозки типовых большегрузных
контейнеров весом брутто 10, 20 и 30 тс. Были разработаны и испытаны
платформы двух вариантов: I — «широкая» платформа, при
необходимости допускающая возможность оборудования деревянным
настилом пола и устройствами для крепления колесной техники; II —
«узкая» платформа (модель 13-470), не приспособленная для настила пола
и более легкая; она предназначена только для перевозки большегрузных
контейнеров (рис. 60). По конструкции платформы обоих вариантов
различаются мало. Сварная рама платформы имеет хребтовую балку из
двух двутавров № 60, сверху перекрытых по всей длине листами 400X12
мм, а снизу в середине на длине 7м — полосами 150Х X 14 мм; две
боковые балки из двутавров № 60; две^ концевые балки из штампованного
уголкового профиля толщиной 10 мм и верхних листов 250 X 12 мм; две
шкворневые балки, сваренные из двух вертикальных листов 10 мм и двух
горизонтальных (верхнего и нижнего) 480X12 мм; три средние
поперечные балки замкнутого сечения и две поперечные балки,
расположенные над внутренними колесами тележки. Между концевыми и
шкворневыми балками имеются раскосы из двутавра № 10. Для
поддержки пола, в случае его настила (вариант I) и крепления тормозного
оборудования имеются дополнительные продольные и поперечные балки.
Платформы оборудованы устройствами для установки и надежного
крепления (от продольных и боковых перемещений) типовых
большегрузных контейнеров.
Основные технические характеристики платформ
I вариант
23,4
Вес тары, тс ........................................................................
14 720
База платформы, мм ..........................................................
Длина, мм:
19 480
по осям сцепления автосцепок
............................
18 400
по концевым балкам рамы ........................................
2 870
Ширина максимальная, мм ...............................................
1 340
Максимальная высота от уровня головок рельсов, мм
0,39
Коэффициент тары ............................................................
120
Конструкционная скорость, км/ч ................................
01-Т
Габарит (ГОСТ 9238—73) .................................................
II вариант
22,0
14 720
19 620
18 400
2 500
1 365
0,366
120
01-Т
Учитывая лучшие технико-экономические характеристики
(меньший вес и меньшую трудоемкость изготовления), для серийного производства принята платформа варианта П.
Выпускается четырехосная двухъярусная платформа мод. 13479 (рис. 61), на которой можно перевозить легковые автомобили:
«Волга» ГАЗ-24 — 8 шт.; «Москвич-1500» мод. 2140 — 15 шт.,
мод. 2137 и 2734 — по 10 шт.; «Запорожец» ЗАЗ-966 или «Жигули»
ВАЗ-2101 и ВАЗ-2102 — 17 шт.; «Жигули» ВАЗ-2103 и ВАЗ2106— 15 шт. Платформа вписана в габарит 1-Т, вес тары 26 тс.
Длина по осям сцепления автосцепок равна 21 660 мм, по нижней
раме 20 800 мм; длина базы 16 500 мм.
175
Конструкционная скорость движения
120 км/ч.
Конструкция платформы сварная из
прокатных и гнутых профилей. Платформа
состоит из нижней и верхней рам,
соединенных концевыми наклонными и
средними стойками при помощи
косынок, образующих плавный переход
от горизонтальных к вертикальным
элементам. Рамы (верхняя и нижняя)
имеют металлический настил с
направляющими устройствами,
служащими для установки автомобилей
по длине и ширине плат-формы.
Автомашины крепят при помощи
колесных упоров, постоянно
установленных на платформах. Высота от
головок рельс до уровня пола верхнего
яруса 2890 мм, до нижнего 1218 мм.
Для доступа персонала на верхний ярус
по концам платформы имеются
лестницы. Для проезда автомобилей с
одной платформы на другую служат
переездные площадки,
шарнирноукрепленные по концам верхней и
нижней рам. При транспортировании их
поднимают и закрепляют специальными
крюками, образуя этим торцовые борта.
Специальная
платформа
грузоподъемностью 56 тс (мод. 13-469)
предназначена для вывозки леса от места
погрузки
к
деревообрабатывающим
предприятиям. Возможна перевозка леса
длиной от 8 до 25 м. Платформу
эксплуатируют на путях леспромхозов, а
кроме того она имеет право выхода на
магистральные пути без ограничения
скоростей движения. Платформа вписана в
габарит 1-Т, вес тары 29,18 тс, длина
автосцепок по осям 25.080 мм, по концевым балкам рамы 24 000 мм и база 19 000
мм.
Сварная рама платформы состоит из хребтовой балки (двух двутавров
№ 60, усиленных сверху листом толщиной 10 мм, а снизу полосами
толщиной 12 мм), двух боковых балок (двутавр № 55), двух концевых
балок, двух шкворневых, семи основных и семи поддерживающих
поперечных балок. Пространство между хребтовой и боковыми балками
сверху перекрыто гофрированным листом толщиной 2,5 мм. С каждой
стороны на боковых балках приварено по шесть стоек переменного
сечения. Между стойками на раме установлены стальные гребенки
высотой 100 мм для предохранения лесоматериала от смещения вдоль
платформы. Материал несущих элементов — низколегированная сталь
09Г2Д. Платформа имеет типовые ходовые части, тормозное и
автосцеп-ное оборудование.
В небольших количествах производят безбортные шестиосные
платформы грузоподъемностью 93 тс (мод. 13-455), предназначенные
для перевозки постоянно установленных на них трансформаторов
мощностью 31 500 кВт со вспомогательной аппаратурой. Масса
трансформатора более 85 т, поэтому такая платформа имеет мощную
сварную раму со стальным полом. В качестве ходовой части под
платформу установлены две трехосные тележки УВЗ-9М (мод. 18-102).
Платформа имеет длину по осям сцепления автосцепок 15 220 мм,
погонную нагрузку 8 тс на 1 м пути, конструкционную скорость 100
км/ч. Платформа вписана в габарит 1-Т.
Для Южно-Сахалинского отделения Дальневосточной ж. д.,
имеющего колею 1067 мм, производят четырехосные универсальные
платформы грузоподъемностью 50 тс (мод. 13-442), по своей конструкции
аналогичные универсальным платформам грузоподъемностью 63 тс для
колеи 1520 мм.
§ 29. ПОЛУВАГОНЫ
Для перевозки каменного угля, руды, леса, металлопроката и других
сыпучих и штучных грузов и оборудования, не требующих защиты от
атмосферных осадков, предназначены полувагоны двух основных
типов. Универсальные полувагоны с торцовыми дверями и
разгрузочными люками в полу и специальные — без люков в полу,
предназначенные для перевозки сыпучих грузов с разгрузкой на
вагоноопрокидывателях.
Четырехосные универсальные полувагоны грузоподъемностью 63 тс
получили наибольшее распространение. В настоящее время строят три
модели (12-515, 12-532 и 12-726) таких полувагонов, близких по своим
параметрам. Все они вписаны в габарит 01-Т, имеют конструкционную
скорость 120 км/ч и длину по осям автосцепок 13 920 мм. УВЗ
выпускает четырехосные полувагоны (рис. 62) грузоподъемностью 63 тс
(мод. 12-515), имеющие сварную раму, кузов с боковыми стенами
раскосно-стоечной конструкции и деревянной обшивкой. По торцам
кузов имеет открывающиеся
внутрь двухстворчатые двери.
Четырнадцать металличе177
176
ских крышек разгрузочных люков В закрытом положении образуют
пол полувагона. Рама полувагона состоит из хребтовой балки,
сваренной из двух специальных зетобразных профилей № 31
(310x125x16x10,5 мм) и двутавра № 19 (190x75x7 мм), двух
шкворневых балок замкнутого коробчатого сечения из двух
вертикальных листов (толщиной 8 мм), двух горизонтальных
листов (верхний толщиной 10 и нижний 12 мм), двух концевых
балок из штампованного уголкового профиля и листа, четырех
промежуточных поперечных балок двутаврового сечения, сва-'
ренных из вертикального и двух горизонтальных листов. На верхних горизонтальных полках концевых балок установлены пороги,
которые обеспечивают более надежное уплотнение торцовых дверей в их нижней части и улучшают условия погрузки техники по
трапам или мостикам.
Обрешетка боковых стен состоит из верхней и нижней обвязок,
стоек и раскосов. Верхнюю обвязку изготовляют из гнутого
профиля (листа толщиной 6 мм). В промежутках между стойками
обвязка имеет замкнутое сечение благодаря приварке снаружи
вагона усиливающих планок, что уменьшает возможность ее
повреждения при погрузочно-разгрузочных работах. Нижнюю
обвязку изготовляют из уголкового профиля 160x100x9 мм, к
которому крепят с наружной стороны элементы механизма
запирания люка, а с внутренней стороны приваривают кольца или
специальные косынки с отверстиями, необходимыми при увязке
штучных грузов. Промежуточные стойки изготовляют из
прокатного омегообразного профиля, а угловые стойки — штампованными из листа. Стойки, имеющие отверстия для болтового
крепления деревянной обшивки, сваривают с верхней и нижней
обвязками. Штампованные раскосы с продольным гофром посередине внизу сваривают с вертикальной полкой нижней обвязки, а
сверху соединяют косынками с верхней обвязкой и стойками.
Каждая торцовая дверь полувагона состоит из двух (левой и
правой) створок, подвешенных при помощи шарниров на двух
петлях к угловым стойкам. Створки имеют сварной каркас, обшитый
деревом, и запирающие устройства (верхнее и нижнее).
Верхнее запирающее устройство воспринимает также и распорные
усилия груза.
Крышки разгрузочных люков имеют сварной каркас и обшивку
из гофрированного листа толщиной 5 мм. Эти крышки шарнирно
прикреплены к двутавру хребтовой балки и имеют снизу торсионное устройство для облегчения их закрывания. Открытые крышки
люков образуют угол с горизонталью в средней части кузова около
40°, а над тележками 32°. В закрытом состоянии крышки люков
удерживаются специальными механизмами, установленными на
нижней обвязке боковых стен.
Четырехосные цельнометаллические полувагоны (рис. 63)
грузоподъемностью 63 тс производства УВЗ (мод. 12-532) и КрВЗ
(мод. 12-726), спроектированные на базе описанного полувагона
179
с деревянной обшивкой, являются
его
усовершенствованными
вариантами
и
отличаются
в
основном наличием металлической
обшивки боковых стен и торцовых
дверей. Обшивку боковых стен
вагонов мод. J2-726 изготовляют из
гнутых профилей — из листов в
верхней части толщиной 4 мм, а в
нижней части толщиной 5 мм с продольными
гофрами.
Обшивку
боковых стен вагонов мод. 12532 изготовляют из штампованных
корытообраз-й
ных
панелей
толщиной 5 мм. Торцовые двери
обоих ваго-2 нов обшивают листом
с продольными гофрами. Оба завода
переходят
на
изготовление
унифицированного че- тырехосного
полувагона мод. 12-1000
грузоподъемностью
65
тс
с
обшивкой из специального гнутого
профиля я с периодическими
гофрами. В полувагонах новой мод.
12-1000
применены
более
о
мощные,
усиленные
ребрами
угловые стойки. Усилены также
обвязки боковых стен а и дверей.
В 1958—1967 гг. серийно строили
шестиосные цельнометаллические
универсальные полувагоны
грузоподъемностью 94 тс с объемом
кузова 106 м3, весом тары 33,0 тс и
длиной по осям автосцепок 16 400
мм. Эти вагоны вписаны в габарит IT. Они оборудованы торцовыми
дверями и люками в полу, крышки
которых (16 шт.) сторсионами такие
же, как и у четырехосных
полувагонов. Под полувагоны
подкатывали
180
(•ис. 6.5. Узел соединения поперечной балки с боковой
стенкой кузова полувагона:
/ — стойка; 2 — усиливающая планка; 3 — нижняя обвязка; 4 —
усиливающая накладка; 5, в и 7 — листы поперечной
балки, соответственно верхний, « вертикальных"! и
нижние; 8 — уент^в&юш^гп накладки
трехосные тележки конструкции КрВЗ и
УВЗ. Выпуск этих вагонов был прекращен, так как более перспективными
были признаны восьмиосные полувагоны.
Восьмиосный универсальный цельнометаллический полувагон (рис. . 64) с
торцовыми дверями и люками в полу (мод.
12-541) производит УВЗ. Полувагон имеет
раму и кузов, состоящий из боковых
стенок,
торцовых
дверей
и
22
штампосварных крышек люков, взаимозаменяемых с крышками
люков четырехосных полувагонов. В закрытом положении эти
крышки образуют пол вагона. Рама состоит из хребтовой балки и
двенадцати поперечных балок, в том числе двух передних и двух
шкворневых. Хребтовая балка изготовлена из двух зетобразных
профилей № 31 и двутавра № 19, а в местах ее пересечения со
шкворневыми балками усилена надпятниковыми коробками и
специальными накладками. В местах пересечения с поперечными
балками внутри зетобразных профилей хребтовой балки вварены
ребра жесткости. Шкворневые балки имеют коробчатое сечение и
состоят из двух вертикальных и двух горизонтальных листов.
Промежуточные балки имеют двутавровое сечение. Верхние
горизонтальные листы всех поперечных балок имеют продольные
гофры, высота которых больше, чем высота гофров крышек люков.
Вследствие этого при перевозке длинномерных грузов нагрузка
передается только на раму вагона, а крышки люков разгружаются.
Наличие гофров на поперечных балках способствует также лучшей
разгрузке сыпучих грузов.
В местах соединения с нижней обвязкой боковых стен поперечные балки имеют усиление в виде двух штампованных накладок
(рис. 65). Высота поперечных балок в местах соединения их со
стойками увеличена, что значительно повышает прочность заделки
последних. Наличие на поперечных балках специальных планок,
наклоненных на угол открывания крышек люков, уменьшает
попадание на тележки и путь сыпучих грузов при разгрузке вагонов
через люки. Боковая стена полувагона состоит из верхней обвязки
замкнутого по всей длине сечения специального штампованного
профиля и подштампованного по концам уголка, нижнего пояса из
уголка 160x100x9 мм, угловых и промежуточных стоек и
корытообразной штампованной обшивки толщиной 5 мм. Все
промежуточные стойки выполнены из прокатного омегообраз-
181
ного профиля. В местах соединения с поперечными балками промежуточные стойки имеют усиления в виде приварных планок,
замыкающих омегообразный профиль. Шкворневые стойки имеют
также усиливающие накладки, приваренные точечной сваркой к их
наружным стенкам.
Торцовые двери восьмиосного полувагона прикреплены к угловым стойкам на трех петлях. Эти двери состоят из двух створок,
имеют усиленный каркас и гофрированную обшивку толщиной 5
мм. Снизу и сверху торцовые двери снабжены запирающими
устройствами для удержания их в закрытом положении. Угловые
стойки, имеющие коробчатое сечение, выполнены из двух штампованных профилей с усиливающими ребрами в зоне соединения с
передней балкой. Основные технические характеристики выпускаемых полувагонов приведены в табл. 19.
Аналогичный восьмиосный полувагон разработан КрВЗ. Он
имеет обшивку стен из гнутых профилей и другие отдельные
конструктивные отличия (мод. 12-737). Отработка конструкции
восьмиосных полувагонов продолжается. Большое значение имеют
работы по улучшению их технико-экономических показателей.
Построены опытные образцы вагонов с принципиально новыми
схемами опоры кузова на двухосные тележки, разработанных УВЗ,
ВНИИВ и МИИТ. Отличительной особенностью этих полувагонов
является отсутствие тяжелых (2,5 тс каждая) соединительных балок
четырехосных тележек и соответственно меньший вес тары.
Опытные четырех- и шестиосные полувагоны со сварными кузовами
из высокопрочных алюминиевых сплавов построены УВЗ.
Четырехосный полувагон грузоподъемностью 66 тс, кузов и рама
которого выполнены из специальных алюминиево-магиие-вых
прессованных профилей и панелей, а крышки люков типовые
(стальные), имеет такие же линейные размеры, как и стальной
вагон мод. 12-532, но его тара снижена до 19,2 тс (взамен 22,4 тс), т.
е. более чем на 3 тс. В конструкции опытного универсального
шестиосного полувагона из алюминиевого сплава АМгб тара была
снижена на 3,4 тс, а грузоподъемность вагона повышена с 94 до 97
тс.
Ждановский завод тяжелого машиностроения изготовляет
четырехосные полувагоны грузоподъемностью 64 тс (мод. 12-150),
сконструированные на базе четырехосного универсального цельнометаллического полувагона грузоподъемностью 63 тс (модели
12-726), но в отличие от него не имеющие люков в полу. Настил
пола выполнен из стального листа толщиной 6 мм.
ВНИИВ, УВЗ и ЖЗТМ совместно разрабатывают конструкции
восьмиосных полувагонов с глухим кузовом и с погонной нагрузкой на 1 м пути до 11,0 тс, вписываемых в габарит Т. Опытные об1 Авторские свидетельства № 420491 (Бюллетень изобретений № 11, 1974 г.)
и № 185954 (Бюллетень изобретений № 18, 1966 г.).
182
Таблица
19
разцы таких полувагонов уже построены и проходят испытания.
Полувагоны с глухим кузовом не имеют люков в полу и торцовых
дверей. Они предназначены для использования на определенных
замкнутых маршрутах с большими и устойчивыми грузопотоками
угля, руды и тому подобных грузов.
Кроме вагонов колеи 1520 (1524) мм, для Южно-Сахалинского
отделения Дальневосточной ж. д. создан цельнометаллический
универсальный четырехосный полувагон колеи 1067 мм грузоподъемностью 52 тс (мод. 12-463). Конструкция его кузова аналогична конструкции кузова цельнометаллического универсаль-
183
ного вагона колеи 1520 (1524) мм. Линейные размеры этих вагонов по
длине такие же, объем кузова меньший (55 м3) из-за уменьшения
ширины и высоты.
§ 30. КРЫТЫЕ ВАГОНЫ
Для перевозки грузов, требующих защиты от атмосферных осадков,
а также скота и другой живности предназначены крытые грузовые
вагоны, которые могут быть универсальными и специальными.
Универсальные крытые вагоны имеют большой удельный вес в
вагонном парке страны. Алтайский вагоностроительный завод серийно
выпускает универсальный крытый вагон (рис. 66) грузоподъемностью
63 тс (мод. 11-066). Вагон имеет кузов, состоящий из стальной рамы с
настилом пола из досок, двух боковых и двух^ торцовых стен с
металлическим каркасом, раскосно-стоечной конструкции с
деревянной обшивкой и металлической крыши с обшивкой внутри.
Несущие элементы кузова изготовлены из легированной стали 09Г2Д.
Вагон вписан в габарит 0-Т, имеет объем кузова 120 м3, длину по
автосцепкам 14 730 мм, по концевым балкам рамы 13 870 мм и вес
тары примерно 22 тс.
Рама (рис. 67) имеет хребтовую балку / из двух зетобразных
профилей № 31, две боковые балки 2 из швеллера № 20 (200 х X76X5,2
мм), две шкворневые балки 4 замкнутого профиля, сваренные из двух
вертикальных листов толщиной 6 мм и двух горизонтальных листов
(верхний толщиной 8 мм и нижний 10 мм), две основные 5 и две
дополнительные 6 поперечные балки, продольные промежуточные
балки 8 для опоры досок пола, две сварные концевые балки 3 и
концевые раскосы 7. Хребтовая балка оборудована задними упорами 9
автосцепки, объединенными с над-пятниковыми отливками и
передними упорами 10 с розетками. Розетки автосцепок с каждого
конца вагона углублены на 180 мм,
Рис. вв. Четырехосный крытый вагон с деревянной обшивкой
184
Рис. 67. Рама крытого вагона
что повышает длину и объем кузова без увеличения длины вагона
по автосцепкам. На шкворневых балках установлены пятники,
скользуны и упорные планки для домкратов. Настил пола выполнен из досок толщиной 55 мм, окантованных гнутым угловым
профилем 45x45x4 мм. Настил пола укреплен болтами и специальными скобами на балках рамы.
Каркас боковой стены кузова имеет верхнюю обвязку из специального профиля 65x80x80x65x6 мм, две угловые стойки из
гнутого профиля 100 х 100X6 мм, две шкворневые и две промежуточные стойки из омегообразного гнутого профиля 220х80х50х Х7
мм, две дверные сварные стойки и раскосы из прокатных или
гнутых зетобразных профилей сечением 80x65x6 мм. Стены на 2/3
высоты обшиты досками толщиной 35 мм. Верхние доски имеют
толщину 22 мм. Доски соединены с каркасом болтами. В стенах у
промежуточных стоек на высоте 2250 мм от пола имеются люки с
запирающимися штампованными из листа 2 мм крышками. В
середине боковых стен имеется дверной проем 2000 X Х2300 мм с
самоуплотняющейся задвижной дверью, позволяющей перевозить
зерно без специальных щитов. Дверь имеет каркас из гнутых и
прокатных профилей с обшивкой гофрированным листом
толщиной 1,4 мм и фанерой толщиной 8 мм. Дверь подвешена
сверху и передвигается на роликах с шарикоподшипниками по
установленному на каркасе кузова рельсу.
Торцовая стена имеет две стойки из гнутого омегообразного
профиля 230 х 100 х 6 мм, приваренные к верхней обвязке и раме.
Стены обшиты досками толщиною 35 мм (нижние) и 22 мм (верхние).
Деревянная обшивка при повышенных скоростях соударения (10—
15 км/ч) во время маневров часто повреждается. В связи с этим
разработана конструкция цельнометаллической стены с обшивкой
стальным листом толщиной 3 мм, имеющим
185
в горизонтальном направлении гофры высотою 90 мм и шагом 300
мм.
Крыша состоит из дуг корытообразного гнутого профиля 60 X 50
X 3 мм и продольных стрингеров из гнутых уголков 32 X 32 X 3 мм,
обшитых сверху листом (сталь повышенной коррозионной стойкости
10ХНДП) толщиной 1,5 мм с гофрами в поперечном направлении. По
торцам крыши поставлены фрамуги с выштамповками для жесткости.
Обвязкой крыши служат верхние обвязки боковых и торцовых стен.
Крыша подшита изнутри двухслойными древесноволокнистыми
плитами, которые прикреплены гвоздями к деревянным брускам в ее
дугах. Крыша оборудована четырьмя загрузочными люками 0 400 мм
с крышками, двумя типовыми разделками для труб отопления и
помостами. Внутри кузова установлено несъемное оборудование,
необходимое для монтажа типового съемного оборудования при
перевозках людей.
В последние годы создан универсальный крытый цельнометалческий вагон (рис. 68) грузоподъемностью 63 тс с уширенными дверными проемами (мод. 11-217) и весом тары 23 тс, который заменит в
серийном производстве вагоны с деревянной обшивкой. Он спроектирован на базе вагона с деревянной обшивкой и в основном
отличается наличием металлической обшивки и широких дверных
проемов.
Боковые балки рамы изготовлены из швеллера № 14, усиленного в
зоне дверного проема швеллером № 8. Боковая стена имеет десять
стоек и верхнюю обвязку, обшитые металлическими листами с
горизонтальными гофрами. Восемь из этих стоек изготовлены из
омегообразного гнутого профиля 80 X 76 X 33 X 5 мм, а две дверные
— из зетобразного профиля № 8 и приваренного к нему угольника 75
X 50 X 6 мм, служащего притвором двери. Верхней обвязкой боковой
стены служит уголок 90 X 56 X 8 мм. Толщина металлической
обшивки внизу 3 мм, а вверху 2 мм. Боковые стены имеют по два
загрузочных люка и по одному уширенному дверному проему (3825
мм), в котором установлены две задвижные самоуплотняющиеся под
распирающим действием зерна двери с верхней подвеской на роликах
к рельсу. Двери металлические, обшитые внутри фанерой толщиной 8
мм. Люк внизу одной из дверей служит для снятия распирающего
действия зерна перед выгрузкой. Дверь имеет средний замковый стык
и механизм запирания, обеспечивающий необходимое уплотнение.
Торцовые стены состоят из угловых стоек (гнутый профиль 80 X
80 X 6 мм) и верхней обвязки (уголок 90 X 56 X 8 мм), обшитых
листом толщиной 3 мм с горизонтально направленными
трапецеидальными гофрами высотой 90 мм и шагом 300 мм. Боковые
и торцовые стены внутри обшиты влагостойкой фанерой толщиной 10
мм. Крыша и ее оборудование в основном такие же, как у вагона с
деревянной обшивкой. Для облегчения ремонта крыши разработана и
испытывается ее съемная конструкция. Обвязка
186
такой
крыши
соединена
заклепками
с
верхними
обвязками стен. ВНИИВ и АВЗ
ведут работы по замене
внутренней обшивки стен и
крыши полимерными покрытиями,
наносимыми
напылением. Опытные образцы
универсальных
крытых
вагонов грузоподъемностью
65 тс (мод. 11-207) с кузовом
и рамой из высокопрочного
алюминиево-маг-ниевого
сплава изготовлены АВЗ. Эти
вагоны имеют объем кузова
130 м3 (на 10 м3 больше, чем
серийные), длину по осям
автосцепок 15 730 мм (по
концевым балкам 14 870 мм) и
вес тары 19,4 тс, что на 3,6 тс
меньше,
чем
вес
тары
цельнометаллического
стального вагона.
АВЗ и ВНИИВ разработана
конструкция
универсального
крытого
цельном
еталлического
вагона из крупных блоков,
допускающая
механизированную сборку вагонов
на потоке, что значительно
снижает трудоемкость их
изготовления. В частности,
протяженность сварных швов
уменьшена почти на 30%.
Одновременно
вес
тары
вагона снижен на 2 тс при
увеличении грузоподъемности
и объема кузова. Для дверей,
крышек люков боковых стен
и крыши приме-
187
Рис. 69. Четырехосный вагон с раскрывающейся крышей
нены алюминиевые сплавы. Внутри вагона взамен облицовки стен
и крыши фанерой и древесноволокнистыми плитами применено
полимерное покрытие, наносимое напылением. Два опытных
вагона такой конструкции проходят всесторонние испытания.
) Было разработано и опробовано несколько конструкций вагонов
с продольно-раздвигающейся крышей, созданных на базе
универсального крытого вагона с деревянной обшивкой. Однако
испытания этих конструкций показали их недостаточно надежную
работу в зависимости от климатических условий нашей страны, так
как на крыше образуются наледи, замерзает вода, попадает и
затвердевает снег и грязь. Все это приводило к тому, что
открывание и закрывание крыш сильно затруднялось, требовалась
трудоемкая очистка крыши, затрудняющая эксплуатацию этих
вагонов.
С учетом этого опыта была разработана конструкция крытого
специализированного вагона (рис. 69) грузоподъемностью 60 тс с
поперечно-открывающейся крышей для перевозки холоднокатаной
стали в рулонах и пачках без специальной упаковки. У такого
вагона (мод. 11-247) обшивка гладкая, дверей нет, крыша открывающаяся, что обеспечивает погрузку при помощи кранов.
Открывает и закрывает крышу один человек при помощи ручного
гидравлического привода. Для укладки и крепления перевозимых
рулонов или пачек стали вагон оборудован специальными
передвижными упорами и поворотными опорными балками, закрепленными на полу. Конструкция вагона рекомендована для
серийного производства. Такие же вагоны, но большей высоты и с
другим внутренним оборудованием можно применять при перевозке
самых различных грузов, требующих погрузки кранами (бумага в
рулонах, дорогое оборудование и т. д.).
I AB3 и ВНИИВ создали конструкцию крытого двухъярусного
вагона (мод. 11-240) для перевозки крупного и мелкого скота. В
вагоне можно перевозить мелкий скот на двух ярусах, крупный
188
скот на нижнем ярусе, а также выполнять комбинированные
перевозки крупного и мелкого скота. Вагон (рис. 70) спроектирован
на базе универсального крытого вагона с деревянной обшивкой
(мод. 11-066), но имеет большую высоту. Кузов вагона состоит из
стального каркаса раскосно-стоечной конструкции, обшитого
досками толщиной 35 мм. Металлическая крыша вагона, имеющая
теплоизоляцию толщиной 50 мм, подшита древесноволокнистыми
плитами. Рама вагона сварная, пол нижнего и верхнего ярусов
изготовлен из досок толщиной 55 мм. Вагон оборудован облегченными задвижными дверями, увеличенными по высоте. Размер дверного проема в свету 2000 X 2577 мм.
В вагоне на каждом ярусе вдоль одной из стен установлены
кормушки и корыта для кормления скота, а в зоне дверных проемов
на стенах укреплены две двухстворчатые поворотные решетчатые
двери. Установив их поперек вагона, можно каждое помещение
разделить на два отсека, что позволяет рассредоточить скот и
выделить площадь для хранения фуража и приготовления корма.
На второй ярус ведет лестница. Вагон оборудован системой
водоснабжения, которая состоит из двух баков для воды емкостью
1500 л, расположенных по концам вагона, и из трубопроводов. Для
вентиляции помещений в боковых стенах на каждом ярусе имеются
люки с откидными крышками, а в крыше — дефлекторы. В настиле
пола второго яруса имеются люки для установки трапа и погрузки
скота, а в боковых стенах — окно для освещения. Некоторые вагоны
(мод. 11-246) имеют отделение для проводника со спальными
местами, плитой и умывальником. Это отделение выделено за счет
уменьшения длины грузового помещения.
Высокий уровень механизации погрузочно-разгрузочных работ
обеспечивают выпускаемые ДВЗ специальные четырехосные кры-
Рис. 70. Четырехосный двухъярусный крытый вагон для перевозки скота
189
тые цельнометаллические
вагоны грузоподъемностью
60 тс (мод. 10-475) с поднимающимися
кузовами
(рис. 71), предназначенные
для перевозки апатитового
концентрата. При наезде на
эстакаду поезда из таких
вагонов
происходит
автоматическая разгрузка
во время движения, при
этом используется сила
тяги локомотива. Объем
вагона 48 м3, вес тары 26,5
тс, габарит 1-Т, длина по
осям автосцепок 11 630
мм.
Вагон состоит из кузова, нижней рамы и механизмов, связывающих ее с
кузовом. Кузов вагона
состоит из двух боковых и
двух торцовых стен, продольной и двух поперечных балок, четырех крышек, образующих пол вагона, и крыши с люками.
Боковые и торцовые стены
имеют сварные каркасы,
состоящие из верхних и
нижних поясов и стоек из
гнутых профилей, обшитых с внутренней стороны
листами толщиной 3 мм с
вертикальными
выштамповками — гофрами.
Продольные и поперечные балки выполнены из
двутавра № 45. Продольная балка, проходящая
вдоль всего кузова, имеет
сверху штампованный профиль, выполненный под
углом 30°. На балке имеются упорные кронштейны, кронштейны связывающих рычажных механизмов и петли для шарнир-
ного крепления крышек, Имеющих каркас, перекрытый сверху
двойным металлическим настилом. Между листами настила находится термоизоляционный слой из пенопласта толщиной 50 мм. В
транспортируемом положении крышки образуют пол вагона. На
крышках над тележками на петлях установлены щитки, предохраняющие тележки от попадания на них сыпучих грузов при
разгрузке. Крыша вагона состоит из набора дуг, обшитых
гофрированными листами толщиной 2,5 мм. По обе стороны
крыши расположены два щелевых люка, каждый из которых
перекрыт тремя крышками на петлях.
Кузов оборудован двумя парами бегунков диаметром 310 мм,
вращающихся на конических роликовых подшипниках. Одна пара
бегунков расположена в гнездах нижней обвязки торцовой стены
одного конца вагона, а другая — в гнездах верхней обвязки стены
другого конца вагона. При установленных бегунках вагон вписывается в габарит Т. Нижняя рама имеет хребтовую (два двутавра
№ 45, перекрытых листами), четыре опорные поперечные и две
шкворневые балки. Продольная балка кузова соединена с нижней
рамой двумя рычажными механизмами, позволяющими кузову во
время разгрузки перемещаться относительно рамы в вертикальном
направлении.
При разгрузке локомотив перемещает вагоны со скоростью до 5
км/ч через разгрузочную эстакаду. При этом бегунки кузова набегают на направляющие эстакады и поднимают кузов над нижней
рамой вагона. В этот момент крышки разгрузочных люков
наклоняются под углом 50° к горизонту, и происходит выгрузка.
При сходе с эстакады вагон принимает транспортируемое положение.
Для Южно-Сахалинского отделения Дальневосточной ж. д.,
имеющего колею 1067 мм и свой габарит подвижного состава, АВЗ
разработал две конструкции универсальных крытых вагонов: вагон
грузоподъемностью 40 тс с деревянной обшивкой кузова (мод. 11208) и вагон грузоподъемностью 50 тс с металлической обшивкой
кузова (мод. 11-227). Они максимально унифицированы с
конструкциями крытых универсальных вагонов колеи 1520 (1524
мм), но имеют меньшую ширину и высоту в соответствии с
требованиями габарита.
§ 31. ЦИСТЕРНЫ
Разновидности цистерн. ЖЗТМ разработаны цистерны многих
типов. По роду перевозимых грузов различают цистерны для перевозок нефтепродуктов; кислот и аналогичных им агрессивных
продуктов; сжиженных газов; пищевых продуктов; сыпучих грузов;
затвердевающих и застывающих грузов; химических грузов.
Для обеспечения постройки цистерн большой номенклатуры с
наименьшими затратами и наибольшей производительностью
191
труда заводом проведена работа по унификации их основных узлов
и оборудования. Большинство" строящихся цистерн — четырехосные, рамной конструкции. Каждая такая цистерна, независимо от
назначения, состоит из рамы (платформы) с тормозным и автосцепным оборудованием, ходовых частей, котла с арматурой, оборудования, отвечающего специфическим требованиям, связанным с
перевозкой различных грузов.
Рамы (платформы) четырехосных цистерн унифицированы.
Сварная рама состоит из хребтовой, двух шкворневых и двух
концевых балок, соединенных со шкворневыми балками короткими
боковыми балками. Хребтовая балка сварена из двух швеллеров №
30, перекрытых накладками (сверху сечением 480 X 8 мм, а снизу
сечением 490 X 6 мм). На хребтовой балке имеются кронштейны для
подвески тормозного оборудования, планки для крепления котла в
средней части, задние и передние упоры автосцепки с розетками и
надпятниковыми коробками.
Каждая шкворневая балка переменной высоты коробчатого сечения сварена из двух вертикальных листов толщиной 10 мм и двух
горизонтальных листов толщиной 8 мм. На шкворневой балке
смонтированы пятник, скользуны и планки для установки домкратов при подъеме вагонов. На верхнем листе шкворневой балки
есть штампованные из листа стали диафрагмы-опоры, которые
сверху имеют радиальную форму. На каждой такой опоре укреплены желоба, в которые установлены и прикреплены болтами деревянные бруски. Такие бруски есть также над хребтовой балкой. Они
имеют радиальную форму для опирания на них котла цистерны.
Радиальная поверхность опор должна соответствовать наружному
радиусу нижнего листа котла. В верхнем и нижнем листах
шкворневых балок есть отверстия для болтов стяжных хомутов,
которые крепят котел.
| Концевые и короткие боковые балки изготовляют из штамповок
Г-образной формы толщиной 6 мм. На концевой балке укреплены
кронштейны для установки сигнального фонаря, расцепного рычага
автосцепки, поручня сцепщика и т. д. Сварные рамы цистерн пока в
основном изготовляют из углеродистой стали ВСтЗсп5 (ГОСТ
380—71). Рамы цистерны устанавливают на две тележки ЦНИИ-ХЗО. Рассмотренные рамы (платформы) являются типовыми для
большинства цистерн, но в зависимости от специфики перевозимых
грузов могут иметь дополнительное оборудование. Все они имеют
длину по осям автосцепок 12 020 мм, по концевым балкам рамы 10
800 мм и базу 7800 мм.
Для небольшого количества цистерн, перевозящих легкие грузы,
необходимы рамы (платформы) большей длины: по осям автосцепок
16 120 мм, по концевым балкам рамы 14 900 мм, база 10 300 мм
(цистерны для кальцинированной соды и поливинил-хлорида). Эти
рамы имеют хребтовые балки из двух зетобразных •профилей № 31.
Их изготовляют из низколегированной стали 09Г2С.
192
Крепление котлов цистерн на рамах унифицировано. Котлы
крепят в середине и по концам. Котел свободно укладывают нижним
(броневым) листом на деревянные брусья опор, установленных на
шкворневых балках рамы. В середине нижней части котла фасонные
лапы, приваренные к броневому листу, соединяют при-зонными
болтами с опорными планками, приваренными к хребтовой балке.
Котел с каждого конца крепят к опорам на шкворневых балках двумя
стяжными хомутами, которые, предотвращая вертикальное и
поперечное перемещения котла относительно рамы, допускают
некоторое продольное перемещение концов котла относительно рамы
при температурных деформациях (например, когда в котел наливают
горячий груз). В последнее время разработаны конструкции
безрамных цистерн, у которых отсутствует сквозная хребтовая балка,
а продольные нагрузки воспринимает котел.
Котлы всех цистерн, независимо от их типа и назначения, оборудованы лестницами с поручнями и помостами с ограждениями,
обеспечивающими обслуживающему персоналу свободный доступ к
установленному наверху оборудованию.
Цистерны для нефтепродуктов. До 1971 г. выпускалась четырехосная цистерна грузоподъемностью 60 тс с котлом из углеродистой стали, предназначенная как для светлых (бензин, лигроин и т.
п.), так и для темных (нефть, топливо, минеральные масла и т. п.)
нефтепродуктов. Котел этой цистерны для налива нефтепродуктов
сверху имеет небольшой колпак диаметром 570 мм и высотой 300
мм с люком, который герметически закрыт крышкой с восемью
откидными болтами. Опорное кольцо горловины люка для
герметичности уплотнено бензостойкой резиной. В колпаке
размещены устройство для определения уровня заполнения котла и
привод основного затвора сливного прибора.
Для слива снизу в середине нижнего листа котла установлен
универсальный сливной прибор конструкции О. Г. Бойчевского, Л.
С. Сигина и Л. А. Шадура. В этом приборе обеспечена полная
герметичность основного затвора и есть дополнительный независимый затвор, предотвращающий течь при неисправном основном
затворе. Прибор позволяет наливать котел снизу при помощи насоса.
В верхней части котла, рядом с колпаком установлен предохранительно-впускной клапан, отрегулированный на внутреннее
давление в котле 1,5 ат и на вакуум 0,2 ат. Для спуска в котел через
колпак есть внутренняя лестница.
Однако недостатком этой цистерны являлся небольшой объем
(полезный 60 м3, полный 61,2 м3), что не позволяло полностью использовать ее грузоподъемность при перевозке светлых нефтепродуктов, особенно бензина. Поэтому такие цистерны в 1971 г.
были сняты с производства, а взамен них стали строить цистерны
(рис. 72) грузоподъемностью 60 тс для перевозки светлых нефтепродуктов (мод. 15-1556) с полезным объемом котла 71,2 м3 и
полным 72,7 м3. Объем возрос в результате увеличения внутрен193
него диаметра котла с 2800 до 3000 мм и длины котла с 10 300 до
10 620 мм. Котел изготовляют из низколегированной стали 09Г2С.
Вес цистерны 24 тс Для перевозки высоковязких нефтепродуктов —
мазутов, смазочных масел и т. п. строят цистерны
грузоподъемностью 60 тс (мод. 15-897) с подогревом. Цистерна
имеет такую же конструкцию и оборудование, как и универсальная с
полезным объемом 60 м3, но нижняя часть котла дополнительно
оборудована паро-обогревательной рубашкой. Наружной стенкой
этой рубашки служит стальной лист толщиной Змм, а внутренней —
нижняя часть котла. Стенки связаны между собой каркасом из
уголкового проката. Пар поступает в рубашку через штуцер кожуха
сливного прибора, а выходит (пар или конденсат) через два
патрубка, расположенных в нижней части рубашки. Разработаны и
изготовлены опытные цистерны для вязких нефтепродуктов
грузоподъемностью 62 тс, что достигнуто благодаря увеличению
диаметра и длины котла (мод. 15-1566).
В 1963—1967 гг. было построено несколько тысяч шестиосных
цистерн для нефтепродуктов грузоподъемностью 90 тс с полезным
объемом котла 99 м3, а затем перешли на производство восьмиосных цистерн.
В настоящее время ЖЗТМ для перевозки светлых нефтепродуктов строит восьмиосные цистерны безрамной конструкции (рис.
73) грузоподъемностью 120 тс (мод. 15-871), имеющие полный
объем 140 м3, длину по осям автосцепок 21 120 мм, базу 13 790 мм,
вес тары 48 тс. Цистерны вписаны в габарит 1-Т. Котел цистерны
(внутренний диаметр 3000 мм) изготовлен из низколегированной
стали 09Г2С. Цилиндрическая часть котла сварена из нижнего листа
толщиной 12 мм и четырех листов по 9 мм. Днище штампуют из
листа толщиной 11 мм. В зоне опоры котла нижний лист усилен
листами шириной 1000 мм и толщиной 12 мм. Для повышения
устойчивости котел усилен в средней части двумя кольцевыми
шпангоутами, а над опорами с каждого конца — двумя разрезными
снизу шпангоутами, концы которых соединены с опорой котла.
Шпангоуты изготовляют из специального омегообраз-ного профиля,
применяемого для стоек полувагонов.
Котел оборудован двумя типовыми колпаками (0 570 и высотой 300 мм) с герметизированными крышками. В нижней
части котла по оси колпаков расположены два типовых
универсальных сливных прибора, приводы основных затворов
которых размещены в колпаках. Для обеспечения полного
слива нижний лист котла имеет уклоны к сливным приборам.
Сверху цистерны установлен типовой предохранительновпускной клапан, отрегулированный на внутреннее давление
1,5 кгс/см2 (0,15 МПа) и вакуум 0,2 кгс/см2 (0,02 МПа). Для
удобства обслуживания котел оборудован наружными и
внутренними лестницами. К котлу снаружи приварены
кронштейны для подвески тормозного оборудования.
195
К концевым частям котла
приварены опоры, которыми
он опирается на четырехосные
тележки (мод. 18-101). Опора,
являющаяся одновременно
консольной частью рамы, имеет
хребтовую (два зетобразных
профиля № 31) н шкворневую
балку, а также концевые и
боковые балки. На хребтовой
и концевой балках размещены элементы автосцепного устройства, а на
шкворневой — пятник,
скользуны и опоры для з
домкрата. Котел приварен к
шкворневой балке ребрами и
листами, а к хребтовой —
специальными лапами с
прорезями для о сварки.
В первых вариантах
конструкции цистерн по
концам котла в нижней В части
были предусмотрены НИШИ,
внутри которых размещали
хребтовые балки, ЧТО
ПОЗВОЛЯЛО
СНИЗИТЬ центр
тяжести цистерны. Однако это
сильно усложняло технологию
производства и снижало надежность котла. Опыт показал, что
при отмене ниши увеличение
высоты цистерны с 4610 до 4830
мм практически не сказалось на
ее динамических качествах, а
значительно упростило
технологию производства и
ремонта.
Цистерны для кислот. Все
цистерны для кислот—
четырехосные и отличаются
конструкцией котла. Котел
цистерны (рис. 74),
имеющей грузоподъемность 60 тс и предназначенной для
перевозки серной кислоты (мод. 15-140), изготовляют из
углеродистой стали ВСтЗспб. Полезный объем котла 32 м3.
Толщина нижнего листа цилиндрической части котла (внутренний
диаметр 2000 мм) и штампованных днищ 12 мм, а остальных трех
листов этой части 10 мм. Нижний лист имеет уклон к середине. В
центре имеется колпак диаметром 1200 мм, высотой 670 мм,
сливно-наливная труба 0 3", кран для выпуска и впуска воздуха и
предохранительно-впускной клапан, отрегулированный на
давление 2,5 кгс/см2 (0,25 МПа) и вакуум 0,2 кгс/см2 (0,02 МПа).
Налив и слив груза в цистерну — верхний. Для промывки котла и
отбора проб крышка люка колпака имеет смотровой патрубок 0
4". При засорении сливно-наливной трубы его можно
использовать для налива и слива перевозимого груза.
Котел цистерны грузоподъемностью 63 тс для улучшенной серной кислоты (мод. 15-1548) имеет конструкцию и оборудование такие же, как у цистерны для перевозки обычной серной кислоты,
но не имеет колпака. Этот котел изготовлен из двухслойной нержавеющей стали 20К + 10Х17Н13М2Т (ГОСТ 10885—75), что
обеспечивает сохранение высокого качества продукта. Полезный
объем котла 34,24 м3, внутренний диаметр 2200 мм. Нижний лист
и днище из стали толщиной 12 мм, а остальные листы цилиндрической части — толщиной 9 мм. Котел цистерны грузоподъемностью 60 тс для олеума (мод. 15-1402) отличается от котла
цистерны для серной кислоты наличием парообогревательной
рубашки в его нижней части. Конструкция рубашки такая же, как
у котла цистерны для вязких нефтепродуктов.
Котел цистерны (мод. 15-1406) грузоподъемностью"57,3 тс для
крепкой азотной кислоты (концентрация до 98%) сваривают из
алюминия АД0 (ГОСТ 17232—71). Толщина листов цилиндрической части котла 25 мм, а днищ 28 мм. Полезный объем котла
37,3 м3, внутренний диаметр 2214 мм. Котел имеет колпак, на
крышке которого размещены штуцер для отбора проб, предохранительно-выпускной клапан, указатель наполнения цистерны и
штуцер для манометра. Налив и слив кислоты — верхний. Для
защиты рамы, тормозного оборудования и других элементов от
случайно пролитой кислоты с обеих сторон котла имеются предохранительные щиты. На раме установлен ящик с известью для
нейтрализации пролитой кислоты.
Котел цистерны грузоподъемностью 61,5 тс (мод. 15-1404) для
слабой азотной кислоты (концентрация до 58%) сваривают из
нержавеющей стали 12Х18Н10Т (ГОСТ 5632—72). Котел состоит
из четырех продольных листов (нижнего толщиной 11 мм, двух
боковых по 9 мм, верхнего толщиной 8 мм) и двух днищ толщиной 12 мм. Оборудование его такое же, как у цистерны для
крепкой азотной кислоты. Полезный объем 44,47 м3.
Котел цистерны грузоподъемностью 62 тс для меланжа (мод.
15-1514) сваривают из экономнолегированной нержавеющей
стали
197
196
Рис. 75. Цистерна для сжиженного пропана
08Х18Г8Н2Т (ГОСТ 5632—72). Нижний лист и днища толщиной
10 мм, остальные листы по 9 мм. Нижний лист имеет уклон к
середине. Котел имеет устройство для верхнего налива и слива
предохранительно-впускной клапан, люк-лаз с расположенными на
крышке патрубком для отбора проб и штуцером для манометра.
Полезный объем котла 40 м3, внутренний диаметр 2414 мм.
Котлы цистерн для соляной кислоты грузоподъемностью 52,2 тс
(мод. 15-1403) и грузоподъемностью 59,4 тс (мод. 15-1554) аналогичны по конструкции и оборудованию, но отличаются размерами.
Котлы изготовляют из стали ВСтЗсп5. Сверху котла находятся два
люка: один с откидной крышкой для доступа при осмотрах и
ремонте; на крышке другого смонтировано устройство для верхнего
налива и слива и предохранительный клапан. Для защиты от
воздействия соляной кислоты, внутренняя поверхность котлов и
колпаков, а также наружная поверхность люков и котлов в зоне
люков гуммирована слоем резины толщиной 5 мм. На котлах
цистерн имеются гуммированные защитные фартуки.
Котел цистерны грузоподъемностью 60 тс для перевозки фенола
(мод. 15-898) такой же, как у цистерны грузоподъемностью 60 тс
для вязких нефтепродуктов, но его внутренняя поверхность, а
также все детали, соприкасающиеся с фенолом, оцинкованы. Для
последующего покрытия котла цинком имеется дополнительный
люк диаметром 570 мм.
Цистерны для сжиженных газов. Значительный удельный вес в
производстве занимают цистерны для перевозки сжиженных газов
(пропана, аммиака, хлора и др.). Особенностью большинства этих
цистерн является высокое рабочее давление, в связи с чем их котлы
имеют обечайки из листов повышенной толщины.
Котел цистерны (рис. 75) грузоподъемностью 22,9 тс для перевозки сжиженного пропана (мод. 15-1407) изготовляют из низколегированной стали 09Г2С. Толщина листов обечаек 26 мм, днищ
198
32 мм. Полезный объем котла 45,8 м3, внутренний диаметр 2600 мм.
Котел имеет колпак с защитным кожухом. На крышке колпака
установлено устройство для верхнего налива и слива груза, указатель уровня наполнения, карман для термометра и предохранительный клапан на давление 20 кгс/см2 (2 МПа). Рядом с колпаком вварен штуцер для манометра.
В последнее время были построены цистерны для пропана безрамной конструкции, увеличенных габаритных размеров, грузоподъемностью 41,8 тс (мод. 15-1558). Котел сваривают из стали
09Г2С. Днища котла толщиной 26 мм, а листы обечаек 24 и 26 мм
(в зоне опоры котла). Полезный объем 83,6 м3, внутренний диаметр
3000 мм. Цистерна вписана в габарит 1-Т. На концах котла
приварены короткие полурамы для опоры на тележки и установки
автосцепного и тормозного оборудования. Вся специальная арматура такая же, как у котла цистерны грузоподъемностью 22,9 тс.
Котел цистерны грузоподъемностью 30,7 тс (мод. 15-1408) предназначен для аммиака. Его оборудование такое же, как у котла
цистерны для пропана, но дополнительно в верхней части он имеет
кожух теневой защиты из листа толщиной 1,5 мм, предохраняющий
груз от нагревания солнцем. В последнее время для аммиака строят
безрамные цистерны грузоподъемностью 45,33 тс без теневой защиты, вписанные в габарит 1-Т.
Для перевозки сжиженного хлора строят цистерны грузоподъемностью 47,6 тс (мод. 15-1409) с теневой защитой и грузоподъемностью 55,8 тс (мод. 15-1566) без теневой защиты. Котлы этих
цистерн отличаются от котлов других цистерн для сжиженных
газов в основном размерами. Они рассчитаны на давление 15 ат.
Цистерны для пищевых продуктов. Котел цистерны грузоподъемностью 60,5 тс для патоки (мод. 15-1413) сваривают из углеродистой стали ВСтЗсп5. Толщина нижнего листа 11 мм, остальных
трех — 9 мм, а днищ 12 мм. Нижний лист котла имеет уклон к сливному прибору. Котел имеет люк 0 570 мм и высотой 300 км. В
крышке люка размещен указатель уровня заполнения цистерны.
Котел оборудован типовым универсальным сливным прибором для
слива снизу и внутренней лестницей. Нижняя часть котла имеет
парообогревательную рубашку для подогрева при сливе
загустевшей патоки. Объем котла 42,9 м3, диаметр 2410 мм.
Цистерна (рис. 76) грузоподъемностью 31,2 тс для молока (мод.
15-886) обеспечивает перевозку молока при температуре
наружного воздуха от 50 до —50° С. Она имеет трехсекционнып
котел из алюминия АД1 (ГОСТ 17232—71), сваренный из листов
толщиной 14—16 мм. Каждая секция объемом 10 м3 имеет люк-лаз
диаметром 570 мм с откидной крышкой, уплотненной специальной
пищевой резиной. Секция оборудована устройством для налива и
слива молока, указателем уровня молока поплавкового типа и
краном для впуска и выпуска воздуха. Молоко наливают через
трубу диаметром 76 мм, а сливают (самотеком или с использованием вакуумных насосов) из каждой секции раздельно.
199
Рис. 76. Цистерна для молока
| Котел цистерны грузоподъемностью 55,3 тс для виноматериалов (мод. 15-1542) является котлом-термосом. Он сварен из двухслойной стали ВСтЗсп5 + 12Х18Н10Т (ГОСТ 10885—75). Нижний
лист имеет толщину 11 мм, а остальные — 9 мм. Детали котла,
соприкасающиеся с продуктом, изготовляют из нержавеющей стали
12Х18Н10Т (ГОСТ 5632—72). Нижний лист имеет уклон к
сливному прибору. Котел имеет люк-лаз, установленный на расширительном колпаке, предохранительно-впускной клапан, отрегулированный на избыточное давление 1,5 кгс/см2 (0,15 МПа) и
вакуум 0,15кгс/см2 (0,015МПа). Для транспортирования молока и
виноматериалов котлы цистерн снаружи имеют теплоизоляцию из
стеклянного штапельного волокна МРТ-35 (ГОСТ 10499—67).
Толщина изоляции соответственно 200 и 250 мм. Сверху есть
защитный кожух из стального листа толщиной 1,5 мм.
Цистерны для сыпучих грузов. В цистернах специальной конструкции можно перевозить некоторые сыпучие порошкообразные
грузы, которые приобретают свойства текучести при аэрации, обеспечивающей полную выгрузку продукта. Строят цистерны для
цемента, кальцинированной соды и поливинилхлорида.
Котел цистерны для цемента грузоподъемностью 61 тс (мод. 151405) такой же, как и универсальной цистерны для нефтепродуктов
грузоподъемностью 60 тс, но дополнительно оборудован
устройствами для погрузки и аэропневмовыгрузки цемента. Кроме
люка диаметром 570 мм с герметизированной крышкой и внутренней лестницей, на котле размещены патрубки диаметром 200 мм с
откидными крышками и наконечниками для присоединения шлангов
для погрузки и патрубок для установки указателя уровня заполнения котла цементом. Внутри котел двумя рассекателями и
четырьмя боковыми откосами, установленными с уклоном к разгрузочному патрубку, разделен на две части — верхнюю грузовую и
нижнюю (подоткосную), которые для выравнивания давления
соединены трубами. На стыках откосов и рассекателей раз200
мещены четыре аэролотка, а вблизи разгрузочного патрубка —
аэроплитки для взрыхления цемента сжатым воздухом. Снизу котла
укреплен ящик, в котором установлены краны для впуска воздуха
от компрессора в аэролотки и раздаточный шланг, а также
предохранительный клапан на давление 2 кгс/см2 (0,2 МПа). Загрузку и выгрузку осуществляют воздухом через шланги на специальных складах, оборудованных компрессорами. Разгружать
цистерны можно в приемные устройства, расположенные под
землей или на высоте до 25 м. Вес тары цистерны 24,5 тс, полезный
объем 53,7 м3.
Цистерна для кальцинированной соды (мод. 15-884) грузоподъемностью 54 тс имеет котел, сваренный из низколегированной
стали 09Г2С (нижний лист толщиной 10 мм, остальные — 9 мм;
днище толщиной 11 мм). Длина котла 14 690 мм, поэтому цистерну
устанавливают на раму (платформу) с удлиненной базой 10 300 мм.
Устройство и специальное оборудование котла принципиально такие же, как котла цистерны для цемента. Полезный объем цистерны
83,6 м3, вес тары 31,3 тс. Цистерна вписана в габарит 0-Т.
Котел цистерны (рис. 77) грузоподъемностью 55 тс для поливинилхлорида (мод. 15-1498) состоит из двух соединенных автономных секций, расположенных с наклоном под углом 6° к середине. Котел сварен из двухслойной стали ВСтЗсп5 + 12Х18Н10Т
(толщина нижних листов 10 мм, а остальных 8 мм). Сверху каждой
секции котла имеются люк 0 570 мм, два загрузочных патрубка 0
200 мм с откидными крышками и наконечниками для присоединения шлангов при погрузке, патрубок для установки указателя
уровня заполнения котла и предохранительный клапан на избыточное давление 2 кгс/см2 (0,2 МПа). Внутри смонтированы устройства для аэропневмовыгрузки. Котел смонтирован на раме с базой
10 300 мм; по конструкции он такой же, как и у цистерны для
кальцинированной соды. Котел загружают через патрубки,
свободно засыпая груз или подавая его под давлением. Разгружают
котел под давлением, подавая груз по трубопроводам на расстояние
до 50 м на любую сторону цистерны. Цистерна вписана в габарит 0Т.
Цистерны для затвердевающих и застывающих грузов. Конструкции таких цистерн разнообразны, но все они имеют наружную
термоизоляцию толщиной 200 мм из стеклянного штапельного волокна МРТ-35 и других материалов. Цистерны закрыты снаружи
кожухом из стального листа толщиной 1,5 мм и имеют различные
системы подогрева груза перед разгрузкой.
Котел цистерны для расплавленной серы (рис. 78) грузоподъемностью 56,6 тс (мод. 15-1480) изготовляют из двухслойной стали
ВСтЗсп5 -f 12Х18Н10Т (толщина нижнего листа 10 мм, днищ 12 мм
и остальных листов 8 мм). Объем 31,8 м3, внутренний диаметр
котла 2000 мм. Сверху котла имеется люк,, на крышке которого
установлены два вентиля для продувки котла, указатель уровня
заполнения и предохранительный клапан. Серу наливают при
201
температуре 135—150° С. Для подогрева серы, застывшей при
транспортировании, между котлом и изоляцией установлены трубчатые электронагреватели переменного тока напряжением 380 В.
Слив груза — нижний.
Цистерна для пасты сульфанола грузоподъемностью 53,7 тс
(мод. 15-1417) имеет котел из листов стали ВСтЗсп5 (нижний лист
толщиной 11 мм, два боковых9 мм, два верхних 8 мм и днище 11 мм).
Сверху котла имеются люк-лаз с откидной крышкой, два штуцера 0
100 мм, внутренний обогревательный змеевик из труб 0 60 мм
(нержавеющая
сталь),
предохранительно-впускной
клапан,
воздушный кран 0 50 мм, универсальный сливной прибор для
нижнего слива груза и другая специальная аппаратура. Для
разогрева застывшей пасты перед сливом в змеевик подают насыщенный пар под давлением 6 ат при температуре около 150° С.
Жидкий пек транспортируют в цистернах грузоподъемностью
57,8 тс (мод. 15-1532). Котел сварен из стали ВСтЗсп5 (толщина
нижнего листа 11 мм, остальных 9 мм, а днища 12 мм). Нижний
лист имеет уклон к середине, что обеспечивает лучший слив. Полезный объем котла 50 м3. Котел имеет люк-лаз 0 570 мм с крышкой, оборудованной предохранительной мембраной, трубами слива
и налива, термопарой для измерения температуры продукта.
Жидкий пек наливают в цистерну при температуре 300° С. Для
подогрева груза при сливе есть система электрообогрева (мощностью 90 кВт), обеспечивающая разогрев с температуры 150° С до
температуры слива за 12 ч. Сливают груз выдавливанием или
оппонированием.
Нафталин транспортируют в цистернах грузоподъемностью
50,8 тс (мод. 15-1536), котел и оборудование которых такие же, как
у цистерны для жидкого пека.
Капролактам транспортируют в цистернах грузоподъемностью
50 тс (мод. 15-1582), котлы которых сваривают из нержавеющей
стали 08Х22Н6Т (ГОСТ 5632—72). Внизу к котлу приварена парообогревательная рубашка из листовой стали со штуцерами и заглушками для впуска и выпуска пара. Котел вместе с парообогревательной рубашкой покрыт термоизоляцией. Котел оборудован
предохранительным клапаном, специальной арматурой, внутренней
лестницей и сливно-наливным устройством. Наливают котел сверху
при температуре капролактама 90° С, а сливают — насосом.
Полезный объем цистерны 49,5 м3, вес тары 26,8 тс. Цистерна
вписана в габарит 0-Т.
Цистерны для химических и других грузов. Строят также
цистерны для перевозки других химических продуктов: ядохимикатов, этиловой жидкости, желтого фосфора и т. п. Кроме цистерн
колеи 1520 (1524) мм, для Южно-Сахалинского отделения Дальневосточной ж. д., имеющего колею 1067 мм, разработаны цистерны
двух типов для нефтепродуктов — четырехосная универсальная
цистерна грузоподъемностью 46 тс для светлых и темных нефтепродуктов и четырехосная цистерна грузоподъемностью 46 тс для вяз202
203
ких нефтепродуктов. Эти цистерны унифицированы с цистернами
соответствующего назначения колеи 1520 (1524 мм), но имеют
меньшие размеры по ширине и высоте в соответствии с требованиями габарита.
До 1939 г. строили цистерны для битума с наружной изоляцией
котла и расположенными внутри змеевиками для разогрева затвердевшего битума паром. Эти цистерны вследствие частых повреждений змеевиков работали ненадежно. По предложению А. А.
Скорбященского на ДВЗ были разработаны специальные бункерные
вагоны для перевозки нефтебитума.
Вагон (рис. 79) грузоподъемностью 40 тс для нефтебитума (мод.
17-431) состоит из рамы, четырех поворотных бункеров, ходовых
частей и другого оборудования. Раму и бункера изготовляют из
низколегированной стали 09Г2Д. Рама состоит из хребтовой, двух
боковых, двух шкворневых, двух концевых балок и пяти опор для
установки четырех бункеров. Хребтовая балка сварена из двух
двутавров № 55, боковые балки изготовлены также из двутавров №
55. Шкворневая балка коробчатого сечения сварена из двух
вертикальных (толщиной 8 мм) и двух горизонтальных (10 мм)
листов. Опоры бункеров — сварные коробки трапецеидальной
формы, имеющие сверху зубчатые рейки. На эти рейки при помощи
зубчатых секторов, устанавливают бункера, а внутри опор
размещают механизмы их поворота (опрокидывания).
Бункер имеет каркас с двойной обшивкой из стальных листов —
внутренней и наружной. Пространство между обшивками служит
паровой рубашкой, в которую через штуцера подают пар. В результате битум перед выгрузкой оплавляется. Бункер при выгрузке
можно опрокидывать на любую сторону пути. Объем одного бункера
11,8 м3. Вес вагона 35,25 тс. Вагон вписан в габарит 0-Т.
В последние годы предложена новая конструкция вагона грузоподъемностью 50 тс для перевозки нефтебитума (мод. 17-429).
Этот вагон имеет три бункера и облегченную раму. Вес тары вагона
35,8 тс; объем одного бункера 19,7 м3. Вагон вписан в габарит 1-Т.
§ 32. ХОППЕРЫ
Саморазгружающиеся бункерные вагоны для перевозки массовых сыпучих грузов — хопперы — специализированы по роду
грузов. Их кузова в нижней части имеют бункера с наклонными
стенками, но которым груз сползает вниз при открытии крышек
разгрузочных люков. Груз можно разгружать в приемные устройства, расположенные в междурельсовом пространстве, или на обе
стороны рельсового пути. По роду перевозимых грузов хопперы
бывают открытыми или крытыми.
Количество типов и число строящихся вагонов-хопперов в последние годы возрастает, что способствует повышению уровня
механизации погрузочно-разгрузочных работ. Хопперы за небольшим исключением строят в четырехосном исполнении. Они
204
205
имеют типовые ходовые части, тормозное и автосцепное оборудование. Среди открытых хопперов значительный удельный вес занимают вагоны для перевозки горячих окатышей и агломерата с температурой до 700° С от мест их производства к приемным бункерам
доменных печей.
Полувагон-хоппер (рис. 80) длиной 12 м, грузоподъемностью 61
(65) тс (мод. 22-471) предназначен для аглофабрик с расстоянием
между спекательными лентами 12 м, а подобный вагон длиной 10
м, грузоподъемностью 62 (66) тс (мод. 22-480) — для аглофабрик с
расстоянием
между
спекательными
лентами
10
м
(грузоподъемность, приведенная в скобках, соответствует промышленным путям). Эти вагоны имеют принципиально одинаковую конструкцию и эксплуатируются в специальных поездах на
магистральных и промышленных путях. Вес тары вагонов соответственно 23 и 22 тс, объем кузова 42 м3. Вагоны вписаны в габарит 0-Т, имеют цельнометаллический сварной кузов и мощную
раму. Кузов состоит из двух боковых вертикальных стен и двух
торцовых стен с углом наклона к горизонту 41°. В нижней части
кузова находятся два бункера с разгрузочными люками.
Каркас боковых и торцовых стен сварен из прокатных и гнутых
профилей. Обшивку стен — панели из гнутого профиля, которые
не имеют жесткого соединения с каркасами, —можно легко заменять
при повреждениях. Благодаря съемной обшивке исключено
коробление кузова вследствие температурных деформаций. Каркас
кузова жестко соединен с рамой, состоящей из хребтовой балки
(два двутавра № 45, перекрытые сверху и снизу листами), двух
шкворневых, поперечных и концевых балок. Двускатный пол с
углом наклона к горизонту 51° прикреплен к хребтовой балке.
Окатыши или агломерат разгружают в приемные устройства на
обе стороны рельсового пути. Крышки разгрузочных люков
бункеров открывают и закрывают при помощи специального механизма разгрузки, расположенного под бункерами (система рычагов, приводимых в действие от пневматического цилиндра).
Электроппевматическая дистанционная система управления разгрузкой позволяет выполнять ее с централизованного пульта.
Возможно и ручное управление разгрузкой.
Полувагон-хоппер грузоподъемностью 58 тс для кокса (мод. 22445) предназначен для доставки охлажденного кокса с коксохимических заводов металлургическим предприятиям и другим
потребителям. Кузов состоит из каркасов вертикальных боковых
стен и торцовых, установленных под углом 40° к горизонту.
Нижнюю часть кузова образуют три двойных бункера с люками,
имеющими откидывающиеся крышки, которые служат стенками
бункеров. Внутренние стены бункеров образуют двускатный пол с
углом наклона к горизонту 50°. Стены имеют съемную обшивку,
заменяемую при эксплуатации вагона по мере повреждения.
206
Рис. 81. Вагон для торфа
Рама сварная с хребтовой балкой, состоящей из двух зетобразных профилей № 31, перекрытых сверху штампованным профилем,
двух боковых, двух концевых, двух шкворневых н двух поперечных
балок. Крышки разгрузочных люков открываются специальными
рычажными механизмами с пневмоприводом, получающим питание воздухом от компрессора локомотива. Каждая секция бункеров
оборудована своим механизмом открывания крышек. Электропневматическая дистанционная система управления позволяет
управлять разгрузкой с центрального пульта. Возможной ручное
управление разгрузкой.
Строят также полувагон-хоппер (рис. 81) грузоподъемностью
58 тс (мод. 22-473) для перевозки фрезерного и кускового торфа с
торфоразработок к тепловым электростанциям в специальных
поездах с правом следования по магистральным железным дорогам.
Конструкция этого вагона в значительной степени унифицирована
с конструкцией вагона для кокса, но имеет свои особенности —
гладкую постоянную обшивку стен, больший наклон к горизонту
торцовых стен (60°), меньшее количество разгрузочных люков
(четыре вместо шести) и т. д. Технические характеристики этих
вагонов следующие: вес тары около 26 тс, объем кузова 120 м3,
Длина по осям автосцепок 17 500 мм, длина по концевым балкам
16 280 мм, база 13 370 мм. Вагон вписан в габарит 1-Т.
Во все возрастающих размерах строят для магистральных железных дорог специализированные крытые хопперы. Четырехосный крытый хоппер (рис. 82) грузоподъемностью 65 тс (модель 11715) для перевозки цемента сварной, имеет раму, металлический
кузов, образованный двумя боковыми вертикальными и двумя
наклонными к горизонту под углом 50° торцовыми стенами, и
207
крышу. Нижняя часть кузова имеет два бункера с четырьмя разгрузочными люками, обеспечивающими разгрузку цемента в приемные устройства, расположенные по оси железнодорожного пути.
Рама имеет хребтовую балку (два зетобразных профиля № 31), две
боковые балки (уголок 125 X 80 X 10 мм), две сварные шкворневые
балки коробчатого сечения и две штампованные из листа 4 мм
концевые балки.
Боковые стены кузова обшиты листом толщиной 3 мм с гофрами.
Каркасы торцовых наклонных стен обшиты листом толщиной 4 мм.
Крыша изготовлена из девяти дуг (уголок 75 X 50 X 5 мм), обшитых гофрированными листами толщиной 2 мм. В крыше расположено четыре круглых загрузочных люка 0 621 мм со сферическими крышками. Для подъема на крышу служит лестница.
Внутри на боковой стене имеются ступеньки для спуска в люк.
Четыре разгрузочных люка бункеров (размер в свету 500 X 400 мм)
оборудованы штампованными крышками из листа 6 мм с уплотнениями. Крышки открывают и закрывают при помощи механизма,
состоящего из двух винтовых приводов закрытого типа, открывающих одновременно две крышки.
Создана конструкция цельнометаллического крытого хоппера
грузоподъемностью 64 тс (мод. 11-740) для бестарной перевозки
гранулированных минеральных удобрений от места производства к
местам потребления, имеющим специальные приемо-разгрузочные устройства.
Разработан цельнометаллический крытый хоппер (рис. 83)
грузоподъемностью 65 тс для перевозки зерна и других пищевых
сыпучих грузов (крупа, комбикорм и т. д.) без упаковки (модель
11-739). Вагон состоит из кузова с крышей и бункерами, рамы и
механизма разгрузки. У кузова две торцовые стены наклонные. На
крыше расположены четыре круглых загрузочных люка 0 576 мм
со сферическими крышками. На крышу и внутрь вагона ведут
лестницы, а по всей длине крыши имеется трап. Шесть бункеров
внизу имеют разгрузочные люки и крышки, подвешенные на петлях
и соединенные с механизмом разгрузки (один на два бункера).
Механизм разгрузки ручной со штурвалом и системой рычагов.
Загружают вагон сверху, а выгружают в разгрузочные устройства в
междурельсовом пространстве.
Создана конструкция хоппера грузоподъемностью 50 тс (мод.
20-403), предназначенного для перевозки технического углерода
(гранулированная сажа). Кузов хоппера состоит из вертикальных
боковин и наклонных к горизонту под углом 40° торцовых стен,
выполненных в виде каркаса с обшивкой из листа толщиной 4 мм с
выштамповками. В крышке имеется десять круглых загрузочных
люков 0 300 мм с крышками и два смотровых люка. В нижней части
кузова расположены восемь разгрузочных бункеров — по четыре с
каждой стороны вагона. Бункеры имеют круглые разгрузочные
люки диаметром 320 мм со специальными секторными затворами.
Некоторые характеристики крытых хопперов приведены в табл. 20.
209
208
Таблица
20
Модель
Наименование
11-715
11-740
11-739
20-403
. .
Цемент
Минеральные удобрения
Зерно
Технический
углерод
Грузоподъемность, тс
Вес тары, тс ......................
Объем, м3 ..........................
База вагона, мм
...
Длина по осям сцепления автосцепок, мм
Высота от уровня рельсов максимальная, мм
Габарит (ГОСТ 9238—73)
65
19
55
7 700
64
22
73
9 980
65
22
93
10 500
50
24
130
13 370
11 920
13 200
14 720
17 500
4 180
1-Т
4 590
0-Т
4 603
0-Т
4315
1-Т
Перевозимые грузы
ДВЗ совместно с ВНИИВ создана специальная конструкция
вагона для перевозки муки (рис. 84). Грузовой емкостью являются
вертикальные бункеры, состоящие из цилиндрической обечайки,
верхней штампованной части сферической формы и нижней конусообразной части. Бункеры оборудованы системой аэрационной разгрузки. Вагоны для перевозки муки разработаны в двух вариантах
— со стальными и с алюминиевыми бункерами. Стальные емкости
внутри имеют покрытие на основе эпоксидной смолы. В качестве
материала аэрирующих элементов в бункерах применена пористая
нержавеющая сталь, позволяющая промывать емкости, не опасаясь
появления коррозии или разрушения этих элементов. Общий
погрузочный объем вагона 93 м3, вес тары 36 тс при стальных
емкостях и около 30 тс при алюминиевых. Рабочее давление воздуха
при разгрузке 2 кгс/см2 (0,2 МПа).
Подобные вагоны проектируют и для перевозки гранулированного полиэтилена.
Рис. 84. Вагон для перевозки муки
210
§ 33. ИЗОТЕРМИЧЕСКИЕ ВАГОНЫ
Для скоропортящихся продуктов, в первую очередь продуктов
питания (мяса, рыбы, масла, фруктов, овощей и др.), которые требуют особых температурных режимов и режимов влажности для
их хранения и перевозки, предназначены оборудованные специальными приборами и установками изотермические вагоны. По роду
применяемого оборудования изотермические вагоны делят на ва-
а)
Рис. 85. Вагоны рефрижераторной секции: а — грузовой
— вагон-дизель-электростанция; / — дизельное отделение; 2 — служебное
отделение; 3 — салон-кухня; 4 — котельная; 5 — туалет;
6 — отделение для отдыха; 7 — аккумуляторная
вагой; б
(щитовое)
211
гоны со льдосоляной системой охлаждения и рефрижераторные
вагоны с машинной системой охлаждения и электрической системой отопления. Рефрижераторные вагоны являются наиболее эффективными, так как обеспечивают в грузовом отделении заданные температурные и вентиляционные режимы при движении и
стоянках, ускоряют доставку грузов в результате резкого уменьшения затраты времени на экипировку по сравнению с вагонамиледниками. В СССР с 1965 г. строят только рефрижераторные вагоны.
Изотермические вагоны делят на универсальные (для большой
номенклатуры массовых грузов) и специальные, например для
перевозки живой рыбы и т. д. Основным видом отечественного
рефрижераторного подвижного состава является пятивагонная
рефрижераторная секция (мод. 16-304), выпускаемая БМЗ. Секция
состоит из пяти четырехосных вагонов: четырех грузовых (мод.
16-305, рис. 85, а) и одного вагона-дизель-электростанции (мод.
16-340, рис. 85, б).
Кузова вагонов цельнометаллические сварные из низколегированной стали 09Г2Д. Каркасы боковых, торцовых стен и крыши
выполнены из прокатных и гнутых профилей, а их обшивка— из
гофрированных листов. Внутренняя обшивка стен из алюминиевых
листов толщиной 2 мм с вертикальными гофрами высотой 40 мм
прикреплена болтами к стойкам каркаса. Рамы вагонов имеют
хребтовую балку из зетобразных профилей № 31. Пол грузовых
вагонов состоит из деревянных брусьев, уложенных на металлический настил рамы, изоляционного слоя и верхнего настила из
досок толщиной 45 мм. На настил уложен слой листовой биологически стойкой резины, выдерживающей колебания температуры
от —45 до 50° С. На полу уложены алюминиевые напольные решетки, которые шарнирно соединены с боковыми стенками и могут удерживаться у стен в поднятом состоянии. Термоизоляционным материалом грузовых помещений служит полистирол.
В боковых стенах для погрузки и выгрузки имеется дверь размером в свету 2200 X 2000 мм со специальным запирающим механизмом. Дверь имеет металлический каркас с изоляцией и упругими уплотнениями по контуру. В одном конце грузового вагона
есть машинное отделение с отдельным выходом наружу. Вагон
оборудован холодильными установками ВР-1М (из двух холодильных машин), электроотопительными приборами, устройствами для циркуляции воздуха и приточно-вытяжной вентиляцией.
Холодильные установки автоматизированы и обеспечивают следующие режимы в грузовом помещении: —20° С для замороженного груза; 2° С для охлажденных грузов; режим, обеспечивающий
охлаждение фруктов и овощей от 20 до 4° С в течение 60 ч.
Хладагентом служит хладон-12 (фреон-12). Зимой грузовые помещения при необходимости отапливают электропечами мощностью 10 кВт, работа которых автоматизирована.
212
Ёагон-дизель-электростанцйя имеет дизельное и служебное отделения, салон-кухню, купе отдыха, туалет с душем и тамбур. Эти
помещения соединены дверями. С одного конца вагона имеются две
наружные двери (по одной на сторону), а с другого конца расположено аккумуляторное отделение с отдельным входом снаружи.
В дизельном отделении установлены два дизель-генератора
ДГМА-75 мощностью по 75 кВт трехфазного переменного тока
частотой 50 Гц, напряжением 400 В, а также различное вспомогательное оборудование — системы охлаждения дизелей, насосы,
преобразователи, баки и т. д. Запасные топливные баки расположены под вагоном. В служебном помещении находятся силовые
щиты с распределительными устройствами, приборами автоматики
и контроля температур. Энергия к установкам и приборам грузовых
вагонов поступает по подвагонным магистралям и междувагонным
соединениям со штепсельными разъемами. В салоне-кухне
находится плита, холодильник, раковина-мойка, радиоприемник,
стол, стулья; в тамбуре — котельное отделение с водяным
отоплением. В отделении для отдыха бригады имеются спальные
места, шкафы для одежды, стол, стулья.
Вес тары грузового вагона в экипированном состоянии 39,5 тс,
дизельного 64,5 тс, а секции в целом 222,5 тс. Номинальная грузоподъемность одного вагона 42,5 тс, всей секции 170 тс. Длина секции по осям автосцепок 106 370 мм. Конструкционная скорость
120 км/ч; секция вписана в габарит 1-Т.
Испытан опытный образец и подготовляется выпуск пятивагонных рефрижераторных секций РС-3 с улучшенными технико-экономическими показателями: вес тары секции благодаря применению новых облегченных тележек и обшивки из стали 10ХНДП
снижен до 203 тс, грузового вагона до 36,5 тс; номинальная грузоподъемность секции повышена до 184 тс, а грузового вагона до 46
тс; полезный объем секции увеличен до 454 м3. Мощность дизелей
в результате увеличения наддува повышена до 180— 200 кВт.
Работоспособность оборудования секции гарантирована в
диапазоне наружных температур от 45 до —50° С.
На базе грузового вагона пятивагонной секции разработан
специализированный четырехосный рефрижераторный вагон, обеспечивающий перевозку пресноводной живой рыбы при температуре наружного воздуха от —40 до 30° С. Температура воздуха в
вагоне при этом равна 4—6° С. Вагон может следовать в грузовых
и пассажирских поездах. В кузове вагона размещены машинное и
дизельное отделения, аппаратная, щитовая с приборами управления, грузовое помещение, коридор, служебное отделение,
кухня с электроплитой и туалет. Вагон имеет индивидуальную систему энергоснабжения, холодильные установки, отопительные
приборы, системы приточно-вытяжной вентиляции и аэрации воды.
Холодильная установка состоит из двух холодильных машин,
холодопроизводительность которых в стандартных условиях составляет 18 000 ккал/ч. В дизельном отделении установлены два
213
дизель-генератора ДГА-25/9 трехфазного Переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 400-В, мощностью 25 кВт, имеющие каждый подогреватель ГЩД-400, и бак для топлива. В грузовом помещении размещены баки для перевозки 12 т живой рыбы и 18 т
воды (всего 30 т); объем этих баков 30 м3. Система аэрации обеспечивает содержание в воде 6—8 мг кислорода на 1 л при температуре 4—6° С.
В 1972—1973 гг. БМЗ построил и испытал макетный образец
автономного универсального рефрижераторного вагона, предназначенного для перевозки скоропортящихся грузов, требующих
поддержания температуры в грузовом помещении от 12 до —20° С
при температуре наружного воздуха от —45 до 35° С, а также для
охлаждения и перевозки предварительно неохлажденных фруктов и
овощей. Грузоподъемность вагона 42 тс, вес брутто 85 тс, полезный
объем 113,5 м3; вагон вписан в габарит 1-Т. Все оборудование
вагона автоматизировано, за исключением пуска дизельгенераторных установок, который производят вручную после загрузки вагона; при этом один дизель-генератор включают на временную работу, а другой — на постоянную. При достижении
необходимой температуры дизель-генератор, установленный на временную работу, автоматически отключается. Стационарные испытания показали достаточно высокие качества такой конструкции.
§ 34. ТРАНСПОРТЕРЫ
Транспортеры — это специальный открытый подвижной состав
для грузов, которые по габаритным размерам или весу невозможно
перевозить в обычных вагонах (трансформаторы большой
мощности, части гидравлических турбин, статоры и роторы
генераторов, станины крупных станков, шаботы, маховики, котлы
больших диаметров и др.). Транспортеры делят на площадочные,
колодцеобразные, сцепные и сочлененные. Ходовыми частями
транспортеров являются двухосные, трехосные и четырехосные
тележки, которые объединяют при помощи специальных балок в
многоосные системы. Все транспортеры имеют автоматические
тормоза и автосцепное оборудование.
Площадочные транспортеры. Такие транспортеры состоят из
главной несущей балки, имеющей форму изогнутого бруса, с пониженной погрузочной площадкой, которая оборудована пятниками (часто сферическими) для опоры на ходовые части транспортера.
Площадочный четырехосный транспортер (рис. 86) грузоподъемностью 55 тс имеет главную балку в форме изогнутого бруса переменной высоты. Средняя опущенная часть главной балки является
погрузочной площадкой транспортера (10 000 X 2450 мм). Высота
сечения главной балки в середине 496 мм. Балка изготовлена из
углеродистой стали и состоит из четырех сварных двутавров
переменной высоты с полками 240 X 36 мм и вертикальными стен-
214
ками толщиной 14 мм, перекрытых сверху листом толщиной 14 мм.
Сварные двутавры соединены диафрагмами. На наружных двутаврах имеются кронштейны, а в средней части верхнего листа —
отверстия для крепления грузов. Ходовой частью являются две
тележки ЦНИИ-ХЗ-О. Длина транспортера по осям автосцепки 19
470 мм, база 14 000 мм, вес тары 24,3 тс.
Четырехосный транспортер грузоподъемностью 62 тс аналогичен рассмотренному и отличается лишь размерами.
Восьмиосный транспортер грузоподъемностью 100 тс имеет главную балку, которая опирается на пятники соединительных балок
двух типовых четырехосных тележек (база 3200 мм). Главная балка
сварена из четырех двутавров (низколегированная сталь), перекрытых сверху листом шириной 2380 мм. Высота главной балки в
середине 530 мм. Погрузочная площадка 8000 X 2380 мм, длина
транспортера по осям автосцепок 24 250 мм, база 16 120 мм, вес
тары 60,7 тс.
Восьмиосный транспортер грузоподъемностью 110 тс имеет сварную главную балку из пяти двутавров, перекрытых сверху листом
шириной 2480 мм. Двутавры связаны диафрагмами. Высота главной балки в середине 725 мм. Погрузочная площадка 7840 X X
2480 мм. По концам главной балки установлены сферические
пятники и скользуны. Главная балка опирается на подпятники двух
концевых балок, каждая из которых соединяет две тележки ЦНИИХЗ-О, образуя четырехосные тележки с базой 2950 мм. На
концевых балках установлены автосцепка и тормозные площадки с
ручным тормозом. Длина транспортера по осям автосцепок 25 410
мм, база 11 800 мм, вес тары 69,1 тс.
Шестнадцатиосный транспортер грузоподъемностью 200 тс
(рис. 87) имеет главную балку, которая через сферические пятники
опирается на две концевые балки. Концевая балка опирается через
обычные цилиндрические плоские пятники на две типовые
четырехосные тележки, составленные из тележек ЦНИИ-ХЗ-О.
Главная и концевые балки изготовлены из низколегированной
стали. Размер погрузочной площадки 8500 X 2270 мм, длина
транспортера по осям автосцепок 38 430 мм, база 23 490 мм, вес
тары 115,9 тс. Было построено также несколько двенадцатиосных
транспортеров грузоподъемностью 150 тс, шестнадцатиосных —
грузоподъемностью 220 тс и др.
Колодцеобразные транспортеры. Для перевозки крупногабаритных колес гидротурбин, бандажей и обечаек цементных печей,
планшайб, маховиков и других аналогичных грузов большой высоты, которые нельзя перевозить на площадочных транспортерах,
служат колодцеобразные транспортеры. Основным является восьмиосный транспортер грузоподъемностью 120 тс, который имеет
главную балку, опирающуюся через два сферических пятника на
концевые балки. Каждая концевая балка опирается на две двухосные тележки ЦНЦИ-ХЗ-О, соединяя их попарно. Главная балка
состоит из двух боковых элементов двутаврового сечения, соеди-
215
ценных по концам поперечными элементами. Высота сечения главной балки в середине 1540 мм. Концевые части балки сверху перекрыты листами; в средней части балки образуется колодец (ниша)
шириной 2420 и длиной 10 200 мм. В колодцеобразной части транспортера на нижних поясах боковых элементов установлено шесть
пар стальных опорных подушек для цапф съемных поперечных
балок, служащих для установки грузов. Съемные поперечные
балки, высотой 510 мм, имеют цилиндрические цапфы 0 150 мм. В
зависимости от размера грузов эти балки можно устанавливать на
различные пары опорных подушек. Длина транспортера по автосцепкам 24 950 мм, база 16 400 мм, вес тары 53,1 тс.
Сцепные транспортеры. Для перевозки длинномерных тяжеловесных грузов (цилиндрических и плоских) служат сцепные
транспортеры. Двенадцатиосный транспортер (рис. 88) грузоподъемностью 120 тс служит для перевозки длинномерных (до 32
м) цилиндрических и плоских грузов высотой до 4300 мм.
Транспортер состоит из трех секций — двух концевых несущих
четырехосных платформ и промежуточной четырехосной платформы, служащей для увеличения длины и для связи секций транспортера.
Секции соединены укороченными автосцепками без поглощающих аппаратов. На головных частях автосцепок для исключения
саморасцепа установлены стопорные болты. При перевозке грузов
короче 24 м среднюю платформу не используют. На несущих балках
концевых секций установлены турникеты с радиальными опорными
поверхностями (радиусом 2000 мм), на которые укладывают груз
при перевозках.
В средней части балок приварены кронштейны, предназначенные для установки гидравлических домкратов для подъема груза.
Для их питания служат гидравлические насосы ГН-200 с ручным
приводом. Несущие платформы имеют автоматические тормоза, а
промежуточная платформа'— только пролетную трубу. Ходовой
частью являются шесть тележек ЦНИИ-ХЗ-0 со специальной надрессорной балкой, имеющей пониженную на 141 мм опорную
плоскость подпятника. Полная длина транспортера 37 220 мм, а без
учета промежуточной платформы 26 080 мм.
Тридцатидвухосный транспортер грузоподъемностью 480 тс,
предназначенный для перевозки крупногабаритных грузов цилиндрической формы, состоит из двух секций, соединенных автосцепкой. Каждая секция может быть использована как самостоятельный шестнадцатиосный транспортер грузоподъемностью 240 тс.
Для этого на концах его несущих балок имеются места постановки
сменных опор-турникетов. Каждая секция имеет изогнутую
несущую балку, опирающуюся при помощи катков на две концевые балки, установленные на две специальные четырехосные тележки с базой 2700 мм. Вес транспортера 211 тс, база 31 380 мм,
длина по осям автосцепок 62 760 мм, высота рабочей поверхности
опор-турникетов от головок рельсов 1800 мм.
216
217
Сочлененные транспортеры. Для перевозки мощных тяжеловесных трансформаторов и статоров турбогенераторов, а также
(при использовании вспомогательных устройств) и других крупногабаритных грузов служат сочлененные транспортеры. Основными несущими элементами таких транспортеров являются две
консоли, которые через систему балок опираются на ходовые
части. Груз подвешивают между консолями и соединяют с ними
внизу при помощи проушин и валиков. Вверху груз защемляют
между специальными опорами консолей и он участвует в работе
конструкции как несущий элемент. Для установки грузов, не
имеющих специальных проушин для их подвески на транспортере,
транспортер можно оборудовать специальными съемными несущими балками. Сочлененные транспортеры обычно оборудуют системой главных гидравлических подъемников для подъема груза и
системой вспомогательных гидравлических подъемников для
поддержания консолей при разведении половин транспортеров.
Шестнадцатиосный транспортер (рис. 89) грузоподъемностью
220 тс имеет две консоли ферменной конструкции, каждая из которых опирается на балку, соединяющую промежуточную и концевую балки. Через эти балки консоли опираются на четыре двухосные тележки ЦНИИ-ХЗ-О. Перевозимый груз или подвешивают
между консолями транспортера и соединяют с их проушинами
валиками диаметром 180 мм, или устанавливают на специальную
съемную балку (когда груз не имеет проушин). Под действием собственного веса груз защемляется между опорными поверхностями
консолей и участвует в работе конструкции. При движении транспортера в порожнем состоянии консоли соединяют специальными
звеньями в зоне проушин, а верхние пояса — специальным устройством с винтовым замком. Съемную балку размещают при этом
сверху.
Система главных гидравлических подъемников транспортера
состоит из четырех домкратов грузоподъемностью по 110 тс, установленных на соединительных балках. Система вспомогательных
подъемников состоит из четырех гидродомкратов грузоподъемностью 20 тс, установленных попарно на промежуточных балках.
Транспортер оборудован автосцепками, автоматическим тормозом,
а также тормозными площадками и ручным тормозом.
Двадцатиосный транспортер грузоподъемностью 300 тс имеет
такую же конструкцию, как и транспортер грузоподъемностью 220
тс, но у него более мощные элементы и каждая концевая балка
соединяет две двухосные тележки ЦНИИ-ХЗ-О, а каждая промежуточная балка — две трехосные тележки.
Двадцативосьмиосный транспортер грузоподъемностью 400 тс
имеет две сварные консоли, опирающиеся на две соединительные
балки, каждая из которых, в свою очередь, опирается'на концевые и
промежуточные также сварные балки. Все несущие элементы
транспортера изготовлены из низколегированной стали 10Г2С1Д.
Вес консолей с грузом на соединительные балки передается через
218
219
опорные катки, установленные на консолях. Соединительные балки
на промежуточные и концевые балки опираются при помощи обычных цилиндрических пятников и скользунов. Для обеспечения
поворота консолей с грузом (при прохождении кривых) относительно соединительных балок на каждой половине транспортера
имеется специальный узел вращения — водило. Ходовой частью
транспортера являются шесть четырехосных (база 3970 мм) и две
двухосные (база 1360 мм) тележки конструкции Ворошиловградского тепловозостроительного завода им. Октябрьской революции.
Транспортер оборудован автосцепкой, автоматическим и ручным
тормозами.
§ 35. ДУМПКАРЫ И ДРУГИЕ ВАГОНЫ
ПРОМЫШЛЕННОГО ТРАНСПОРТА
Промышленный транспорт играет большую роль в народном
хозяйстве страны, особенно в таких отраслях, как горнодобывающая, угольная, черная и цветная металлургия, лесная и торфодобывающая промышленность, а также различное строительство.
Вагоны промышленного транспорта используют для перевозок
тяжелых грузов от мест их производства до мест примыкания промышленных железных дорог к магистральным, а иногда и для движения по магистральным путям.
Особенно широкое распространение получили саморазгружающиеся вагоны-думпкары (самосвалы), которые являются основным
видом подвижного состава горнорудных предприятий черной и
цветной металлургии и угольной промышленности. Основной
особенностью думпкаров является кузов, наклоняющийся (обычно
под углом 45° к горизонту) при выгрузке груза, и борт, открывающийся со стороны выгрузки. Кузов наклоняется под действием
пневматических или гидравлических цилиндров, установленных на
кронштейнах нижней рамы вагона. Их штоки соединены шарнирно с верхней рамой кузова. При наклоне кузова боковой борт, в
сторону которого происходит выгрузка, при помощи рычажных
механизмов, расположенных в лобовых стенках кузова, открывается и служит продолжением пола кузова. При этом для обеспечения лучшей устойчивости думпкара от опрокидывания полное
открывание борта несколько опережает наклон кузова.
Кузов в поездное положение после разгрузки устанавливается
или под действием собственного веса или принудительно в результате применения цилиндров двойного действия. Другой особенностью большинства думпкаров является многослойный пол кузова, состоящий из нижнего стального листа, средней амортизирующей прослойки и верхнего мощного стального листа (или пакета листов). Такой пол обеспечивает прочность кузова при погрузке глыб вскрышных скальных пород или руды. Думпкары
оборудованы двумя воздушными магистралями — тормозной и для
питания воздухом разгрузочных цилиндров (или, при гидра220
влической системе разгрузки,
одной воздушной и одной гидравлической магистралями).
Думпкары колеи 1520
(1524) мм доставляют к потре
бителю в порожнем состоянии
(как груз на своих колесах)
в составе обычных грузовых
поездов без ограничения скоро
стей движения. Однако боль
шинство думпкаров вписано
в габарит Т, а поэтому для обе
спечения их вписывания в габа
рит 1-Т при следовании в поро
жнем состоянии предусмо
трена возможность стяжки бор
тов, что и выполняет заводизготовитель при отправке ва
гонов к местам их эксплуатации.
Четырехосный
думпкар
(рис. 90) грузоподъемностью 60
тс (модель 31-638) предназначен
для перевозки вскрышных и
скальных пород и руд с
объемным весом 1,7—2,25 тс/м3 и
выгрузки их в отвалы или
приемные устройства обогатительных фабрик. Это единственный думпкар, спроектированный с учетом возможности эксплуатации с грузом на магистральных путях без ограничения скорости. Поэтому его широко используют при строительстве железных дорог, а также
при доставке на небольшие расстояния песка, гравия и камня из
карьеров к различным стройкам.
Предусмотрена
погрузка
экскаваторами с ковшами емкостью 3—4 м3 глыб весом до 2 тс
с падением их с высоты до 2 м в
частично загруженный мелкой
породой вагон.
Нижняя рама думпкара имеет
хребтовую балку из двух двутавров № 45, перекрытых сверху и
снизу листом 450 х 12 мм,
221
две концевые балки, сваренные из вертикального листа толщиной 8
мм и двух горизонтальных толщиной 14 мм, две шкворневые балки,
сваренные из двух вертикальных листов толщиной 10 мм, верхнего
и нижнего горизонтальных листов (10 и 16 мм), и четыре
поперечные цилиндровые балки-кронштейны. Верхняя рама кузова
состоит из набора продольных и поперечных балок из швеллеров
№ 14 и 20. Сверху поперечные балки перекрыты нижним листом
пола толщиной 4 мм, на который уложены деревянные брусья
толщиной 60 мм. Сверху положен лист пола толщиной 12 мм. К
верхней раме приварены лобовые стенки, в которых размещен
рычажный механизм открывания и закрывания бортов. Продольные
борта сварены из прокатных и гнутых профилей, перекрытых
листовой обшивкой.
Для наклона кузова при разгрузке с каждой стороны вагона на
нижнюю раму установлено по два пневматических цилиндра,
штоки которых шарнирно соединены с верхней рамой. Давление
воздуха при разгрузке 6—7 кгс/см2 (0,6—0,7 МПа). Пневматическая система позволяет разгружать весь состав или часть его. После
разгрузки кузов возвращается в поездное положение под действием
собственного веса. Ходовыми частями служат тележки ЦНИИ-ХЗ-О.
Четырехосный думпкар грузоподъемностью 85 тс (мод. 31-639),
предназначенный для более тяжелых условий работы, позволяет
производить погрузку ковшами емкостью 6—8 м3 с возможностью
падения глыб весом до 3 тс с высоты до 2 м на частично загруженный мелкой породой кузов. Нижняя рама думпкара имеет хребтовую балку из двух двутавров № 55, перекрытых листами толщиной 12 мм, две концевые и две шкворневые балки и четыре кронштейна для установки пневматических цилиндров наклона кузова
при разгрузке (по два с каждой стороны). Верхняя рама сварена из
продольных и поперечных элементов, перекрытых нижним листом
пола толщиной 4 мм, на который уложены деревянные бруски
толщиной 75 мм, а сверху листы толщиной 14 мм. Борта и лобовые
стенки изготовлены из гнутых профилей и швеллеров и перекрыты
листами. Кузов при разгрузке наклоняется двумя цилиндрами при
давлении 6—7 кгс/см2 (0,6—0,7 МПа). После разгрузки кузов
устанавливается в поездное положение под действием собственного
веса. Ходовой частью служат двухосные усиленные тележки, допускающие нагрузку от оси на рельсы 35 тс.
Четырехосный думпкар грузоподъемностью 82 т (мод. 31-652)
предназначен специально для перевозки металлургических горячих
сыпучих грузов с температурой до 800° С. Он построен на основе
думпкара грузоподъемностью 85 тс и имеет особенности, связанные
с перевозкой горячих грузов. Настил пола изготовлен в виде пяти
секций из швеллера № 20 и листов толщиной 10 мм, укрепленных на
раме уголком 75x50x8 мм. Для предохранения бортов и лобовых
стенок от горячих грузов к их внутренним листам прикреплен
каркас из швеллеров № 20 и листа толщиной
222
8"мм." Каркас свободно перемещается при температурном воздействии груза.
Шестиосный думпкар грузоподъемностью 105 тс (мод. 31—634)
предназначен для перевозки скальных и вскрышных пород и руды
по путям, допускающим нагрузку от оси на рельсы 25 тс. Конструкция допускает загрузку экскаваторами с ковшом емкостью до
8 м3 и падение глыб весом до 3 тс с высоты до 3 м в предварительно
частично загруженный кузов. Кузов думпкара аналогичен кузову
думпкара грузоподъемностью 85 тс, но объем его больше благодаря
увеличению длины кузова и усилению отдельных элементов. С
каждой стороны установлено по три разгрузочных цилиндра.
Средний цилиндр двойного действия служит для установки кузова в
поездное положение после разгрузки. Ходовой частью являются
трехосные тележки УВЗ-11А.
На таких думпкарах были проведены опытные работы по применению электрогидравлической системы разгрузки. Вместо шести
тяжелых пневмоцилиндров устанавливали четыре гидравлических
цилиндра двустороннего действия с внутренним диаметром 210 мм,
которые получали питание от насоса высокого давления. Для
управления разгрузкой были применены электрические цепи с
пультом управления из кабины машиниста локомотива. Эта
система разгрузки, считающаяся перспективной, позволила снизить
вес тары вагона примерно на 3 тс.
Восьмиосный думпкар грузоподъемностью 145 тс предназначен
для транспортирования и разгрузки в отвалы вскрышной породы на
угольных разрезах. Конструкция кузова допускает погрузку
экскаваторами с ковшами емкостью до 12,5 м3 и возможность
падения глыб весом до 2 тс на предварительно подсыпанную мелкую
породу.
Вагон имеет принципиально такую же конструкцию, как и ранее
рассмотренные думпкары. С каждой стороны думпкара установлено
по четыре пневматических разгрузочных цилиндра; один из них
двойного действия служит для принудительного возвращения
кузова в поездное положение после разгрузки. Давление воздуха
при разгрузке 6—7 кгс/см2 (0,6—0,7 МПа). Ходовой частью
думпкара служат четырехосные тележки, состоящие из двух усиленных двухосных тележек, соединенных специальной связывающей балкой.
Восьмиосный думпкар (рис. 91) грузоподъемностью 180 тс
(модель 31-631) предназначен для транспортирования руды,
скальных и вскрышных пород. Допускается погрузка экскаваторами с ковшами емкостью до 12,5 м3 и возможность паделия глыб
весом до 3 тс с высоты до 3 м на предварительно подсыпанную
мелкую породу.
Нижняя рама имеет хребтовую балку из двутавров № 55, перекрытых листами толщиной 12 мм, две шкворневые балки, четыре
цилиндровых кронштейна замкнутого сечения (два вертикальных и
два горизонтальных листа толщиной 12 мм) и концевые штампо-
223
Рис. 91. Думпкар "грузоподъемностью 180 тс
ванные балки из листа 8 мм. Верхняя рама кузова имеет центральную балку из двух зетобразных сечений № 31 и боковые балки из
швеллеров № 30. Центральная балка соединена с боковыми балками ребрами толщиной 10 мм. Сверху рама перекрыта нижним
листом пола, на который уложены деревянные бруски толщиной 75
мм. Верхний стальной лист пола имеет толщину 14 мм. Продольные борта имеют верхний штампованный фигурный пояс,
состоящий из листа с толщиной полок 8 мм, швеллера № 24 и
штампованного уголка толщиной 6 мм. Нижний пояс состоит из
швеллера № 24. Пояса соединены корытообразными штампованными стойками и листом толщиной 10 мм. Кузов при разгрузке
наклоняют при помощи восьми (по четыре с каждой стороны)
пневматических цилиндров сжатым воздухом под давлением 6—7
кгс/см2 (0,6—0,7 МПа). Возврат кузова в поездное положение
принудительный, для этого служат цилиндры двойного действия
(по одному с каждой стороны). Некоторые технические характеристики думпкаров даны в табл. 21.
В настоящее время КтВЗ, ВНИИВ и МИИТ ведут работы по
созданию думпкара, приспособленного для особо тяжелых условий
погрузки и позволяющего применять более мощные экскаваторы.
Кроме думпкаров, для промышленности выпускают различные
специализированные вагоны колеи 1520 (1524) мм. Для металлургических предприятий ДВЗ длительное время строил четырехосные платформы грузоподъемностью 90 тс, а в последнее время
начал выпуск еще более мощной платформы грузоподъемностью
ПО тс (модель 13-477). Эти платформы предназначены для перевозки горячего чушкового чугуна с температурой 600—800° С от
разливочных машин к складам, а также для транспортирования
различных штучных горячих грузов — слитков, слябов, блюмов,
изложниц и т. д.
Платформы имеют мощную конструкцию, рассчитанную на
загрузку горячих чушек чугуна, падающих с высоты 3—4 м. Платформы оборудованы пролетными тормозными трубами, автосцеп-
224
ками и двухосными тележками, допускающими нагрузку от оси на
рельсы до 35 тс.
Для предприятий цветной металлургии выпускают восьмиосные полувагоны грузоподъемностью 105 тс с глухим кузовом
(модель 22-466) для перевозки медной руды. Полувагон имеет
металлический сварной кузов, изготовленный из стали 09Г2. На
раму настелен трехслойный пол, состоящий из нижнего стального
листа толщиной 6 мм, деревянной прослойки из брусков 100 мм и
верхнего листа 16 мм. Допускается погрузка в забое рудника
экскаваторами с ковшами объемом до 6—8 м3 и разгрузка на
вагоноопрокидывателе. Имеется тормозная площадка с приводом
ручного тормоза. Вес тары вагона составляет 45,8 тс, объем 63,3 м3,
база 7780 мм, длина по осям автосцепок 15 500 мм, нагрузка от оси
на рельсы 18,85 тс. Вагон вписан в габарит 1-Т.
Для доставки к предприятиям целлюлозно-бумажной промышленности технологической щепы выпускают четырехосные полувагоны грузоподъемностью 58 тс (модель 22-478), оборудованные
такими же разгрузочными люками в полу (по 10 с каждой стороны),
как люки четырех- и восьмиосных полувагонов магистральных
железных дорог. Эти вагоны имеют вес тары 25, 85 тс, объем 138 м3,
базу 13 780 мм, длину по осям автосцепок 19 050 мм. Вагон вписан
в габарит 1-Т.
225
Производят также следующие четырехосные вагоны колеи 750
мм грузоподъемностью 20 тс: платформы (модель 43-081) для леса,
навалочных и штучных грузов, не требующих защиты от
атмосферных осадков; универсальные крытые вагоны (модель 41013) для грузов, требующих защиты от атмосферных осадков;
четырехосные цистерны (модель 45-046) безрамной конструкции
для нефтепродуктов. Все эти вагоны по своему устройству аналогичны соответствующим вагонам широкой колеи и отличаются
лишь меньшими размерами. Они оборудованы типовыми однобуферными ударно-сцепными приборами и автоматическим тормозом. Ходовыми частями служат двухосные тележки с литыми
боковинами, имеющие базу 1300 мм, центральное комбинированное рессорное подвешивание и колесные пары с колесами 0 610 мм.
Для перевозки руды и вскрышных пород по дорогам колеи 750
мм производят четырехосные думпкары грузоподъемностью 22 тс
(модель 32-006), допускающие погрузку отдельных глыб весом до 2
тс.
Для
торфяных
разработок
строят
четырехосные
саморазгружающие полувагоны (хопперы) грузоподъемностью 12,5
тс (модель 42-021), предназначенные для перевозки кускового и
фрезерного торфа. Вагоны цельнометаллические с седлообразным
полом, допускают двухстороннюю разгрузку.
Для лесной промышленности производят восьмиосные вагонысцепы грузоподъемностью 28 тс (модель 43-043), предназначенные
для вывозки леса длиной 10—24 м. Вагон-сцеп состоит из двух
одинаковых четырехосных полусцепов, соединенных телескопической вставкой, позволяющей изменять базу вагона с 9,5 до 11,5 и
13,5 м. Полусцепы имеют радиально-поворотные самоцентрирующиеся ударно-тяговые приборы. Полусцепы могут быть с пролетными трубами и с автотормозом. Ходовой частью служат двухосные тележки штампосварной конструкции с базой 1150 мм и
колесами 0 500 мм.
§ 36. ОСОБЕННОСТИ ЗАРУБЕЖНЫХ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ
По масштабам и условиям перевозок к отечественным железным дорогам ближе всего дороги США и Канады. Эти страны имеют
развитую вагоностроительную промышленность, способную удовлетворять их внутренние потребности и производить продукцию
на экспорт. Например, вагоностроение США имеет мощности,
способные обеспечить постройку до 100 тыс. грузовых вагонов в
год. Однако эти мощности обычно недоиспользуются (в 1974 г.
было построено лишь 66 тыс. грузовых вагонов). Средняя грузоподъемность строящихся в США вагонов составляет около 70 тс.
Особенностью вагоностроения США и Канады является повышение грузоподъемности вагонов не в результате увеличения их
осности, а в результате применения высоких нагрузок от оси на
рельсы, составляющих для большинства таких вагонов 28,5— 33 тс.
Это позволяет строить четырехосные вагоны грузоподъем226
ностью до 95 тс. Для некоторых специальных грузовых вагонов
осевые нагрузки достигают 36—40 тс. Стандартные вагоны США
имеют в большинстве случаев коэффициент тары выше, чем вагоны
СССР. В частности, крытый цельнометаллический вагон,
строящийся фирмой «Пульман-Стандарт», по сравнению с крытым
вагоном производства АВЗ (модель 11-217) при равной грузоподъемности и малоотличающихся геометрических параметрах имеет вес
тары на 13,3 тс больше и нагрузку от оси на рельс примерно 25 тс.
Вагон имеет более тяжелую конструкцию. Например, хребтовую
балку изготовляют из двух зетобразных сечений с площадью
поперечного сечения 156 см2.
Четырехосные грузовые вагоны являются основными для железных дорог США, причем наиболее распространены вагоны
грузоподъемностью 63,5 и 90,7 тс. Платформы в США занимают
значительный удельный вес в парке грузовых вагонов, что связано
с увеличением контрейлерных и контейнерных перевозок. Длина
платформ общего назначения составляет 18—21 м; платформы не
имеют бортов. Платформы новых конструкций имеют длину до 27
м при грузоподъемности 63,5 тс. Значительное распространение
получают платформы с глухими или подвижными торцовыми
стенами для закрепления длинномерных грузов в продольном направлении. Платформы для хрупких грузов нередко оборудуют
подвижной хребтовой балкой.
| Полувагоны основных видов имеют длину 15—19 м и грузоподъемность 63,5 и 90,7 тс. Имеются полувагоны и большей грузоподъемности, но их удельный вес невелик. Значительное количество полувагонов построено с глухим кузовом (без разгрузочных
люков); они предназначены для разгрузки на вагоноопрокидывателях и часто их оборудуют поворотной автосцепкой.
Крытые вагоны, построенные в США и Канаде за последние
годы, имеют грузоподъемность 63,5 и 90,7 тс. Вагоны грузоподъемностью 63,5 тс строят универсальными с объемом кузова 139—
149,5 м3 и осевыми нагрузками до 25 тс, а также специальными с
объемом кузова до 290 м3 и осевыми нагрузками до 29 тс. Вагоны
грузоподъемностью 90,7 тс используют в основном для перевозки
более плотных грузов. Эти вагоны имеют удельные объемы 1,6—
2,0 м3/тс, длину 18—19 м и осевые нагрузки до 33 тс. Коэффициент
тары крытых вагонов общего назначения составляет 0,4—0,6, а
специальных вагонов большего объема для перевозки легких
грузов достигает 0,7—1,0. Находят распространение крытые вагоны с раскрывающимися крышами для перевозки стали в рулонах,
а также вагоны для перевозки легковых автомобилей в вертикальном положении. Выпускают четырехосные крытые двухэтажные
вагоны для перевозки свиней и овец.
Широкое развитие получают специализированные цистерны для
продукции химической промышленности, пылевидных и порошкообразных грузов, соков цитрусовых, жидкого шоколада и
других пищевых продуктов. Как правило, заказчиками цистерн
227
являются промышленные фирмы. В шестидесятых годах были
построены шести- и восьмиосные цистерны с емкостью котлов до
190—227 м3. Они не получили распространения, и в настоящее
время в США строят цистерны грузоподъемностью 90,7 тс с объемом котла 77—85 м3.
Крупными партиями в США строят крытые хопперы для бестарной перевозки насыпных грузов; их количество на железных
дорогах с 1955 по 1971 г. увеличилось в 3,5 раза. Эти вагоны, кроме
обычной гравитационной, могут быть дополнительно оборудованы
пневматической системой разгрузки. Их изготовляют из низколегированных сталей или высокопрочных алюминиевых сплавов.
Грузоподъемность хопперов составляет 90,7—113 тс, а объем
кузова 82—206 м3. Спрос на крытые хопперы непрерывно возрастает.
Изотермические вагоны со льдосоляной системой охлаждения
широко использовались в США и Канаде, но они не обеспечивали
сохранения качества грузов, и теперь широко распространены
вагоны с машинным охлаждением и отоплением — рефрижераторные вагоны. Это автономные вагоны с автоматизированной
системой управления, обеспечивающей поддержание температуры
в грузовом помещении от —23 до 21° С. Грузоподъемность рефрижераторных автономных вагонов 55—75 тс, а объем грузового
помещения 85—125 м3. На вагонах США и Канады применяют
термоизоляцию из пенополиуретана.
Направления развития вагоностроения в странах Западной
Европы во многом аналогичны направлениям развития конструкции вагонов в США и Канаде. Однако основным для стран Западной Европы является переход от двухосных вагонов к четырехосным при осевых нагрузках до 20 тс. Габаритные размеры вагонов
стран Западной Европы ограничены достаточно тесным габаритом
МСЖД (см. § 4). В последние годы в этих странах идут работы по
подготовке к переходу на автосцепку; однако сроки перехода
окончательно не установлены. Широко применяют здесь грузовые
вагоны с раскрывающимися крышами различной конструкции, а
также крытые вагоны с раздвижными стенами. Используют легкие
сплавы и пластмассы в конструкциях вагонов, производимых в
ФРГ, Франции, Швейцарии и Англии. Во многих странах находят
применение специальные вагоны для перевозки сыпучих грузов с
вертикально-расположенными бункерами и пневматической
системой выгрузки.
§ 37. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КОНСТРУКЦИЙ
ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ
В условиях систематического роста грузонапряженности железных дорог особенно важно создание и внедрение в народное
хозяйство более совершенных конструкций грузовых вагонов,
обеспечивающих повышение провозной способности железных
дорог при одновременном снижении расходов на перевозку гру228
зов. Выпускаемые в настоящее время грузовые вагоны обеспечивают формирование тяжеловесных грузовых поездов весом 5— 6
тыс. тс и вождение их со скоростями до 100—120 км/ч. Повышение
провозной способности требует повышения веса поездов на
единицу их длины, что может быть достигнуто, в частности, увеличением нагрузки на ось до 22—25 тс, погонной нагрузки на путь
до 10—12 тс при использовании габарита Т, а также повышением
скоростей движения. Изменение условий эксплуатации выдвигает
высокие требования к надежности вагонов и облегчению их
обслуживания. В то же время задачи повышения эффективности
производства обусловливают необходимость экономного расходования материалов и трудовых затрат при изготовлении вагонов.
Следовательно, конструкция вновь создаваемых грузовых
вагонов должна обеспечивать:
увеличение грузоподъемности и снижение коэффициента тары
благодаря рациональной конструкции, применению более прочных
и коррозионноустойчивых сталей, алюминиевых сплавов;
повышение приспособленности вагонов к комплексной механизации погрузочно-разгрузочных работ и максимальное снижение
тяжелого ручного труда при этих операциях;
снижение материалоемкости и трудоемкости изготовления
вагонов благодаря улучшению технологичности конструкции,
применению крупных блоков при сборке, максимальной унификации узлов и деталей;
прочность и надежность работы вагона в эксплуатации и др.
Платформы. Универсальная платформа с металлическими бортами останется на перспективу основным типом платформ магистральных железных дорог. Она должна быть облегчена, а грузоподъемность ее соответственно увеличена благодаря изготовлению
рамы из стали повышенной прочности, а бортов — из высокопрочных алюминиевых сплавов. Будет разработана универсальная
платформа увеличенной длины, обеспечивающая перевозку длинномерных грузов — леса, пиломатериалов, рельс, труб и т. д., что
повысит коэффициент использования грузоподъемности платформ в
эксплуатации. В связи с развитием контейнерных перевозок будет
развиваться
производство
платформ
для
большегрузных
контейнеров. Окажется необходимым создание специализированной
платформы для перевозки грузовых автомобилей и многих других
грузов.
Полувагоны. Основными будут цельнометаллические полувагоны грузоподъемностью 63—65 и 125—130 тс. Это универсальные вагоны с люками в полу и специализированные с глухим полом
для разгрузки на вагоноопрокидывателях. Будут созданы восьмиосные полувагоны с глухим полом, вписанные в габарит Т, с
объемом кузова около 160 м3 и погонной нагрузкой на путь 10—12
тс/м.
Серьезной задачей является отработка восьмиосного полувагона,
опирающегося на четыре двухосные тележки без связываю229
щих балок. Предполагается, что это снизит трудоемкость изготовления полувагонов, уменьшит тару на 2—3 тс и позволит
повысить их грузоподъемность. Повышения грузоподъемности
универсальных полувагонов можно достичь и применением высокопрочных сталей, а также алюминиевых сплавов для крышек
люков и торцовых дверей.
Крытые вагоны. Основным типом крытого универсального
вагона будет цельнометаллический вагон грузоподъемностью 63—65 тс с объемом кузова 123—125 м3, уширенными дверными проемами, обеспечивающими эффективное использование автопогрузчиков, и внутренним полимерным покрытием кузова взамен дерева. Целесообразно двери и люки вагонов делать из алюминиевых
сплавов. Будет также создан вагон с увеличенным до 145— 150 м3
объемом, обеспечивающим лучшее использование грузоподъемности при перевозке штучных грузов, так как в перспективе
значительная часть грузов, перевозимых сейчас в крытых
универсальных вагонах, будет перевозиться в контейнерах и специализированных вагонах. Наиболее эффективна конструкция
такого вагона, вписанного в габарит Т. Получат распространение
вагоны с раскрывающейся крышей для перевозки требующих
защиты от атмосферных воздействий пакетированных грузов —бумаги в рулонах, картона, автомобильных двигателей, рулонной
стали и т. д. Все это позволит значительно повысить уровень
механизации погрузочно-разгрузочных работ.
Цистерны. На перспективу основным типом цистерн для перевозки нефтепродуктов широкой номенклатуры будут цистерны с
удельным объемом котла 1,25 м3/т. Для перевозки бензинов будут
созданы цистерны с удельным объемом котла до 1,4 м3/тс, в том
числе вписанная в габарит Т восьмиосная цистерна для строящейся
Байкало-Амурской магистрали. При отработке конструкций
восьмиосных цистерн необходимо ориентироваться на более
совершенную схему ходовых частей без связывающих балок.
Предусматривается совершенствование цистерн для нефтепродуктов в направлении оборудования их устройствами для
нижнего слива и налива груза, что позволит улучшить условия
труда на этих операциях. С развитием химической промышленности станет шире номенклатура специальных цистерн для перевозки различных химических продуктов.
Специальные саморазгружающиеся вагоны. Такие вагоны бункерного типа будут занимать в производстве значительный удельный вес. Среди них основными станут: крытый хоппер для бестарной перевозки сыпучих грузов с объемным весом 0,75—0,90 тс/м3
(зерно, сахар-песок, азотистые минеральные удобрения и др.);
крытый хоппер для бестарной перевозки сыпучих грузов с объемным весом 1,0—1,7 тс/м3 (фосфатные и калийные минеральные
удобрения, сырье для их производства, цемент и др.); вагоны бункерного типа для бестарной перевозки и последующей пневматической разгрузки муки и других аналогичных грузов.
230
Изотермические вагоны. Предусмотрено совершенствование
конструкции рефрижераторных секций из пяти вагонов в направлении повышения диапазона регулирования температур в грузовом помещении, оборудования экономичными ходовыми частями,
обеспечивающими высокие скорости движения и увеличение грузоподъемности. Будут разрабатываться вагоны с кузовами типа
«сэндвич» для повышения теплотехнических и антикоррозионных
свойств конструкции и снижения трудоемкости при их изготовлении. Будет совершенствоваться энергосиловое оборудование вагонов и отрабатываться конструкция автономных рефрижераторных вагонов.
Вагоны промышленного транспорта. Будут созданы думпкары:
для перевозки скальных и вскрышных пород на открытых разработках угля и руды — восьмиосный грузоподъемностью 160—
170 тс с электрогидравлической системой разгрузки; для перевозки
горячих грузов; для особо тяжелых условий работы и т. д.
Для черной металлургии будут созданы восьмиосные платформы
грузоподъемностью 130 тс для перевозки совков со скрапом, специализированные вагоны для перевозки колошниковой пыли и
другие вагоны, обеспечивающие рост производительности труда, а
также механизацию производственных процессов на промышленных предприятиях. Для других отраслей народного хозяйства будут
также созданы новые специализированные вагоны.
231
Глава VII
ПАССАЖИРСКИЕ ВАГОНЫ
§ 38. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПАССАЖИРСКИМ
ВАГОНАМ
Важнейшие технические требования, предъявляемые к пассажирским, почтовым и багажным вагонам локомотивной тяги магистральных железных дорог колеи 1520 мм, для скоростей движения не свыше 44 м/с (160 км/ч) определены ГОСТ 12406—66.
Все строящиеся и проектируемые вагоны имеют кузов цельнонесущей конструкции с металлической обшивкой. Максимальные
размеры кузова едины (см. гл. II) для вагонов данного типа и вписаны в габарит 0-Т (ГОСТ 9238—73) подвижного состава железных
дорог.
Параметры несущей конструкции пассажирских вагонов определяют по нормам расчета на прочность и проектирования несамоходных вагонов, предназначенных для эксплуатации на сети железных дорог МПС.
Для обеспечения надлежащих термоизоляционных качеств
вагонов выбирают оптимальную конструкцию ограждения кузова и
термоизоляционные материалы, удовлетворяющие теплотехническим, гидроизоляционным и противопожарным требованиям. В
настоящее время на смену мипоре, обертываемой паронепроницаемой полиамидной пленкой, приходит самозатухающий полистирольный пенопласт ПСБ-С.
Системы отопления, водоснабжения, вентиляции выполняют
так, чтобы при температуре наружного воздуха —40° С в вагоне
была обеспечена температура не ниже 18° С. При тех же условиях,
но в вагонах с электрическим отоплением и электроподогревом
подаваемого воздуха, температура в вагоне автоматически поддерживается равной 20 =ь 2°С.
Вентиляционные установки обеспечивают очистку воздуха от
пыли, его подогрев в холодное время года и равномерное распределение по длине вагона. Систему вентиляции рассчитывают на
непрерывную работу и подачу в вагон наружного воздуха в количестве, нормируемом ГОСТ 12406—66. Для отвода воздуха в каждом пассажирском помещении и туалетных комнатах устанавливают потолочные дефлекторы.
В зависимости от назначения и предъявляемых к вагонам требований их оборудуют установками для кондиционирования воздуха, благодаря которым автоматически осуществляется венти232
лирование, подогрев или охлаждение подаваемого в вагон воздуха
до требуемой температуры. При наличии системы охлаждения в вагоне постоянно поддерживается температура, равная 24 =t 2° С,
при температуре наружного воздуха до 40° С. Конструктивные
решения и качество изготовления узлов обеспечивают внутри
вагонов при закрытых окнах, дверях, дефлекторах и работающей
вентиляционной установке подпор воздуха, регламентируемый
ГОСТ 12406—66.
Вагоны всех типов снабжают холодной и горячей водой (исключение составляют вагоны межобластного сообщения и багажные).
Размещение баков для воды допускает их свободную промывку и
демонтаж. Баки снабжают указателями уровня воды, а также
сигнализаторами окончания налива. Трубопровод системы водоснабжения холодной водой изготовляют из стальных оцинкованных или полиэтиленовых труб. Монтаж трубопроводов выполняют
так, чтобы был обеспечен полный слив воды и исключалось их
замораживание. Подача воды в баки осуществляется через наливные
трубы, соединительные головки которых размещены под вагоном.
Эти головки снабжены нагревательными устройствами. В вагонах
устанавливают электрокипятильники непрерывного действия и
агрегаты для охлаждения питьевой воды.
Пассажирские вагоны оборудуют системой электроснабжения,
обеспечивающей все потребители электроэнергии во время движения поезда и на стоянках. Вагоны оборудуют подвагонной магистралью с межвагонными соединениями, предназначенными для
подачи питания цепям аварийного освещения соседнего вагона в
случае выхода из строя его электрооборудования.
Освещение помещений для пассажиров предусматривают люминесцентное с электропитанием от преобразователя с частотой
тока не менее 400 Гц, кроме вспомогательных пассажирских помещений, где допускается применение ламп накаливания напряжением 50 В. Кроме этого, вагоны имеют дежурное и аварийное
освещение. Вагоны оборудуют телефонной магистралью, звонковой сигнализацией вызова проводника и радиотрансляционной
сетью с устройством, обеспечивающим устранение радиопомех, i
Электрическое оборудование пассажирских вагонов проектируют с
учетом работы при температуре окружающей среды от —50 до 40°
С. Оборудование имеет защиту от перегрузок и коротких
замыканий. Уровень шума в пассажирских помещениях регламентирован ГОСТ 12406—66.
Пассажирские вагоны, независимо от назначения и класса,
оснащают однотипным оборудованием: автосцепками, автоматическими и ручными тормозами, противогазными устройствами,
авторегулятором рычажной передачи и грузовых режимов торможения, переходными упругими площадками, поручнями и подножками (рассчитанными на удобный вход в вагон с высоких и
низких платформ), сигнальными фонарями и скобами для навешивания маршрутных досок. Почтовые и багажные вагоны не
233
имеют двух последних устройств, а почтовые вагоны, кроме того,
не оборудованы и переходными площадками.
Основные технические требования к ходовым частям, тормозному и автосцепному оборудованию и особенности конструкции
этих узлов были изложены выше (см. гл. III, IV и V).
Принципиальную схему конструкции пассажирского вагона и
его архитектурно-конструктивное решение определяют, исходя из
конкретных предъявляемых требований и функционального
назначения вагона, с учетом сохранения моральной долговечности
вагона в течение заданного срока службы. Наружную форму вагона
проектируют рациональной по конструкции, простой по
геометрическим линиям, подчиненной совместно с обустройством,
единому композиционному замыслу. К формам кузова и наружному
оборудованию вагона, предназначенного для скоростей движения
до 44 м/с, не предъявляют строгих аэродинамических требований.
У скоростных поездов форма вагона обтекаемая, подвагонное
оборудование, межвагонное пространство и входные трапы закрыты, стекла окон конструктивно выполнены заподлицо с боковинами.
Пространственно-планировочное решение пассажирских вагонов находится в прямой зависимости от их назначения. Оно должно
отвечать функциональным требованиям, предъявляемым к вагону
данного типа, современному и перспективному (на расчетный срок
службы) развитию пассажирских перевозок. Для интерьера помещений пассажирских вагонов используют малонасыщенные
цвета, которые создают уют, а также впечатление легкости и чистоты. Преобладают светлые тона — для стен и потолка — и более
темные — для диванов, кресел и других обустройств, имеющих
относительно небольшие плоскости.
В пассажирских вагонах дальнего следования обязательно
предусматривают места для багажа и размещения верхней одежды,
столики, емкости для мусора, пепельницы и т. д. В вагонах создают
определенные удобства для проезда пассажиров с детьми. Тип
конструкции и параметры пассажирских мест соответствуют классу
и назначению вагона. Основные размеры пассажирских помещений
и их оборудования принимают по рекомендациям, приведенным в
нормах на проектирование вагонов. Угол наклона сидения к
горизонтали обычно составляет 6—12°; нерегулируемый угол
между сидением и спинкой равен 95—130°; высота спинки не менее
500 мм; внутреннее расстояние между подлокотниками 450—500
мм; ширина подлокотника 100 мм; ширина сиденья для одного
человека — не менее 450 мм; свободное расстояние над спальной
полкой по высоте не менее 650 мм. Форму диванов и кресел
выбирают с учетом удобства для сидения (лежания) на основе
требований антропометрии. Пассажирские вагоны оснащают опускными и глухими (неоткрывающимися) окнами. Все окна, кроме
окон котельного отделения, имеют двойные стекла и достаточно
хорошее и долговечное уплотнение, работоспособное при темпе-
ратурах —50÷+ 40° С й исключающее в любое время года попадание пыли и влаги в вагон.
Для окон применяют плоские закаленные безопасные стекла
(ГОСТ 5727—75). В окна котельных отделений и во внутренние
рамы туалетных (умывальных, гардеробных) помещений устанавливают узорчатое или матовое листовое стекло. Размеры стекол
определены ГОСТ 13521—68. В подоконной зоне предусматривают
дренажные устройства. Блок из двух рам открывающихся окон
(кроме окна для специальных целей) в опущенном крайнем положении образует проем не менее 300 мм. Размеры и расположение
окна над уровнем пола выбирают так, чтобы до верхней кромки
оставалось не менее 1800 мм, что позволяет стоящему пассажиру
осматривать пейзаж. Нижняя кромка окна возвышается над поверхностью сидения не более чем на 500 мм, что дает возможность
обеспечить ее положение ниже уровня глаз сидящего у окна ребенка.
Шаг окон по длине вагона связан с его планировочным решением. Это положение весьма важно для вагонов открытого типа с
местами для сидения, где количество окон и величина простенков
увязаны с шагом кресел для создания наилучшей обзорности
пассажирам. Каждое опускающееся окно оборудовано механизмом
для облегчения подъема пакета из двух рам и фиксации его на
любой высоте между крайними положениями. Конструкция окон
предусматривает возможность их очистки, в том числе между
рамами. Окна вагонов, за исключением окон туалетных и котельных помещений, оборудуют механическими шторками из светозащитного материала, которые можно фиксировать в любом положении по высоте. Кроме того, на окнах есть занавески для защиты
от солнца.
Двери, в зависимости от назначения вагона и места их установки, применяют створчатые или задвижные. Минимальная ширина проемов дверей (в мм) установлена нормами на проектирование вагонов (см. § 9). Двери снабжены унифицированными замками и фиксаторами в закрытом (некоторые и в открытом) положении. Их ручки расположены на высоте 900—1000 мм от пола.
Двери пассажирских купе и служебных помещений, как правило,
задвижные. В нижней части этих дверей, а также дверей в коридорах и туалетных помещениях предусматривают вентиляционные
отверстия. Боковые и лобовые створчатые двери тамбуров выполняют из штампованных стальных листов, алюминиевых сплавов
или стеклопластика. Эти двери имеют термоизоляцию, петли,
допускающие регулировку полотна по высоте, предохранительные
решетки на стекла и уплотнения, исключающие попадание пыли
внутрь вагона. Дверь котельного отделения выполняют металлической.
В пассажирских вагонах дальнего и межобластного сообщения
предусмотрено по два санузла на один вагон, а в почтовых, багажных и вагонах-ресторанах — по одному на вагон. В спальных
234
235
Вагонах с большой населенностью целесообразны дополнительные
умывальные кабины. Вагоны высшего класса имеют душевые установки и умывальники в каждом купе или одну установку на два
купе. Санузел оборудуют умывальными раковинами с порционными кранами, унитазами с ножным приводом к клапану для пуска
воды к затвору. В санузле также установлены зеркало, дозаторы
для жидкого мыла, полочка, вешалка с крючками, ящик для бумаги, озонатор, кувшин для ерша, а на двери — указатель — занят
санузел или свободен. Умывальные раковины расположены на
высоте 850—900 мм от пола.
Служебные помещения проектируют удобными для работы и отдыха обслуживающего персонала. Основное их оборудование
следующее: спальные места, приспособленные для лежания и сидения (в спальных вагонах); кресла или диваны (в межобластных
вагонах); полки для чистого белья; раковина для мойки посуды;
шкаф для хранения посуды; столик под окном и др. В каждом
пассажирском вагоне предусматривают определенный набор звуковых, световых и визуальных средств информации для пассажиров и обслуживающего персонала.
Технические условия на производство вагонов предусматривают
антикоррозионную защиту всех металлических деталей, пропитку
тканей водоотталкивающими и противогнилостными составами, а
деревянных деталей — антисептиками и антипиренами. Обеспечению пожарной безопасности вагонов уделяют исключительно
большое внимание. Поэтому для облицовки стен, перегородок и потолков применяют только несгораемые или трудносгораемые материалы, а деревянные детали подвергают огнезащитной обработке.
Используют самозатухающий термоизоляционный материал, который не выделяет токсических веществ.
Опыт эксплуатации цельнометаллических пассажирских вагонов определил необходимость отделить противопожарными конструкциями потенциально опасное служебное помещение, защитить
всю площадь перегородки со стороны служебного помещения огнезащитным материалом и установить шиберную заслонку в воздуховоде, чтобы в случае пожара огонь не распространялся по вагону
через воздушный канал.
Дымовые трубы котла отопления, плит и т. п. имеют противопожарные вставки. При расчете их размеров исходят из следующих
допускаемых температур: 800° С — для поверхности дымовой
трубы, омываемой дымовыми газами; 100° С — для поверхности,
омываемой горячей водой; 60° С — для поверхности нагрева деталей из дерева. В зависимости от температуры теплоизлучающих
поверхностей установлены минимальные расстояния от них до
сгораемых конструкций: 500 мм — при температуре 80—200° С;
1000 мм при температуре свыше 200° С. При необходимости расположения сгораемых конструкций ближе указанных расстояний
их защищают изоляционными материалами, а также экранами с
воздушной прослойкой. Воздуховод изготовляют металличе236
ским, а тканевые диффузоры и компенсирующие вставки обязательно пропитывают огнестойким составом.
Электрическое оборудование пассажирских вагонов в противопожарном отношении соответствует требованиям ГОСТ 9219—75,
а электрические машины — требованиям ГОСТ 183—74. Для
электрооборудования напряжением до 1000 В сопротивление изоляции составляет не менее 2 МОм при отключенной аккумуляторной батарее, а при более высоком напряжении — не менее 8 МОм.
Все электрооборудование надежно заземляют, на каждую тележку
устанавливают две перемычки, соединяющие кузов вагона с рамой
тележки, а раму соединяют двумя перемычками с буксой. Все
провода низковольтной и высоковольтной цепей прокладывают в
металлических трубах, или коробах, или каналах, защищенных
огнестойкими материалами. Запрещено прокладывать в одних и тех
же трубах и коробах провода цепей напряжением до 1000 В и
свыше 1000 В.
Специальные требования предъявляют к конструкциям соединений, выводов, креплений, изоляционных ограждений и к формам изгибов трубопроводов. Наконечники проводов крепят горячей
пайкой или напрессовкой. Изоляция всех проводов трудновоспламеняемая и масловлагостойкая. В системах электроснабжения предусматривают защиту электрических цепей автоматическими выключателями от токов короткого замыкания и перегрузок,
коммутационных и индуктивных перенапряжений. Места
установки распределительных щитов и пускорегулирующей аппаратуры надежно изолируют для предотвращения распространения
огня в случае загорания.
Все пассажирские вагоны обязательно снабжают первичными
средствами пожаротушения.
§ 39. ВАГОНЫ ДАЛЬНЕГО И МЕЖОБЛАСТНОГО
СООБЩЕНИЯ
В настоящее время строят пассажирские вагоны (ГОСТ 18469—
73) локомотивной тяги магистральных железных дорог,
предназначенные для движения при скоростях до 44 м/с (160 км/ч):
вагоны открытого типа с креслами для сидения (ПО), применяемые
для перевозки пассажиров с пребыванием в пути не более 7 ч;
некупейные со спальными местами (ПН); купейные со спальными
местами (ПК); купейные с мягкими спальными местами (ПМ).
Перевозка пассажиров в вагонах ПН, ПК и ПМ не ограничена
временем нахождения в пути.
Все отечественные пассажирские вагоны выполнены на базе
унифицированного кузова цельнометаллической конструкции,
имеют принципиально одинаковые по устройству системы вентиляции, отопления, водоснабжения, освещения и электрооборудо237
вания, тележки и электропневматический тормоз. Единые для
пассажирских вагонов геометрические параметры следующие:
Длина вагона, мм:
по осям сцепления автосцепок .......................................
по кузову снаружи ...........................................................
Ширина вагона, мм:
по боковинам снаружи
..............................................
внутри ............................................................................
Высота вагона от уровня головки рельса, мм:
до верха крыши ................................................................
до оси автосцепки ............................................................
Высота пола в тамбуре от уровня головки рельса, мм ...
База вагона, мм
..................................................................
База тележки, мм .....................................................................
24 537
23 600
3 105
2 923
4 377
1 060
1 390
17 000
2 400
Открытый вагон с креслами для сидения (рис. 92) имеет общий салон
4 для пассажиров, два тамбура 1, два туалета 2 (по концам вагона),
служебное 3 и гардеробное 5 помещения, а также котельное отделение 6.
Пассажирский салон оборудован двумя рядами мягких двухместных
кресел, установленных вдоль каждой боковой стены в противоположных
друг другу направлениях. Это позволяет половине пассажиров сидеть
лицом по движению поезда.
Кресла, установленные в салоне, имеют металлический каркас с
мягкими цельными сидениями, рассчитанными на двух человек, и двумя
шарнирно связанными с подлокотниками спинками. При помощи
механизма реечной конструкции с возвратной пружиной, вмонтированного
в крайние стойки подлокотников, каждую спинку можно перемещать
(нажимая на ее рукоятку) на определенный угол и фиксировать в крайних
положениях. На каждой спинке закреплен откидной столик. Вдоль всего
салона, выше окон, установлены сетки для багажа. Потолки в салоне
изготовлены из древесноволокнистых плит толщиной 4 мм и собраны из
отдельных секций. Помещения вагона разделены перегородками,
выполненными из фанерной плиты толщиной 25 мм.
Во всех помещениях продольные стены до уровня окон и над ними, а
также полы обшиты столярной плитой толщиной 19 мм, за исключением
туалетов, где полы представляют собой блок из стеклопластика.
Мэждуоконные простенки обшиты влагостойкой фанерой толщиной 10 мм.
Для облицовки стен салона, туалетов и тамбуров применен пластик. В
служебном помещении расположены одно кре vio, стол и щит
электрооборудования. Гардеробное помещение со специальной вешалкой
служит для размещения верхней одежды пассажиров.
В некоторых вагонах на месте гардеробного помещения расположен
радиотрансляционный пункт. У вагонов, оборудованных электрическим
отоплением, на площади котельного отделения размещено помещение для
мойки посуды. Аналогичные вагоны раньше строили в ПНР для СССР. Они
имели 74 места для пассажиров,
238
229
вес тары составлял 51 тс. Часть таких вагонов строили с буфетным
отделением, которое снабжали специализированным электрическим
оборудованием для подогрева пищи, воды, варки сосисок, кофе^ и
другими устройствами. Такие вагоны последних лет постройки
имеют вес тары 48 тс и 68 мест для сидения.
Некупейный вагон со спальными местами (модель ЦМВО-66)
показан на рис. 93. Пассажирское помещение вагона разделено
перегородками на девять сообщающихся отделений 4, в которых в
два яруса размещены шесть спальных мест — четыре поперек
вагона и два вдоль него. Над каждой парой спальных мест установлены багажные полки. Под окном, между поперечными диванами укреплен столик. Во всех перегородках, между диванами
устроены проемы, образующие сквозной проход вдоль всего пассажирского помещения.
Средние поперечные полки в нерабочем положении можно
поднимать и фиксировать под некоторым углом к перегородке.
Продольные средние полки шарнирно связаны с двумя тягами,
подвешенными на кронштейнах к стене. Это позволяет убрать продольную полку под багажную полку и в этом положении запереть
ее специальными пружинными пальцами, установленными на
перегородках. Нижний продольный диван выполнен из двух боковых сидений и поворотной средней части с кронштейном. В поднятом и закрепленном к стене положении средняя часть образует
столик, расположенный под окном. К торцам поперечных и продольных диванов прикреплены боковины, соединяющие два дивана
смежных пассажирских отделений. У каждого спального места на
перегородках укреплены сетки для мелких вещей, брюкодержатели, крючки-вешалки.
Потолки в отделениях для пассажиров закрывают воздуховод,
идущий вдоль всего вагона. Они выполнены в виде отдельных
секций из древесно-волокнистой плиты толщиной 4 мм. На них
размещены решетки для подачи воздуха в вагон, нижняя часть
дефлектора и люминесцентный светильник. Потолки коридоров
изготовлены из столярных плит толщиной 19 мм.
В вагоне предусмотрены две туалетные комнаты 1. служебное
помещение 2 и двухместное купе 3 для отдыха обслуживающего
персонала. В концевых частях вагона имеются коридоры. В одном
из них размещено котельное отделение с примыкающей к нему
установкой для кипятильника, а в другом находится ящик для
мусора. Такие вагоны имеют вес тары 50 тс и 54 спальных места.
Купейный вагон со спальными местами показан на рис. 94.
Такой вагон имеет девять четырехместных 5 и одно двухместное 4
купе, служебное помещение 3, котельное отделение 9 (в вагонах с
водяным отоплением), два туалета 2 (по одному в концевых частях
вагона), два тамбура / и коридоры 5, 6 и 7 соответственно котлового
и некотлового концов вагона и продольный. Некоторые вагоны
оборудованы
центральным
радиотрансляционным
пунктом,
расположенным на площади двухместного купе.
240
Пассажирские купе образованы поперечными и продольной
фанерными перегородками. В последней имеются проемы по числу
купе, перекрытые задвижными дверями. Каждое купе оборудовано
полумягкими подъемными диванами, под которыми есть рундуки
для багажа, полумягкими откидными спальными полками, шарнирно закрепленными на поперечных перегородках над диванами.
В нерабочем положении полки подняты и зафиксированы пружинными защелками под некоторым углом к перегородке. В купе над
спальными местами подвешены сетки для мелкого багажа, держатели для брюк, крючки-вешалки и софиты для индивидуального
освещения. Все купе снабжены также переносными лестницами. На
потолке расположены нижняя регулируемая часть дефлектора,
жалюзи для подачи и равномерного распределения воздуха, люминесцентный светильник и репродуктор. Для багажа пассажиров
отведена также ниша, размещенная между потолками купе и
коридора. Под окнами установлены столики. Продольные и поперечные стены внутри вагона, все перегородки с двух сторон и
потолки (в том числе и в тамбурах) покрыты твердым пластиком.
Другие помещения и их оборудование такие же, как у вагонов, описанных выше.
Купейные вагоны, оборудованные электрическим отоплением,
не имеют котельного отделения. На его месте размещают умывальную или помещение для бытовых нужд с мойкой и шкафами для
посуды. Имеются вагоны этого типа, в которых вместо трех пассажирских четырехместных купе устроен буфет с примыкающим к
нему двухместным купе для обслуживающего персонала. Буфет
оснащен необходимым электрическим оборудованием для приготовления кофе, разогрева пищи, варки сосисок, а также холодильными шкафами.
Основной тип купейного вагона с четырехместными купе и полумягкими («жесткими») спальными местами постройки заводов
ГДР для СССР имеет десять купе на 38 мест. Вес тары этоговагона
50 тс. Купейные вагоны с четырехместными купе и полумягкими
спальными местами созданы также КВЗ и ЛВЗ. Конструктивно эти
купейные вагоны выполнены на базе соответственно вагона
открытого типа со спальными местами и мягкого вагона. Поэтому
первый из них имеет девять четырехместных и одно двухместное
купе с общим числом мест в вагоне 38, а второй — восемь четырехместных купе с общим числом мест 32. Эти вагоны оборудованы
установками кондиционирования воздуха и предназначены для
курсирования в поездах с централизованным энергоснабжением от
вагона-электростанции.
Купейный вагон с мягкими спальными местами (ГОСТ 18469—73)
изготовляют в двух исполнениях: со всеми четырехместными купе
или с комбинированными купе (двух- и четырехместными). От
вагонов с четырехместными купе и полумягкими спальными местами (постройки ГДР) этот вагон отличается не только наличием
мягких диванов со спинками и мягких полок, но и увеличенными
241
по ширине пассажирскими помещениями за счет уменьшенного
количества спальных мест и купе в вагоне (восемь, а не десять).
Это значительно улучшает комфортные условия пассажиров. В таких вагонах отведены места для верхней одежды, благодаря тому,
что диваны и полки не доведены до продольных перегородок на —130 мы. Вагон второго вида (рис. 95) имеет по четыре двухместных 2 и четырехместных 3 купе. Двухместное купе оборудовано с
одной стороны мягким диваном и полкой, прикрепленными к одной
из поперечных перегородок. На противоположной стороне
установлено мягкое кресло. Как и в других купе, здесь есть столик,
ниша для багажа, сетки для мелких вещей и т. д. В вагоне один из
туалетов 4 оборудован душем. Служебное отделение 1 по своему
устройству такое же, как в вагонах других типов.
Вагон оборудован установкой кондиционирования воздуха. Для
отделки помещений применены современные материалы.
Установлены люминесцентное освещение, звуковая сигнализация и
радиотрансляционная сеть, что создает высокие комфортные
условия проезда. Такой вагон на 24 спальных места имеет вес тары
58 тс. Электроснабжение вагона индивидуальное от электропреобразовательного агрегата мощностью 26 кВт и от кислотной
аккумуляторной батареи напряжением 110 В.
Для международных пассажирских перевозок используют мягкие вагоны, построенные по габариту 03-Т (РИЦ), вследствие чего
они могут беспрепятственно курсировать по железным дорогам
СССР и Западной Европы. В вагонах первого класса 11 двухместных купе (во всех купе установлены умывальники), а в вагонах
второго класса — 11 трехместных купе (спальные места в каждом
купе расположены в три яруса). Трехместные купе можно легко
перестроить в двухместные. В этих вагонах перегородка между
двумя смежными купе раздвижная. В некоторых вагонах международного сообщения с двухместными купе и полумягкими спальными местами устраивают два купе с мягкими диванами и полками.
Такие вагоны имеют несколько увеличенную длину кузова (24,2 м)
и базу (17,2 м). Редукторно-карданный привод этих вагонов, выполненный от средней части оси, имеет генератор постоянного тока
мощностью 28 кВт, напряжением ПО В. Соответственно требованиям, предъявляемым к вагонам для международных сообщений, в последних предусмотрена возможность отопления их
паром от локомотива. Под вагонами проходит магистраль электрического отопления.
Для железнодорожных перевозок туристов на дальние расстояния созданы двухэтажные вагоны с куполом для обозрения местности (рис. 96). Первый этаж имеет семь четырехместных купе 3 с
мягкими спальными местами, служебное помещение 2, буфетное
отделение 9, две туалетные комнаты 4, концевые малые коридоры 6
и 8, продольный большой коридор 7, две камеры 5 для холодильных установок, к которым предусмотрен доступ только снаружи
вагона, а также тамбуры с тормозного и нетормозного концов
242
243
вагона. Оборудование купе аналогично оборудованию купейных
вагонов с мягкими спальными местами. Второй этаж представляет
собой пассажирский салон 1 открытого типа, перекрытый застекленным куполом. В нем в 2 ряда установлены парные мягкие
кресла с перекидными спинками (по семь в каждом ряду) и два
мягких четырехместных дивана. Вагон снабжен двумя установками
кондиционирования воздуха, размещенными по концам вагона. Вес
тары 61 тс, высота верха купола над уровнем рельса 5177 мм;
тележки КВЗ-ЦНИИ, тип II. Питание электроэнергией напряжением
380/220 В предусмотрено от вагона-электростанции.
§ 40. ПОЧТОВЫЕ И БАГАЖНЫЕ ВАГОНЫ,
ВАГОНЫ-РЕСТОРАНЫ
Почтовый вагон, эксплуатируемый в пассажирских поездах
дальнего следования, предназначен для перевозки корреспонденции, посылок, периодической печати и т. д. Вагон имеет (рис. 97)
две расположенные по его концам кладовые: трактовую 1 для размещения посылок, предназначенных к выгрузке на промежуточных
станциях, и транзитную 7 для посылок, адресованных на конечную
станцию. Кроме того, в вагоне размещены: сортировочный зал 5,
купе 8 для бригады, служебное помещение 4, котельное отделение
10, туалет 3, тамбур 2 и два коридора 6 и 9. В некоторых вагонах
рядом со служебным помещением расположено дополнительное
купе.
Трактовая и транзитная кладовые оборудованы полками для
посылок, укрепленными к продольным стенкам вагона, а также
двумя двухстворчатыми дверями, открывающимися наружу и запирающимися из вагона. В трактовой кладовой установлен электрический холодильник, а в транзитной кладовой — шкаф для
корреспонденции. Сортировочный зал расположен в средней части
вагона. Он оборудован столами для обработки почты, шкафами,
разделенными на ячейки для сортировки корреспонденции разного
вида, тумбочками с лотками для писем, шкафом для продуктов и
табуретками с сиденьями, регулируемыми по высоте. Установлен
также специальный стол с механической очисткой корреспонденции
от пыли до ее поступления на сортировку. Освещение
сортировочного зала усилено настенными бра, расположенными
над рабочими столами.
Купе для отдыха бригады, обслуживающей вагон, рассчитано
на шесть спальных мест, из которых четыре — мягких. Служебные
помещения, туалетные комнаты и котельные отделения по своим
габаритным размерам, форме и оборудованию унифицированы с
аналогичными помещениями пассажирских вагонов других типов.
Вес тары вагона 46,7 тс, грузоподъемность 20 тс.
На некоторых направлениях из-за малого объема почтовых
отправлений и багажа нецелесообразно иметь в поезде и почтовый
и багажный вагоны. В таких случаях используют конструкцию, в
которой совмещены функции почтового и багажного вагонов.
244
245
Багажно-почтовый вагон выполнен по типу почтового вагона и
содержит кладовую для багажа площадью 20,7 м2, расположенную
со стороны единственного тамбура, кладовую для почты площадью
15,2 м2 (каждая кладовая вмещает до 10 т груза), сортировочный зал,
купе отдыха бригады, купе раздатчиков багажа, котельное
отделение, туалет и коридоры.
По сравнению с почтовым данный вагон имеет увеличенную
багажную кладовую за счет купе для отдыха бригады, которое
рассчитано только на два спальных места. Купе раздатчика багажа
также двухместное. В нем, кроме спальных мест, установлены щиты
электрооборудования и механический привод к двери, ведущей из
тамбура
в
кладовую
багажа.
Оборудование
кладовых,
сортировочного зала и котельного отделения аналогично оборудованию почтового вагона. Приточная система вентиляции вагона
использована для обогрева кладовой почты.
Наиболее прогрессивным способом транспортирования почты
являются контейнерные перевозки. Однако их внедрение при
существующих почтовых вагонах нецелесообразно, так как объем
кладовых будет использован лишь на 50—60%. Следовательно,
необходимо создать специальный вагон для перевозки почтовых
посылок в контейнерах.
Специально спроектированный на ЛВЗ для такого рода перевозок вагон имеет один тамбур 1 (рис. 98), бытовой отсек, разделенный коридором 6 и состоящий из туалета 2, помещения 3 для
обслуживающей бригады и котельного отделения 7, помещение 4
для оператора и кладовую 5 площадью 53,3 м2. Багажная кладовая
вмещает 45 контейнеров, установленных вдоль вагона в 3 ряда.
Контейнеры изготовлены из алюминиевых сплавов, имеют одинаковые габаритные размеры и объем 1,6 м3. Определенное
положение контейнеров в багажной кладовой обеспечено направляющими и фиксирующими устройствами, установленными на
полу.
Погружают и выгружают контейнеры через задвижные двери,
имеющиеся в каждой боковой стене, при помощи находящихся в
кладовой мостовых кранов грузоподъемностью 600 кгс каждый.
Управляют кранами дистанционно с пульта управления, установленного в помещении для оператора. Вагон снабжен автономным
подвагонным генератором переменного тока мощностью 11,5 кВт.
Его можно также эксплуатировать в поездах с централизованным
энергоснабжением, поскольку он снабжен подвагонной магистралью, рассчитанной на напряжение 3000 В. Вес тары вагона 52,3
тс, грузоподъемность 18,3 тс.
Багажный вагон используют для транспортирования багажа в
пассажирских или отдельных почтово-багажных поездах. На рис.
99 дана планировка багажного вагона измененной конструкции. По
сравнению с ранее выпускавшимся вагоном аналогичного
назначения здесь площадь кладовой увеличена на 15 м2 за счет
ликвидации одного тамбура, туалета, коридора и двух служебных
246
247
Купе, надобность в которых миновала, в связи с изменившимися
условиями эксплуатации.
Со стороны тамбура 1 расположены двухместное купе 4 для раздатчиков багажа, служебное помещение 3, котельное отделение 6 и
туалет 2 с душем. Эти помещения аналогичны помещениям пассажирских вагонов других типов. Остальную часть вагона занимает
кладовая 5, оборудованная подъемными полками и настенным
консольным поворотным краном с электрическим приводом
грузоподъемностью 500 кгс. В каждой боковой стене кладовой
имеется погрузочная двухстворчатая дверь, запирающаяся из
вагона. Для прохода обслуживающего персонала в кладовую в
поперечной стене между бытовыми помещениями и кладовой есть
дверь со смотровым окном. Пол кладовой обшит металлическими
листами.
В этом вагоне только бытовые помещения снабжены отопительными приборами. Котельное отделение оборудовано котлом,
кипятильником непрерывного действия и плитой для приготовления пищи. Кроме подвагонного генератора, снабжающего вагон
электроэнергией, имеется электрическая магистраль напряжением
3000 В для централизованного энергоснабжения вагона, а также
подвагонная магистраль для подключения к соседнему вагону. Вес
тары вагона 43 тс, грузоподъемность 26 тс.
Вагон-ресторан современной постройки с автономным электроснабжением, кондиционированием воздуха и водяным отоплением
(рис. 100) имеет салон 4 на 48 человек. В отсеке, отделенном от
салона перегородкой, расположены кухня 7 и раздаточная 6. Вагон
имеет два тамбура 1, умывальное отделение 2, холодильную камеру
3 для замороженных блюд и полуфабрикатов, буфет 5 и котельное
отделение 8. Салон разделен декоративной перегородкой на два
зала, в которых у окон установлено по шесть столов, рассчитанных
на четыре места каждый. В одном из залов есть буфет 5. Коридоры,
расположенные по концам вагона, обеспечивают проход в соседние
вагоны. Кухня оборудована трехкомфорочной плитой с вытяжным
зонтом, отдельными раковинами для посуды и продуктов, а также
тремя шкафами, в которых поддерживается необходимая
температура
двумя
холодильными
агрегатами
холодопроизводительностью 0,58 и 0,81 кВт (500 и 700 ккал/ч). Эти же
агрегаты обслуживают шкаф, установленный в раздаточном отделении, и, кроме того, используются для приготовления пищевого
льда.
В вагоне установлено еще два холодильных агрегата. Один
агрегат холодопроизводительностью 0,58 кВт (500 ккал/ч) предназначен для раздаточного и буфетного отделений, снабженных
шкафами емкостью соответственно 710 и 135 л; второй — холодопроизводительностью 0,81 кВт (700 ккал/ч) размещен в подвагонном ящике и обслуживает камеру для хранения замороженных
кулинарных блюд, холодильный шкаф, помещенный в торце вагона
со стороны котельного отделения, и ящик, смонтированный
249
248
на раме кузова. Потребители электроэнергии вагона-ресторана
получают питание от двух генераторов мощностью 28 и 4,9 кВт,
привод которых осуществлен соответственно от средней части оси
колесной пары и ее торца.
§ 41. ВАГОНЫ СКОРОСТНОГО СООБЩЕНИЯ
В вагоностроении возникли новые и сложные технические проблемы, связанные с созданием пассажирских вагонов для скоростного движения. Одним из центральных вопросов является аэродинамика поезда, поскольку высокоскоростное движение вызывает
увеличение основного сопротивления движению и главным образом
его составляющей части — воздушного сопротивления, которое при
скоростях 28, 56 и 84 м/с (100, 200 и 300 км/ч) составляет
соответственно —35, 65 и 80% общего сопротивления движению.
Форма головной части с точки зрения аэродинамики имеет важное
значение, начиная со скорости движения, превышающей 28 м/с
(100 км/ч). Увеличением обтекаемости головной части удается
получить большую экономию мощности локомотива. Экономия
остается ощутимой и при увеличении длины поезда, хотя значение
фактора воздушного сопротивления лобовой формы, например, при
поезде из десяти вагонов снижается более чем в 2 раза.
Значительное влияние на воздушное сопротивление оказывает
междувагонное пространство, длина которого в пассажирских
поездах локомотивной тяги с обычными вагонами равна 1000 мм.
Исследования показали, что если полностью перекрыть пространства между вагонами по контуру боковых стен, то, например, при
составе из десяти вагонов, движущемся со скоростью 69 м/с (250
км/ч), можно почти на 700 л. с. уменьшить требуемую мощность
локомотива.
На воздушное сопротивление крайне неблагоприятно влияет
также подвагонное пространство, в котором размещено тормозное,
электрическое и другое оборудование. Из эксплуатационных соображений нецелесообразно закрывать тележки. Остальную часть
рационально закрывать при помощи фальшбортов или нижнего
кожуха-обтекателя, который одновременно может служить несущим элементом кузова и тем самым понизить центр тяжести вагона. Для уменьшения аэродинамического сопротивления боковые
стены кузова целесообразно наклонять к середине вагона под
углом —2° к вертикали.
Большое дополнительное воздушное сопротивление создают
окна, которые обычно утоплены относительно наружной поверхности боковых стен примерно на 20 мм. На преодоление этого сопротивления требуется дополнительная мощность, равная 8,5 л. с.
на один вагон при скорости 69 м/с (250 км/ч). Как показали исследования, утапливать окна более чем на 4 мм не рекомендуется.
Рифленые стены увеличивают сопротивление трения боковой
250
Рис. 101. Зависимости силы давления и напряжений в оконном стекле боковых стен вагона от
относительной скорости v встречных поездов:
/ — сила Fбок~K давления на окно вагона; 2 — напряжения
(Tg0K изгиба стекла; в — минимальное допускагмое
напряжение [СТИ] изгиба стекла
поверхности вагона на 23% при
совпадении направлений ветра и
рифленой поверхности, что для
скоростного поезда из десяти вагонов, движущегося со скоростью 55
м/с (200 км/ч), вызывает необходимость затраты дополнительной 250 300 350 400 V, км/ц
мощности локомотива, равной 155 л.
с. Это сопротивление увеличивается при изменении направления
ветра и достигает 70% сопротивления трения боковой поверхности
при а= 30°. Поэтому во многих странах кузова высокоскоростных
вагонов выполняют без гофров.
В момент скрещивания двух высокоскоростных поездов аэродинамические силы возрастают настолько, что их действие может
вызвать разрушение отдельных элементов вагона, если при расчете
прочности указанные силы не были учтены. Теоретическими
исследованиями ВНИИВ и ЦНИИ МПС установлены зависимости,
по которым можно определить аэродинамическое воздействие на
малое по отношению к поезду неподвижное тело, силу давления
воздушной волны на оконные стекла и рассчитать их прочность с
учетом влияния аэродинамических сил.
Необходимую толщину оконного стекла можно определить
исходя из возникающего в нем напряжения изгиба и сравнения его
с допускаемым, которое для силикатного стекла [а]и = = 250
кгс/см2. Оконное стекло вагона рассматривают как тонкую
пластинку, защемленную по краям и нагруженную равномерно
распределенной нагрузкой. В этом случае максимальные напряжения изгиба, возникающие в оконном стекле,
где Р — интенсивность распределенной нагрузки; Ь — высота
стекла; б — толщина стекла; а — коэффициент, показывающий
отношение высоты стекла к его ширине.
Результаты (рис. 101) определения силы давления на оконные
стекла боковых стен вагона и возникающих при этом максимальных напряжений изгиба при относительных скоростях движения от
69 м/с (250 км/ч) до 138 м/с (500 км/ч) показывают, что предельное
допустимое напряжение в стеклах возникает при относительной
скорости v0 = 105 м/с (380 км/ч). По мере увеличения числа вагонов
в составе поезда значительно уменьшается доля хвосто-
251
вого сопротивления в общем воздушном
сопротивлении. Поэтому при обычном
количестве вагонов пассажирского
поезда локомотивной тяги придание
хвостовому вагону обтекаемой формы
нерационально.
Высокоскоростное движение предъявляет определенные требования и к
другому устройству вагона. Тележки
должны обладать повышенными ходовыми качествами и надежностью. Особенностям эксплуатации таких поездов
должна удовлетворять тормозная система (см. гл. III и IV). На вагонах,
предназначенных для скоростного сообщения, исключено применение автономного электроснабжения. Все потребители электроэнергии должны получать
питание централизованно от вагона
электростанции или от контактной сети
через электровоз. Это диктует необходимость применения электрического
отопления с электрокалорифером в системе вентиляции.
Исследования ВНИИВ и ЦНИИ
МПС позволили выработать общие технические требования к вагонам локомотивной тяги для скоростей 55 м/с
(200 км/ч), на основе которых КВЗ
создал партию пассажирских вагонов,
эксплуатируемых в составе поезда
«Русская тройка». Поезд рассчитан для
движения преимущественно в дневное
время суток и предназначен для
перевозки пассажиров на расстоянии до
600— 800 км. Восемь вагонов поезда
имеют
увеличенную
длину.
В
пассажирских салонах 2 (рис. 102, 103)
установлено по 38 двухместных
поворотных
мягких
кресел
с
регулируемым углом наклона спинок. В
вагонах предусмотрены служебные
помещения, купе / для проводников и
два туалета 3. В составе поезда имеется
вагон с баром и купе с радиоустановкой.
По сравнению с обычными вагоны
скоростного поезда имеют меньшую
высоту, пониженный центр тяжести,
улучшенную герметизацию ку252
Рис. 103. Поперечное сечение вагона РТ-200
зова и переходных устройств. С целью улучшения аэродинамических
качеств и увеличения изгибной жесткости кузов выполнен с
наклонными боковыми стенами и нижним кожухом-обтекателем.
Пространство между вагонами на высоте боковых стен перекрыто
эластичным соединением.
Электроснабжение вагона централизованное переменным током
напряжением 380/220 В. Все вагоны поезда оборудованы электрическим отоплением, установками для кондиционирования воздуха,
холодным и горячим водоснабжением, люминесцентным ос253
вещением, водоохладителями питьевой воды, радиотрансляционной сетью, телефонной магистралью, скоростными тележками,
дисковым электропневматическим и магниторельсовым тормозами.
Вагон, рассчитанный на 76 пассажирских мест, имеет вес тары 42
тс, длину по осям сцепления 26 980 мм, ширину 3050 мм и высоту
от уровня головок рельсов 4150 мм.
§ 42. КУЗОЗА ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНОВ
Унифицированный металлический кузов, принятый в СССР для
пассажирских вагонов всех типов, относится к несущим конструкциям типа замкнутой оболочки с многочисленными оконными
и дверными проемами в стенах. Расположение и размеры проемов
обусловлены архитектурно-планировочными решениями вагонов.
В вагоностроительной практике встречаются две конструктивные
разновидности таких кузовов, принципиальное различие которых
заключается в наличии или отсутствии хребтовой балки в средней
базовой части вагона. Однако все кузова одинаковы по типу
несущей конструкции, в которой металлические гофрированные
обшивки пола, стен и крыши, подкрепленные поперечными и продольными элементами жесткости, совместно образуют замкнутый
контур. Этот контур рассматривают как единую несущую систему.
Для кузовов такого типа характерны высокие прочность и жесткость; они обеспечивают безопасные условия проезда пассажиров
в вагонах, что подтверждает их эксплуатация.
При конструировании металлических несущих кузовов типа
замкнутой оболочки помимо внешних форм выбирают также рациональные формы обшивки, ее толщину, материал, геометрические
параметры элементов жесткости, подкрепляющих обшивку. Методы расчета кузова как подкрепленной оболочки с вырезами
подробно разработаны Е. Н. Никольским и другими специалистами.
Важным фактором является правильное распределение металла
по периметру и в различных сечениях кузова. Спроектированную
конструкцию кузова оценивают также'коэффициентом g потребления материала, к снижению которого следует стремиться. Коэффициент g можно выразить как отношения массы кузова к его длине
(g0 = G/L), к площади горизонтальной проекции кузова {gl = G/LB)
и к объему кузова (g2 = G/LBH). Доля кузова в общей массе вагона
значительна (в среднем до 30%). Поэтому снижение массы кузова,
как и массы других устройств вагона, является постоянной и
актуальной задачей.
При проектировании конструкций вагонов и, в частности, чх
несущих элементов, подверженных различным внешним воздействиям, возникает вопрос, из какого материала наиболее рационально выполнить ту или иную конструкцию, чтобы ее масса была
минимальной. Наиболее целесообразный материал с точки зрения
достижения наименьшей массы элементов конструкции при
254
необходимой прочности выбирают по прочностно-весовым характеристикам (ПВХ), позволяющим судить о показателях массы деталей без ее вычисления. Это обстоятельство, в свою очередь, дает
возможность сравнить ПВХ различных материалов и выбрать
наивыгоднейший, который обеспечивает минимальную массу.
Наряду с этим рассматривают технологические вопросы и оценивают экономическую эффективность, что может скорректировать
полученный результат и заставить принять материал, масса которого отличается от минимальной, но оптимальна с учетом всего
комплекса требований. Для некоторых видов деформаций при статическом и динамическом действии сил ПВХ следующие:
Благодаря выявлению излишних запасов прочности, изысканию
новых конструктивных решений и технологических мероприятий,
изучению опыта эксплуатации вагона, анализу зарубежной
практики, разработке уточненных методов и норм для расчета и
проектирования несущих конструкций типа замкнутой оболочки за
последние годы снижена масса кузовов некупейных вагонов со
спальными местами и вагонов открытого типа с креслами для
сидения в среднем на 17%, купейных вагонов с мягкими спальными местами — более чем на 10%, почтовых — на 14%, багажных — на 12% и т. д. Были упразднены стрингеры, а их функции
стала выполнять сама обшивка, уменьшенная по толщине и снабженная необходимым количеством продольных гофров. При этом
резко снизился объем сварки и правки, уменьшилась погибь
обшивки, улучшились изоляционные качества вагона и коррозионная защита кузова. Оказалось возможным уменьшить количество
поперечных балок металлического настила пола, снизить высоту
шкворневых балок и т. д.
Кузов современного вагона (рис. 104) обычно расчленен на
следующие конструктивно-технологические блоки, раму 1 с настилом пола; боковые 2, торцевые и тамбурные стены; крышу 3.
255
,3
17000
Рис. 105. Рама кузова с хребтовой балкой (металлический настил пола снят)-)
Рис. 104. Кузов серийного пассажирского вагона
в средней зоне
Рама (рис. 105) состоит из хребтовой балки /, проходящей по всей
длине кузова, двух шкворневых 2, трех поперечных 3 и двух концевых 4
балок. Хребтовая балка 1 состоит из трех частей: средняя облегченная
выполнена из швеллера №30 (ГОСТ 8240—72), а концевые усиленные —
из швеллера № 30 В-1 (ГОСТ 5267—63). Стыки частей хребтовой балки
расположены между шкворневыми и установленными вблизи них
поперечными балками. Стыки косые и выполнены в разных поперечных
плоскостях рамы. Шкворневые балки сварены из вертикальных стенок,
перекрытых верхними и нижними листами толщиной 10 мм. Совместно
они образуют закрытое коробчатое переменное сечение. Все
поперечные балки штампованные из листа толщиной 6 мм. В сечении
они имеют вид неравнобокого уголка, высота которого уменьшается по
мере удаления от хребтовой балки.
Для концевых балок применен швеллер, части которого снизу и
сверху
перекрыты
усиливающими
листами,
подкрепленными
угольниками и ребрами жесткости. Настил пола уложен сверх рамы и
приварен к ней электродуговой сваркой. Настил представляет собой три
металлических листа, один из которых, расположенный между
шкворневыми балками, имеет толщину 2 мм и Для увеличения
жесткости снабжен продольными гофрами. Концевые листы гладкие, их
толщина 3 мм. Боковыми обвязками рамы служат горячекатаные
зетобразные профили (100Х75Х 75X6,5 мм), к которым приварены
листы и балочки пола, уложенные на металлический настил и
соединенные с ними контактной точечной сваркой.
256
Рис. 107. Торцовая стеиа
кузова
256
Боковая стена (рис. 106) выполнена из трех продольных поясов
— подоконного 1, среднего 2 и надоконного 3. Средний пояс
толщиной 2 мм состоит из штампованных элементов, образующих
обрамленные отгибкой оконные вырезы и гофрированные простенки между ними. Их стыки расположены посередине оконного
проема, т. е. в зоне наименьших напряжений. Для нижних и
верхних поясов использованы поставляемые металлургической
промышленностью холодногнутые гофрированные профили из
листовой стали толщиной соответственно 2,5 и 2 мм. Пояса контактной точечной сваркой соединены внахлест и благодаря граничным гофрам образуют выполняющие функции элементов жесткости полые замкнутые профили над проемами окон и под ними.
Такой тип соединения одновременно служит технологическим компенсатором погрешностей линейных размеров собираемых элементов по высоте. Обшивка боковой стены подкреплена поперечными элементами жесткости — стойками зетобразного профиля
(56x45x40x3 мм), расположенными в простенках вблизи вертикальных кромок оконных вырезов, а также стойками у дверных
проемов, которые имеют омегообразное сечение (200Х70Х50Х ХЗ
мм). Свободный край надоконного пояса обшивки стены окантован
верхней обвязкой из гнутого зетобразного профиля (50X70X20X3
мм), к которому приварены концы стоек. Все элементы жесткости
приварены к листам обшивки контактной точечной сваркой.
Торцовая стена (рис. 107) того конца вагона, где размещено
служебное отделение, собрана из листов толщиной 1,5 мм, подкрепленных промежуточными зетобразными элементами жесткости, и снабжена угловыми и двумя противоударными стойками из
двутавра. Стойки, расположенные по обе стороны дверного
проема, служат для защиты концевой части кузова от возникающих в аварийных случаях больших продольных нагрузок. На этой
торцовой стене предусмотрено два ящика —один для хозяйственного инвентаря, другой для угля. Противоположная торцовая стена
кузова таких ящиков не имеет. Стены, отделяющие тамбур от
внутреннего помещения вагона, также выполнены из металлических листов и подкреплены стойками в дверных проемах.
Крыша (рис. 108) представляет собой сварной каркас из дуг
гнутого зетобразного профиля (45x65x40x2,5 мм), связанных по
краям с боковыми обвязками углового сечения (56x56x3 мм).
Боковые обвязки, в свою очередь, соединены с концевыми обвязками, выполненными из швеллера. Каркас крыши обшит в средней
части листами толщиной 1,5 мм с продольными гофрами, а на скатах
— гладкими листами толщиной 2 мм. Торцы каркаса закрыты
фрамугами, жесткость которых обеспечивают гофрированные
листы. Крыша имеет отверстия с горловинами, снабженными
фланцами для крепления дефлекторов, а также люки, предназначенные для облегчения работ, связанных с монтажом и демонтажем баков для воды, калорифера и котла водяного отопления.
258
Рис. !08. Поперечное сечение крыши кузова
Готовые конструктивно-технологические блоки кузова сваривают в местах сопряжения их обвязочных элементов. Коррозионную стойкость кузова увеличивают, применяя для обшивочных
листов низколегированные стали с присадкой меди. С этой же
целью поверхности листов перед приваркой других элементов
покрывают токопроводящим грунтом. Все внутренние поверхности
кузова после очистки, обезжиривания и сушки покрывают грунтом
ФЛ-ОЗК (ГОСТ 9109—76), а настил пола и подоконные пояса
боковых стен, которые более интенсивно подвергаются коррозии,
— грунтом ВЛ-02 или ВЛ-08, а затем мастиками № 213 или № 579.
Для входа в вагон установлены подножки, перекрываемые откидными фартуками. На концевых балках рамы у торцовых дверей
имеются переходные площадки. Для безопасного перехода
пассажиров из вагона в вагон, исключения зазоров между автосцепками сцепленных вагонов и создания упругой связи между
ними вагоны снабжены упругими переходными площадками, укрепленными на торцах кузова. Роль буферов выполняют пружинные
амортизаторы, стержни которых шарнирно связаны с плоскими
фигурными тарелями. Резиновое суфле с цилиндрическими баллонами прикреплено к металлической раме на торцовой стене,
обрамляющей верхнюю и боковые стороны проема двери. В свободном состоянии суфле выступает за пределы оси сцепления
автосцепок на 65 мм, что обеспечивает надлежащее уплотнение
баллонов у сцепленных вагонов.
Металлический кузов без хребтовой балки по своей принци
пиальной несущей схеме аналогичен рассмотренному выше кузову.
Главное их различие состоит в ином конструктивном решении
рамы, при котором (рис. 109) хребтовая балка на участке между
шкворневыми балками отсутствует. В связи с этим приходящиеся
на боковые обвязки нагрузки значительно увеличиваются, что
вынуждает выполнять обвязки из более мощного профиля. Весьма
развита консольная часть рамы, так как она призвана восприни
мать продольные силы и передавать их на боковые стены кузова.
Конструктивно лобовая, концевая и шкворневая балки, а также
раскосы объединены в единый узел, так как сверху и снизу они
перекрыты листами толщиной 10 мм. Листы имеют вырезы, форма
259
23U60
которых повторяет промежутки, образованные перечисленными
элементами. Поперечные балки рамы корытообразного профиля
расположены между шкворневыми балками и приварены концами к
боковым обвязкам. К указанным балкам приварен настил пола,
выполненный из стального листа толщиной 2,5 мм со сплошными
продольными трапециевидными гофрами.
Рамы такого типа выгодно отличаются по своим технико-экономическим показателям и хорошо зарекомендовали себя в эксплуатации на железных дорогах. Поэтому такое конструктивное
решение рамы целесообразно использовать во вновь создаваемых
пассажирских вагонах.
В настоящее время, когда почти исчерпаны излишние запасы
прочности, нельзя ожидать снижения массы несущих конструкций
пассажирских вагонов без применения для их изготовления новых
материалов, в частности таких, как алюминиевые сплавы и нержавеющие стали. Это позволит также повысить коррозионную
стойкость и надежность кузовов пассажирских вагонов.
Несущие конструкции, изготовленные из алюминиевых сплавов, отличаются низким модулем упругости и обладают большей,
по сравнению со стальным кузовом, энергоемкостью. Высокая
коррозионная стойкость сплавов к атмосферным воздействиям и
реагентам, корродирующим углеродистую сталь, позволяет
отказаться от наружной окраски кузовов. Алюминиевые сплавы
хорошо поддаются штамповке и прессованию. Это обстоятельство
открывает широкие возможности создания деталей сложной конфигурации, объединения их в блоки и панели, что, в свою очередь,
позволяет рационально использовать материал, получить констру к260
ции высокой технологичности при значительно меньшем объеме
сборочно-сварочных работ и лучшем товарном виде.
Отечественная вагоностроительная промышленность накопила
определенный опыт создания пассажирских вагонов, в несущих
конструкциях которых широко применены алюминиевые сплавы.
Первая модель (1971 г.) — с салоном (длина 23,6 м) открытого типа
и местами для сидения; вторая модель (1963 г.) — с салоном (длина
26 м) купейного типа и спальными местами; третья модель (1969 г.)
— с салоном (длина 23,6 м) некупейного типа и спальными
местами; четвертая мод. РТ-200 (1972 г.) — с салоном (длина 26,38
м) открытого типа и местами для сидения. Кузова этих вагонов,
построенных КВЗ, имеют конструкцию типа замкнутой оболочки с
вырезами, в которой использована гофрированная обшивка,
подкрепленная поперечными элементами жесткости.
В опытном вагоне первой модели кузов полностью выполнен из
алюминиево-магниевого сплава АМгб и сварен дуговой электрической сваркой в среде аргона. Конструкция этого вагона была
принята подобной серийным стальным конструкциям, но рама не
имела хребтовой балки. Применение алюминиевых сплавов
позволило снизить массу кузова на 6,3 т (примерно на 40%) по
сравнению с массой кузова из стали. Вторая модель вагона имела
кузов комбинированной конструкции. Стены и крыши были
изготовлены из алюминиевого сплава АМгб, рама — из низколегированной стали 09Г2, а настил пола из стали 15. Листы обшивки
во всех конструктивно-технологических блоках (кроме консольных
частей рамы) были изготовлены гофрированными, продольные
элементы жесткости — из гнутых профилей, а стойки и дуги крыши
— прессованными. Рама не имела хребтовой балки в средней
части. Боковые стены и обвязки рамы были соединены заклепками с
использованием полос из алюминиевого сплава АМгб, приваренных
к листам обшивки и стойкам стен. Края листов были также
приклепаны к нижним полкам обвязок. Контактные поверхности
стальных обвязочных зетобразных профилей были оцинкованы и
затем покрыты грунтом, который также нанесен и на нижние
поверхности алюминиевых полос.
Использование рамы из стали было продиктовано стремлением
уменьшить потребление алюминиевых сплавов и снизить этим срок
окупаемости вагона. Однако конструкция кузова из разнородных
материалов обладает следующими недостатками: исключает
возможность получения высокой энергоемкости, как при цельноалюминиевом кузове; возникают дополнительные температурные
напряжения вследствие различных коэффициентов линейного
расширения использованных материалов. Исследования такого
вагона на прочность показали, что сталеалюминиевый кузов не
обеспечивает равномерности передачи сжимающих сил на'среднюю
часть рамы. В технологическом отношении клепано-сварные конструкции с учетом необходимости защиты от коррозии мест контактов стали и алюминия не выявляют преимуществ этой модели.
261
Рис. 110. Сечение цельноалюииниевого кузова (третья модель)
Третья модель вагона, построенная на базе типового внутреннего оборудования (вагон некупейного типа), имеет кузов без
хребтовой балки (рис. 110), изготовленный полностью из алюминиевых сплавов. Номенклатура алюминиевых сплавов расширена,
лучше использованы преимущества матричного прессования
профилей, для изготовления которых применен сплав 1915Т,
отличающийся повышенными прочностными и технологическими
свойствами. Обшивочные листы, выполненные из алюминиевомагниевого сплава АМгб, также имеют продольные гофры. Однако
для этих листов избрана единая трапециевидная форма, что позволило увеличить их жесткость. Стойки боковых и торцовых стен,
дуги крыши, поперечные балки пола, элементы центральной балки
262
Рис. 111. Сечение цельноалюииниевого кузова (четвертая модель)
в консольных частях рамы и продольные обвязки выполнены из
прессованных профилей. Масса кузова в этом конструктивном
исполнении оказалась на 40% меньше, чем масса стального кузова
вагона ЦМВО-66 серийного производства. У кузова этой модели
ширина на уровне верхних обвязок на 135 мм меньше. Трапециевидное сечение дает возможность улучшить аэродинамические
качества вагона и несколько снизить его центр тяжести.
Четвертая модель вагона РТ-200 с цельноалюминиевым кузовом предназначена для скоростных поездов. По этому образцу
построена опытная партия вагонов. Увеличенная длина и база
263
вагона вызвали необходимость обеспечить требуемую изгибную
жесткость кузова. С этой целью средняя часть вагона снабжена
несущим кожухом-обтекателем длиной 8,3 м и высотой 0,73 м,
значительно увеличивающим поперечное сечение кузова (рис.
111). За пределами кожуха-обтекателя установлены подъемные
фальшборта. Для доступа к подвагонному оборудованию есть
люки в обтекателе. Остальная несущая часть кузова решена
идентично конструкции третьей модели.
По-иному расположены раскосы в консольной части рамы,
которые с целью создания лучших условий для передачи продольных усилий на боковые стены кузова направлены под углом от
швеллеров концевых балок к средней зоне каждой шкворневой
балки. Боковые обвязки рамы имеют П-образную форму с отбортованными нижними горизонтальными полками и совместно с обшивочными листами боковых стен образуют полые прямоугольные
профили.
В последние годы идут большие работы по выбору и использованию для несущей конструкции кузова экономнолегированной
нержавеющей стали и других сталей, обладающих повышенными
коррозионными и прочностными свойствами. Применение таких
сталей позволит резко снизить потребление материала и улучшить
технико-эксплуатационные показатели вагона. По данным Калининского филиала ВНИИВ вес сварного кузова некупейного вагона
со спальными местами, изготовленного из сталей 10Х14Г14Н4Т
(обшивка пола, стен и крыши) и 10ХНДП (элементы жесткости) на
3 тс меньше, чем вес кузова вагона ЦМВО-66 серийного производства. Представляет интерес работа по использованию в отдельных узлах кузова стеклопластиков и других пластмасс (например, трехслойной конструкции пола вагона, металлических
элементов консольной части рамы в сочетании со стеклопластиком
на основе полиэфирной смолы и др.).
§ 43. СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ И ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Системы отопления. В современном пассажирском вагоне
система отопления обеспечивает на протяжении всего отопительного сезона температурный режим, соответствующий санитарногигиеническим требованиям. Из всех известных систем отопления
в пассажирских вагонах нашли наибольшее применение системы
водяного и электрического отопления. Для вагонов серийного
производства применена индивидуальная гравитационная водяная
система низкого давления. Главные преимущества такой системы
— способность обеспечивать довольно высокую стабильность и
равномерность температур воздуха внутри вагона по всей его
длине. По способу нагрева воды наиболее употребительны в
настоящее время те системы, в которых вода подогревается с использованием твердого топлива или электрических элементов.
264
Рис.
112.
Схема работы водяного отопления низкого давления
В простейшей системе отопления (рис. 112) вода, нагретая в
котле 1, попадает в расширитель 2, служащий резервуаром запаса
воды для пополнения ее убыли в системе отопления вследствие
испарения и утечек. Расширитель необходим также для размещения
избытка воды, образующегося в результате увеличения ее объема
при нагревании. Объем расширителя обычно принимают равным
5—10% объема воды, содержащейся в отопительной системе. Сеть
отопительной установки состоит из верхних разводящих труб 3,
выходящих из расширителя, стояков 4 и обогревательных труб 5,
соединенных с водяной рубашкой котла в его низшей точке.
Отличительная черта этой системы состоит в том, что вода в
расширителе сообщается с атмосферой и всегда имеет температуру
ниже 100° С. Вследствие разности температур воды в котле и в
охлаждаемых стояках, а следовательно, и ее плотности происходит
естественная (гравитационная) циркуляция воды в трубах (показано
стрелками). В такой системе можно изменять количество
отдаваемого тепла только повышением или понижением
температуры нагрева воды в самом котле, что является недостатком.
Более совершенно регулирование температуры изменением
скорости циркуляции воды при помощи насоса. Система водяного
отопления современных пассажирских вагонов имеет более сложное устройство и предназначена не только для восполнения потерь
тепла через ограждения кузова, но и для подогрева в течение отопительного сезона воздуха, принудительно подаваемого в вагон
вентиляционной установкой. При зимнем режиме ее используют
также для нужд системы горячего водоснабжения и других целей.
Система водяного отопления некупейного вагона со спальными
местами (рис. 113) оборудована совмещенным с расширителем
котлом объемом 350 л, двумя ветвями разводящих и отопитель265
Рис. 113. Схема водяного отопления некупейного вагона:
/ — пластинчатый калорифер; 2 — расширитель; 3 — воздушные краны разводящих труб; 4 —
нагревательные батареи в туалетах; 5 — верхние разводящие трубы; 6 — нижние трубы; 7 — котел; 5
— труба для подачи воды; 9 — электрический насос; 10— краны для слива воды; // — пробка для
слива воды из котла; 12 — грязевик; 13 — коробка для запаса воды; 14 — ручной насос
ных труб на 500 л воды, грязевиком для сбора механических
примесей в воде, трубами для налива и слива, выведенными под
вагон, коробкой для запаса воды, ручным и электрическим насосами для питания котла водой и усиления ее циркуляции, калорифером для подогрева вентиляционного воздуха, приборами
контроля уровня и температуры воды в котле, арматурой для выполнения операций по обслуживанию системы и переключения ее
в разные режимы работы.
Вертикальный котел с водяной рубашкой состоит из наружного
кожуха, внутри которого расположена топочная камера. В нижней
части камеры имеются колосниковая решетка и зольник. Выше
топочной камеры расположена дымовая труба, конусная часть
которой имеет три поперечные жаровые трубы, увеличивающие
поверхность нагрева котла. Все пространство между наружным
кожухом и топочной камерой с дымовой трубой заполнено водой.
Котел этого типа имеет поверхность нагрева 3,03 м2, площадь
колосниковой решетки 0,19 м2, объем топочного пространства
0,082 м3 и теплопроизводительиость до 35 кВт (30 000 ккал/ч).
Система обеспечивает внутри вагона температуру 20° С при наружной —35° С и имеет основной и промежуточные режимы работы.
Если температура воздуха снаружи вагона ниже 0, а внутри вагона
ниже 18° С, то применяют основной режим, при котором включают
обогревательные трубы и подогрев вентиляционного воздуха.
Промежуточные режимы работы устанавливают, отключая обе
266
Рис. 114. Схема водяного отопления купейного вагона:
/ — коробка для запаса воды; 2 — плита; 3 — водонагреватель; 4 — калорифер; 5 — дистанционный
термометр контроля температуры воды в котле; 6 — расширитель; 7 — воздушные краны; 8 —
вентиль для спуска воды; 9 — пробка грязевика; 10 — обратный клапан; // — электрический насос; 12
— котел; 13 — гидрометр; 14 — дроссельная заслонка; 15 — вентиль для спуска воды из системы; 16
и 17 — краны для отбора пробы воды; 18 — дистанционный термометр водонагревателя;
19 — ручной насос
или одну ветвь отопительных труб. Если естественная циркуляция
оказывается недостаточной, то ее можно усилить при помощи насосов с ручным или электрическим приводом.
При убыли воды в системе ее пополняют (при помощи ручного
насоса) из коробки для запаса воды емкостью 50 л, установленной
в котельном отделении и сообщающейся с системой водоснабжения. Систему заполняют водой только снизу вагона через
наливную трубу. Предусмотрен слив воды из всей системы, а также
раздельно из каждой ветви отопительных труб, из котла и калорифера.
Другая система водяного отопления купейных вагонов с кузовами без хребтовых балок (рис. 114) имеет расширитель, не совмещенный с котлом, а расположенный отдельно от него. В котельном
отделении этого вагона также установлен водонагреватель. В течение отопительного сезона в него поступает вода, подогретая в
котле, а в остальное время года воду в нем подогревают от плиты,
предназначенной для нужд персонала, обслуживающего вагон.
Допускаемый и предельный уровни воды в котле определяют по
установленному на нем гидрометру. Остальное обустройство и
режимы работы системы водяного отопления такие же, как в описанной системе для некупейного вагона.
В последние годы наблюдается все большее стремление использовать электрическую энергию для отопления пассажирских вагонов, так как такие системы имеют технико-экономические преимущества. Электрическое отопление имеет меньшую массу, облегчает труд проводников, исключает доставку и хранение топлива,
267
he требует громоздкого оборудования, позволяет авТоматизйро*
вать все процессы и обеспечить в вагоне устойчивый температурный режим. Системы отопления, в которых в качестве источника
тепла использованы электрические элементы, делят на две группы:
электрические системы отопления, состоящие только из электронагревательных приборов, непосредственно подогревающих внутренний и поступающий в вагон наружный воздух; комбинированные системы отопления, представляющие собой совокупность различных отопительных систем и способов нагрева теплоносителей.
К последним относятся следующие комбинации водяной и электрических систем: водяная система с комбинированным нагревом
воды в котле твердым топливом и при помощи электрических элементов; водяная система с электрическим подогревом вентиляционного воздуха и т. п.
Электрическая система отопления одного вагона имеет мощность около 40 кВт. Ее практически нельзя применить для пассажирских вагонов автономным электроснабжением от подвагонного генератора. Такой системой можно оборудовать вагоны, электрическое питание которых осуществлено централизованно от вагона-электростанции или от контактной сети через электровоз. В
первом случае применяют созданные КВЗ вагоны-электростанции
мощностью 600 кВт, вырабатывающие трехфазный переменный
ток напряжением 400 В и частотой 50 Гц. Для таких поездов
созданы пассажирские вагоны с электрической системой отопления
(рис. 115), состоящей из двух групп электропечей общей
мощностью 18—20 кВт и двухсекционного электрокалорифера
примерно такой же мощности. Электропечи, расположенные вдоль
каждой боковой стены, состоят из трубчатых нагревательных элементов напряжением 220 В.
Во втором случае помещения вагона открытого типа с местами
для сидения отапливаются электрическими печами, а подаваемый в
вагон воздух обогревается электрическим двухсекционным калорифером, каждая секция которого имеет мощность 11 кВт при
напряжении 3000 В (рис. 116). Электрические печи мощностью
Рис. 115. Схема СЕЗЛОВЫХ цепей электрического
отопления вагона с централизованным питанием от
магистрали напряжением 380/220 В: / — магистраль
напряжением 383/220 В:
2
3
выключатели электрокалорифера; 5 н
9 — контакторы автоматического включе
ния соответственно секций электрокало
рифера и групп электропечей; в — сек
ции электрокалорифера; 7 — заземление
на корпус вагона; 8 — группы элек
тропечей; 10 — выключатели электропечей
268
Рис. 116. Схема силовых цепей электрического
отопления вагона с централизованным питанием
от магистрали напряженней 3000 В:
/ _ магистраль напряжением 3000 Б;
2 — общий выключатель; 3 — предохранитель; 4 —
главный контактор; 5 — реле перегрузки электропечей
и электрокалорифера; 6 — контакторы; 7 — электропечи; 8 — секции электрокалорифера; 9 — заземление
на корпус вагона
по 0,445 кВт объединены в три
группы (две по 20 и одна из пяти
печей). Печи включены по пять
последовательно и обслуживают
определенные помещения вагона.
Все группы электропечей и секции
калорифера работают независимо
один от другого в автоматическом
режиме
и
включаются
от
импульсов
ртутно-контактных
термометров. Концы однопроводной магистрали заканчиваются высоковольтными междувагонными соединениями.
Металлический
ящик с коммутационным и
защитным
оборудованием
подвешен к раме под вагоном
и имеет ввод от основной
магистрали. В трех его
секциях
соответственно
размещены высоковольтный
разъединитель,
высоковольтный предохранитель
и
два
защитных
реле
(перегрузки и напряжения).
Отдельно
расположены
шесть
высоковольтных
контакторов с дуго-гасящими
устройствами
Рис.
117.
Котел отопления с комбинированным нагревом
воды:
/ — трубчатые электронагреватели высокого напряжения; 2 —
— главный выключатель
изоляторы магистрали;
цепей питания электронагревателей высокого
— распределительные
шины вагона;
4 —электронагреватели низкого напряжения; 4 —
напряжения;
3 —
защитный конус; 5 — кольцо из гети-накса
269
(для групп отопления и секций, а также главный), служащих для
включения и отключения электронагревательных приборов от
источника питания.
Примером сочетания водяного отопления с комбинированным
способом подогрева воды может служить купейный вагон постройки
ГДР, оборудованный установкой для кондиционирования воздуха.
Подобные системы созданы также КВЗ и ЛВЗ. На рис. 117 показан
котел водяного отопления, вода в котором нагревается при сжигании
твердого топлива или при помощи электрических элементов. Для
этой цели использован типовой котел, который дополнительно
оборудован трубчатыми электронагревателями высокого и низкого
напряжения. При эксплуатации вагона на электрифицированных
участках железных дорог включают группу из 24 нагревательных
элементов, получающих питание от сети высокого напряжения (3000
В). Этот котел работает с максимальной теплопроизводительностью,
равной 40 кВт (35 000 ккал/ч). Если вагон эксплуатируют на
неэлектрифицированном участке, то для нагрева воды в котле в этом
случае предусмотрено три электронагревателя низкого напряжения,
питание которых осуществлено от подвагонного генератора.
Теплопроизводительность котла при этом равна 6,5 кВт (5700
ккал/ч).
Все трубчатые электронагреватели заземлены. На котел приварен
конусный зонт, обрамленный гетинаксом. Зонт защищает
электронагреватели и места присоединения питающих проводов от
попадания на них воды и грязи. В электрической схеме предусмотрена блокировка, размыкающая цепи питания, если открыть
дверь в перегородке котельного отделения или поднять над топкой
защитный клапан, прикрывающий выводы электронагревателей.
Предусмотрены также термостаты в разводящих трубах и датчики,
автоматически отключающие электронагреватели соответственно при
температуре воды свыше 95° и снижении уровня воды в котле ниже
допустимого.
В сочетании со всеми системами отопления можно применять
электрическое калориферное отопление, используемое как вспомогательное для подогрева помещений вагона в переходные периоды времени, когда температура наружного воздуха составляет
5—15° С.
Система водоснабжения. Специфика условий эксплуатации
подвижного состава на железных дорогах СССР и задачи улучшения
комфорта современного пассажирского вагона определили
основные требования к его водоснабжению. Практика эксплуатации
цельнометаллических пассажирских вагонов первого выпуска с
пневматической системой водоснабжения от подвагонного резервуара для воды, показала непригодность такой системы для климатических условий СССР и подтвердила целесообразность применения самотечной системы водоснабжения.
Система водоснабжения должна обеспечивать холодной и горячей водой санитарные узлы вагона, пополнять убыль воды в си270
стеме отопления в промежутке между заправками котла и снабжать
вагон охлажденной кипяченой питьевой водой. Можно выделить
две основные группы систем водоснабжения: к первой группе
относят системы всех типов пассажирских вагонов отечественного
производства, а ко второй — вагонов постройки ГДР для СССР.
Системы водоснабжения вагонов (рис. 118 и 119), независимо к какой конструктивной группе они принадлежат, имеют одинаковый
принцип действия. Они состоят из сообщающихся баков для холодной воды (большого и малого), которые расположены по концам вагона над потолками туалетных помещений; бака для горячей
воды, помещенного со стороны котельного отделения; кипятильника
непрерывного действия, имеющегося в смежном с котельной
шкафу; установки для охлаждения питьевой воды, размещенной в
служебном помещении: контрольной и измерительной арматуры для
определения уровня и температуры воды.
Минимальное требуемое количество воды на вагон рассчитывают, исходя из среднего расхода на одного пассажира в сутки,
принимаемого равным 20 л. Из общего количества выделяют часть
воды (до 25%) для горячего водоснабжения. Оптимальный запас
воды в вагоне устанавливают в соответствии с его категорией и
конструктивными возможностями. Так, общая емкость системы
водоснабжения некупейного вагона составляет 1000 л, а в купейном вагоне только запас холодной воды равен 1050 л. Большие
баки для воды располагают с некотловой стороны вагона, причем в
некупейных вагонах отечественного производства устанавливают
один бак емкостью 850 л, а в купейных вагонах постройки ГДР —
два общей емкостью ~900 л. С технологической и эксплуатационной точек зрения применение двух баков нерационально,
тем более что раздельно их не используют.
Баки снабжены волнорезами, люками для очистки и трубами
для налива и слива воды. Нижние концы труб имеют головки (однотипные с тормозными) для присоединения шлангов. Для исключения замерзания этих труб на них внутри вагона установлены
вентили, а снаружи — электрообогреватели. Малый бак емкостью
80 л (на купейном вагоне 50 л) соединен с атмосферой через расширитель котла отопления и не снабжен трубами для налива и
слива воды. Конденсат, образующийся снаружи баков вследствие
их отпотевания при заправке, собирается в поддоны, установленные под каждым баком, и сливается под вагон.
Санузлы снабжаются горячей водой из бака емкостью 45 л,
внутри которого помещен змеевик, нагреваемый от котла отопления, а летом от плиты, установленной в котельной. В купейном
вагоне вода нагревается в бойлере, змеевик которого соединен
только с котлом отопления. В летнее время бойлер нагревается
непосредственно от плиты котельного помещения, которую топят
твердым топливом.
Кипятильник непрерывного действия примечателен тем, что
поступающая из водосборной камеры вода выходит из него только
271
Рис. 118. Система водоснабжения отечественного некупейного вагона со спальными
местами:
(„
/ — нагреватель для слива воды; 2 —"вентиль для заполнения запасного бака системы отопления; 3
— кран для слива воды; 4 — бак емкостью 80 л; 5 — поддон; 6 — расширительный бак; 7 — вентили
для отключения системы горячего водоснабжения от плиты для подогрева воды; «—плита для
подогрева воды; 9 — ручной насос; 10 — кипятильник; // — бак для горячей воды; 12 — унитаз; 13 —
умывальник; 14 — мойка; 15 — водоохладитель; 16 — бак для кипяченой воды; 17 — бак
емкостью 850 л
кипяченой, а процесс пополнения кипятильника происходит непрерывно. Это достигнуто разделением пространства в кипятильнике на отдельные отсеки для сырой и кипяченой воды и выбранным заведомо меньшим объемом над уровнем сырой воды в конусной трубе, чем это требуется для размещения увеличившейся
в объеме воды, доведенной до кипения. Воду в кипятильнике
можно нагревать, сжигая в топке древесный уголь или используя
электронагреватель.
Пассажирские вагоны современной постройки имеют помещенные в шкафы установки для охлаждения питьевой воды (рис. 120).
Установка состоит из бака емкостью 40 л для кипяченой воды,
перекачиваемой ручным насосом из кипятильника, бака для
охлаждения воды, охладителя питьевой воды и ниши с
водоразборным краном. Холодильная компрессионная установка, в
системе которой в качестве хладагента применен хладон-12,
работает в автоматическом режиме: при понижении температуры
воды до 8° С и при повышении до 13° С соответственно отключается
или включается электродвигатель.
Система снабжения холодной и горячей водой вагонов-ресторанов состоит из двух самостоятельных частей, одна из которых
обслуживает котельную, умывальное и душевое помещения, а вторая — кухню и раздаточное отделение. В первой части системы
холодная вода находится в баке емкостью 130 л, а горячая вода
поступает в бак емкостью 78 л из водонагревателя, установленного
в котельном отделении. Вторая часть системы имеет бак емкостью
800 л для холодной воды, установленный со стороны кухни. Для
горячей воды предусмотрен бак емкостью 200 л со змеевиком, вода
в котором нагревается при помощи устройства, состоящего из
расширителя и водонагревателя, вмонтированного в плиту кухни.
В системах водоснабжения багажных и почтовых вагонов имеется один бак для холодной воды емкостью 300 л, который распо-
Рис. 119. Система водоснабжения
купейного вагона постройки ГДР:
/ — баки для холодной воды; 2 — трубы для
налива воды; 3 — соединительная труба баков
для воды; 4 — бойлер; 5 — нагревательный
змеевик бойлера; 6 — трубопровод и вентиль
шланга для мытья туалетов; 7 — трубопровод
промывки унитаза горячей водой; 8 — умывальник; 9 — термометр бойлера; 10 — бак
для питьевой воды; // — охладитель питьевой
воды; 12 — мойка; 13 — кипятильник; 14 —
трубопровод для возврата горячей воды; 15 —
трубопровод горячей воды; 16 — контрольные
трубы уровня воды; 17 — вестовая труба; 18
— унитаз
272
273
Рис.
Узел дефлектора
системы А. М.
Чеснокова:
/ — дефлектор; 2 — труба; 3 — клапан; 4 —
коиусиый патрубок; 5 — рукоятка
Рис. 120. Схема установки для охлаждения питьевой ьоды: / — ииша
раздачи воды; 2 — водоразборный кран; 3 — труба для подачи воздуха; 4 —
бак дли кипяченой воды; 5 — соединительная труба; 6 — бак для
охлажденной воды; 7 — термостат; 8 — испаритель; 9 — автоматический
регулирующий вентиль; 10 — кран для слива воды; // — фильтр; 12 — запорный вентиль; 13 — ресивер; 14 — электродвигатель; 15 —
17 —
нагнетательный вентиль; 16 — всасывающий вентиль;
компрессор; IS — холодильный агрегат; IS — конденсатор; 20 —
вентилятор
121.
А. М. Чесноковым. Этот дефлектор (рис. 121) в несколько измененном исполнении устанавливают на всех строящихся в настоящее время пассажирских
вагонах.
Пассажирские вагоны всех
типов оборудованы системой
приточно-вытяжной вентиляции,
принудительно подающей в
вагон воздух, предварительно
очищенный от пыли, а в зимнее
время и подогретый. Загрязненный воздух удаляется из вагона
через дефлекторы, установленные в пассажирских и бытовых
помещениях вагона. Система
приточно-вытяжной вентиляции
(рис. 122) размещена между крышей и потолком вагона и состоит
из вентиляционных решеток для забора наружного воздуха, фильтров, вентиляционного агрегата, диффузора, воздухоподогревателя
ложен над потолком коридора у служебного помещения. Душ и
умывальник снабжаются горячей водой от расширителя котла, а
унитаз — от возвратной трубы сети отопления. Почтовые вагоны,
кроме этого, оборудованы электрическим водонагревателем емкостью 25 л.
§ 44. СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ И УСТАНОВКИ
КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
Системы вентиляции. В пассажирских вагонах, не оборудованных системой охлаждения воздуха, воздухообмен происходит в результате естественной вентиляции или принудительной механической. Естественная вентиляция осуществляется через потолочные дефлекторы, а также через окна или форточки.
Действие дефлектора основано на создаваемом внутри его разрежении под влиянием набегающего потока воздуха при движении
поезда или при ветре во время стоянки вагона, благодаря чему
возникает тяга воздуха из вагона. Тип дефлектора определяет
эффективность потолочного вентилятора в целом, которая характеризуется его производительностью, зависящей от внутреннего и
внешнего сопротивлений и скорости набегающего потока. Наиболее целесообразна конструкция дефлектора, разработанная
274
Рис. 122. Система приточно-вытяжной вентиляции пассажирского некупейного вагона
со спальными местами: 1 — вентиляционный агрегат; 2 — диффузор; 3 — коифузор; 4 —
воздуховод; 5 — дистанционный термометр; 6 — дефлекторы; 7 — вентиляционные решетки; # —
калорифер; 9 — фильтр; 10 — жалюзи (стрелками показаны направления потоков воздуха)
275
(пластинчатого Водяного или электрического), конфузора и Ёозду*
ховода. Производительность вентиляционной установки в летнее
время равна 5000 м3/ч при частоте вращения вентиляционного
агрегата 1200 об/мин, а в зимнее время составляет 1200 м3/ч при
частоте вращения 300 об/мин. Установка работает автоматически в
зависимости от температуры воздуха в вагоне, благодаря двум
ртутным контактным термометрам, один из которых установлен в
воздуховоде, а другой — в средней зоне помещения для пассажиров. Установкой можно управлять и вручную.
Воздух поступает в вагон через вентиляционные решетки, расположенные над каждой входной дверью тамбура со стороны котельной, очищается от пыли в фильтрах, помещенных в потолке
тамбура, а затем проходит через воздухоподогреватель в воздуховод, из которого распределяется по купе и другим помещениям
вагона. Для вентиляционных систем всех пассажирских вагонов
применен фильтр одного типа, представляющий собой набор из
одиннадцати гофрированных сеток трех типов (по размерам ячеек),
уложенных одна на другую накрест и увлажненных минеральным
маслом. Такой фильтр при площади 0,25 м2 имеет сопротивление
0,0005—0,001 кгс/см2, пылеемкость до 600 г и коэффициент очистки равный 97%.
Вентиляционный агрегат вагона относится к классу центробежных вентиляторов. Для экономии места вентиляторы сдвоены и
их колеса с загнутыми вперед радиальными лопатками насажены
непосредственно на концы вала, выступающие с двух сторон
электродвигателя постоянного тока мощностью 1,2 кВт напряжением 50 В. Вентиляционный агрегат монтируют в вагон через люк
в крыше над тамбуром. Для лучшей звукоизоляции его устанавливают на резиновых амортизаторах.
Для нагрева воздуха в зимнее время предусмотрен пластинчатый калорифер КФБ-4, состоящий из двух коллекторов, в которые вварены оребренные трубы. Горячая вода к калориферу
поступает от системы водяного отопления. Калорифер имеет поверхность нагрева 16,7 м2 и максимальную теплоотдачу 20 кВт (18
000 ккал/ч). Вентиляционный агрегат соединен с калорифером
плавно расширяющимся в направлении потока воздуха каналом —
диффузором, который сшит из брезента, пропитанного
огнезащитным составом. Это дает возможность изолировать пассажирские помещения от шума, издаваемого вентилятором при
работе, и компенсировать технологические погрешности при сборке
установки. Для распределения воздуха по помещениям служит
воздуховод, который в соответствии с противопожарными требованиями изготовляют из оцинкованного железа. Воздуховод состоит из отдельных звеньев прямоугольного сечения, соединенных
между собой. Воздух из воздуховода поступает в купе через регулируемые вентиляционные решетки в потолке, которые в заводских
условиях настраивают таким образом, чтобы обеспечить равномерную раздачу вентиляционного воздуха по длине вагона.
276
Дефлекторы при работе Вентиляционной установки должны быть
открыты (зимой полуоткрыты).
Системы вентиляции других пассажирских вагонов отечественного производства выполнены аналогично приведенной.
Системы вентиляции почтовых и багажных вагонов отличаются
протяженностью воздуховода, заканчивающегося у транзитной или
багажной кладовых. Для вентилирования кладовых торцовая часть
воздуховода выведена в эти помещения и оборудована заслонкой,
которой управляют из служебного отделения.
Установки кондиционирования воздуха. Искусственное изменение параметров вводимого в пассажирские помещения вагона
свежего воздуха предварительной очисткой его от пыли, подогревом или охлаждением называют кондиционированием воздуха, что
осуществляется комплексом систем вентиляции, отопления и
охлаждения при автоматическом поддержании заданного режима.
Санитарно-гигиеническими требованиями, предъявляемыми к
пассажирским вагонам, не предусмотрена специальная влажностная обработка воздуха, так как применение в установках
кондиционирования воздуха устройств для осушения и увлажнения
воздуха экономически не оправдано и не вызвано особой необходимостью. Как показали исследования, изменение относительной влажности от 30 до 70% практически неощутимо. Такая влажность обеспечивается в пассажирских вагонах без специальных
увлажнителей. Наиболее приемлемой системой охлаждения воздуха в пассажирских вагонах является автоматически регулируемая
компрессионная
холодильная
установка,
отличающаяся
компактностью, небольшой массой и надежностью в эксплуатации.
В качестве хладагента использован дифтордихлорметан, получивший название хладон-12 (ГОСТ 19212—73). Выбор этого газа
из веществ, переходящих из одного состояния в другое при температурном воздействии и используемых для подобных целей
(углекислый газ, аммиак, фреоны различных марок и др.), объясняется тем, что хладону-12 присуща высокая теплота парообразования, он взрывобезопасен, не оказывает побочных действий на
организм человека, не имеет запаха, не вызывает коррозии металла,
не горит и не поддерживает горения, а при атмосферном давлении
кипит при температуре —29,8° С.
Компрессионная установка (рис. 123) имеет испаритель (воздухоохладитель) /, поршневой компрессор 3, конденсатор 5,
ресивер 6 и терморегулирующий вентиль 7, которые последовательно соединены трубопроводом. При работе холодильной установки относительно холодный жидкий хладагент испаряется в
воздухоохладителе, отбирая тепло у воздуха, подаваемого в вагон
вентилятором 2. Чтобы снова сконденсировать хладагент в
жидкость, необходимо повысить температуру его паров до превышения ею температуры окружающей среды. Для этой цели
служат компрессор 3, отсасывающий от испарителя пары хладагента и повышающий их температуру за счет сжатия до давления
277
{•ис. 123. Принципиальная
компрессионной установки
сКема Холодильной
конденсации, а также конденсатор 5, в
котором горячие пары ф-. отдают тепло
воздуху, нагне--|Н&4 ^Р таемомУ через
него вентилято-==& ром 4. Жидкий
хладон-12 из конденсатора стекает в
реси-. вер 6, служащий резервуаром для
сбора жидкого хладагента. Дальнейшее
превращение жидкого хладагента в
газообразное состояние может произойти
в испарителе, где он закипает благодаря
низкому
давлению.
Однако
из-за
меняющейся температуры охлаждаемого
воздуха
в
испаритель
необходимо
подавать определенную оптимальную порцию жидкого хладагента,
которая после испарения была бы полностью отсосана
компрессором. Это автоматически контролирует установленный на
трубопроводе
высокого
давления
за
ресивером
терморегулирующий вентиль 7 в зависимости от изменения
температуры паров жидкого хладагента на выходе из
воздухоохладителя. По возвращении в компрессор вновь
превращенного в пар жидкого хладагента полный обратный
круговой цикл работы холодильной установки завершается.
На величину холодопроизводительности установки влияет
перегрев паров при всасывании их из испарителя, температура
конденсации, температура переохлаждения и др. В частности,
жидкий хладон-12, переохлажденный на входе перед терморегулирующий вентилем до температуры ниже конденсации, повышает
холодопроизводительность установки. Поэтому все кондиционеры
пассажирских вагонов оснащают специальным переохладителем,
для работы которого используют пары хладагента на выходе из
испарителя. Кроме ресивера, холодильные установки оснащают и
другими вспомогательными приборами (манометрами, фильтрамиосушителями, запорными вентилями и др.).
Установки для кондиционирования воздуха оборудуют также
приборами защиты и автоматического управления (термостатами
манометрического или контактного типов). Приборами защиты
являются электромагнитные вентили, различные реле, например
реле максимального давления (маноконтроллер), автоматически
контролирующее давление на стороне нагнетания, а также реле
разности давлений, контролирующее допустимую величину разности давления на стороне нагнетания и давления на стороне
всасывания.
Для пассажирских вагонов существуют две конструктивные
схемы компоновки их холодильного оборудования: подвагонная
278
и внутривагонная. При компоновке по первой схеме все холодильное оборудование располагают под вагоном и подвешивают к
раме за исключением воздухоохладителя, который размещают под
крышей, совместно с другими агрегатами системы вентиляции
(обычно после калорифера по ходу движения воздуха). При компоновке по второй схеме все холодильное оборудование размещают
непосредственно в вагоне.
Как и первая, так и вторая схемы компоновки имеют положительные и отрицательные стороны. При размещении холодильного
оборудования под вагоном экономится место в вагоне, конденсатор
и компрессор хорошо вентилируются и снижается центр тяжести
вагона. Однако это ведет к увеличению массы холодильной установки и быстрому загрязнению конденсатора. Расположение
холодильного оборудования внутри вагона позволяет собрать его в
единый блок, что значительно снижает массу установки, облегчает
ее монтаж, обслуживание и ремонт. Однако такое размещение идет
за счет планировочных ущемлений пассажирских помещений
вагона, повышает его центр тяжести и т. д.
В отчественном и зарубежном вагоностроении, как правило,
отдают предпочтение подвагонной схеме компоновки оборудования, т. е. так называемой классической компоновке. К размещению
холодильного оборудования внутри вагона прибегают тогда, когда
из-за недостаточного расстояния между рамой и рельсами нельзя
подвесить под вагоном компрессорный и конденсаторный агрегаты
(например, в вагоне с куполом для обозрения местности). В
зависимости от источников электроэнергии и схемы размещения
холодильных агрегатов отечественной промышленностью для пассажирских вагонов создано семейство унифицированных кондиционеров: КЖ-25 — для вагонов с централизованным электроснабжением переменным током напряжением 380/220 В; КЖ-25П —
для вагонов с автономным электроснабжением постоянным током
напряжением 110 В; КЖВК-25 — для туристских вагонов с электроснабжением переменным током; КЖВС-25 — для вагонов скоростных поездов. Купейные вагоны, поставляемые в СССР из ГДР
и ВНР оснащены холодильными установками соответственно МАБП и «Стоун-Кэрриер». Основные технические данные, характеризующие холодильные установки, приведены в табл. 22.
Компрессорные и конденсаторные агрегаты холодильных установок КЖ-25 и КЖ-25П конструктивно приспособлены для размещения под вагоном, а воздухоохладитель — для монтажа внутри
вагона в одной цепи с оборудованием системы принудительной
вентиляции. В холодильной установке КЖ-25 (рис. 124) в зависимости от температуры воздуха внутри вагона осуществляется
автоматическое трехступенчатое регулирование холодопроизводительности изменением частоты вращения электродвигателя.
Компрессорный агрегат состоит из поршневого V-образного
четырехцилиндрового бессальникового компрессора со встроенным электродвигателем, установленного через резинометалличе279
Таблица
Наименование
22
КЖ-25
КЖ-25П
КЖВк-25 (две
на вагон)
29 (25 000)
ФУБС-15
4
76
40
29 (25 000)
ФУ-15
4
76
40
29 (25 000)
ФУБС-15
4
76
40
1410
1200
1410
Холодопроизводительность,
Компрессор ........................
Число цилиндров...................
Диаметр цилиндров, мм
Ход поршня, мм ....................
Частота вращения вала компрессора, об/мин ....
Число ступеней и способ регулирования холодопроУстановленная суммарная
мощность электродвигателей холодильной устаМасса холодильной устаСистема электроснабжения
Ток ..........................................
Номинальное напряжение, В
Наименование
Три ступени, изменением частоты
вращения
13,4
13,2
15,5X2
970
1435
1850
Централизованная
Переменный
380/220
Индивидуальная
Постоянный
110
Централизованная
Переменный
380/220
МАБ-П
«Стоун-Кэрриер»
КЖВС-25
31 (27 000)
5М
4
80
58
25 (21 200)
5F-40
4
63,3
50
29 (25 000)
ФУБС-15
4
76
40
1450
1560
1410
Три ступени,
отжимом
клапанов
Четыре ступени, отжимом
клапанов
Три ступени,
изменением
частоты вращения
14,7
13,4
15,5
1415
1300
970
Смешанная
Индивидуальная
Постоянный
ПО
Централизованная
Переменный
380/220
Холодопроизводительность,
Компрессор ........................
Число цилиндров...................
Диаметр цилиндров, мм
Частота вращения вала компрессора, об/мин ....
Число ступеней и способ регулирования холодопро-
Установленная суммарная
мощность электродвигателей холодильной установки, кВт
.......................
Масса холодильной установки, кг ...............................
Система электроснабжения
Номинальное напряжение, В
Переменный
3000
Рис. 124. Схема холодильной установки КЖ-25:
/ — компрессор; 2 — щит приборов; 3 — реле давления; 4 — фильтр-осушитель; 5 —
теплообменник: 6 — воздухоохладитель; 7 — колденсатор; 8 — крыльчатки вентиляторов; 9
— электродвигатели вентиляторов; 10 — ресивер; // — электродвигатель; / — свежий
воздух; // — рециркуляционный воздух; 111 — смешанный воздух
ские амортизаторы на сварную раму. На раме смонтирован также
конденсаторный агрегат, состоящий из воздушного конденсатора,
изготовленного из оребренных труб (поверхностью 150 м2), ресивера, двух электродвигателей мощностью 1,7 кВт каждый, на валы
которых насажены четырехлопастные крыльчатки. Воздухоохладитель, конструктивно решенный так же, как и конденсатор, состоит из двух секций, общая теплопередающая поверхность
которых составляет 100 м2. Каждая секция снабжена терморегулирующим вентилем. На панели щита, установленного в служебном помещении, размещены приборы автоматического управления
и защиты.
Холодильная установка КЖ-25П отличается от предыдущей
наличием компрессора с электродвигателем постоянного тока
напряжением ПО В. Поэтому компрессор выполнен с сальником и
удлиненным концом коленчатого вала для соединения с электродвигателем. Холодильная установка КЖВК-25 полностью
унифицирована с установкой КЖ-25, но выполнена для монтажа
агрегатов внутри вагона в общей камере. Вагоны с куполом для
обозрения местности оборудованы двумя комплектами таких уста-
280
281
Рис. 125. Схема холодильной установки МАБ-П:
/ — электродвигатель вентилятора конденсатора; 2 — крыльчатка вентилятора; 3 — конденсатор; 4
— гибкий нагнетательный шланг; 5 — фильтр-осушитель; 6 — нагнетательный вентиль; 7 и 22 —
магнитные вентили; 8 — терморегулнрующий вентиль; 9 — распределитель жидкого хладагента; 10
— испаритель; // — участки трубопроводов теплообменника; 12 — угловой запорный вентиль; 13 —
реле максимального давления; 14 — ручной разобщительный вентиль; 15 — манометр стороны
всасывания; 16 — манометр стороны нагнетания; 17 — манометр давления масла; 18 — щит
приборов; 19 — электродвигатель компрессора; 20 — всасывающий вентиль; 21 — компрессор; 23
— ресивер
новок, одна нз которых обслуживает помещения нижнего этажа, а
вторая — пассажирский салон под куполом.
Купейные вагоны с индивидуальным электроснабжением постройки ГДР для СССР оборудованы холодильными установками
МАБ-П (рис. 125) холодопроизводительностью 31 кВт (27 000
ккал/ч). Эта установка принципиально не отличается от
аналогичных установок с компоновкой компрессорного и конденсаторного агрегатов под вагоном. Однако оборудование установки
МАБ-П собрано в отдельные блоки, которые в эксплуатационных
условиях можно быстро заменить. В зимнее время можно снять с
вагонов компрессорные и конденсаторные агрегаты для профилактического ремонта. Смонтированный под вагоном на единой
раме конденсаторный агрегат скомпонован из конденсатора с поверхностью теплообмена 185 м2, изготовленного из алюминиевых
труб с выдавленными ребрами, ресивера и осевого вентилятора
производительностью 17 120 м3/ч, приводимого в движение электродвигателем мощностью 1,7 кВт. В холодильной установке
282
отсутствует теплообменник, так как охлаждение жидкого хладагента на участке от ресивера до испарителя происходит под действием холодных паров хладагента, отсасываемых компрессором.
В установке применен четырехцилиндровый V-образный компрессор, соединенный через эластичную муфту с электродвигателем
постоянного тока мощностью 13 кВт.
Холодильная установка МАБ-П позволяет также самим пассажирам регулировать температуру воздуха в каждом купе отдельно, отключая два или три цилиндра компрессора. Оптимальный режим работы кондиционера устанавливается автоматически
электромагнитными вентилями, промежуточными реле и термостатами, настроенными на определенную температуру. Работой
кондиционера управляют централизованно со щита, установленного в служебном помещении вагона. На щите размещены переключатель режимов и многопозиционный переключатель. Переключатель режимов имеет четыре положения: 1) нулевое; 2) включение
водяного отопления; 3) включение электрического отопления; 4)
включение системы охлаждения. Многоступенчатым переключателем устанавливают автоматический или ручной способ регулирования холодопроизводительности.
Установка имеет следующие приборы защиты: реле максимального давления (моноконтроллер), которое срабатывает, если
давление в нагнетательном трубопроводе достигнет 17 кгс/см2;
реле разности давлений (дифференциальное реле), разрывающее
цепь питания электродвигателя при разности давления между
всасывающей и нагнетательной сторонами компрессора, равной 6
кгс/см2; термостат, защищающий компрессор от попадания в него
влажных паров хладагента.
На железных дорогах СССР эксплуатируются купейные вагоны
«Микст», построенные в ВНР на заводе им. Вильгельма Пика в г.
Дьере. Они оборудованы кондиционерами типа «Стоун-Кэр-риер».
Конденсаторный агрегат установки снабжен двумя осевыми
вентиляторами, приводимыми в движение от электродвигателя
мощностью 1,4 кВт при помощи клиновых ремней. Это позволяет
при меньших мощности электродвигателя и поверхности
теплообмена конденсатора пропустить через него большее
количество наружного воздуха, что особенно необходимо для вагонов с автономным электроснабжением. Воздухоохладительный
агрегат представляет собой единый блок, в котором последовательно расположены воздухоохладитель, водяной калорифер,
электрокалорифер и вентиляторная установка, засасывающая
подаваемый в вагон воздух. Агрегат имеет обводной канал с байпасной заслонкой, которая позволяет автоматически изменять
тепловую нагрузку на воздухоохладитель благодаря тому, что при
ее закрытом положении засасывается только наружный воздух.
При понижении температуры в вагоне заслонка открывается, и
засасывается также часть рециркуляционного воздуха, который
поступает в нагнетательный воздуховод минуя воздухоохладитель.
283
В этой системе применен прессостат (реле минимального давления), который выключает компрессор, если давление на стороне
всасывания оказывается ниже атмосферного. Установка работает
автоматически во всех режимах. Холодопроизводитель-ность
кондиционера изменяется в результате поочередного автоматического отключения одного, двух или трех цилиндров компрессора в зависимости от тепловой нагрузки на воздухоохладитель.
В вагонах с кондиционированием обогащение кислородом циркулирующего в них воздуха происходит в результате забора внутреннего рециркуляционного воздуха и добавления к нему очищенного наружного воздуха. Смешанный (рециркуляционный и
наружный) воздух после охлаждения нагнетается в воздуховод и
распределяется по помещениям вагона. Для обеспечения требуемой
скорости движения воздуха, равномерного его распределения в
помещениях и бесшумности работы системы применяют специальные
выпускаемые устройства, например «мультивент», представляющие
собой металлический лист с большим количеством мелких
отверстий, укрепляемый на потолке каждого купе.
§ 45. СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
Системы электроснабжения. Применяемые в строящихся и
эксплуатируемых цельнометаллических пассажирских вагонах
системы можно разделить на три вида: индивидуальное электроснабжение с оборудованием каждого вагона автономной электростанцией, подающей питание только собственным потребителям
электроэнергии; централизованное электроснабжение с подачей
питания во все вагоны поезда от одного источника электроэнергии;
смешанное электроснабжение, представляющее собой совокупность
первых двух видов, каждый из которых использован для питания
определенной части потребителей электроэнергии вагона.
Система индивидуального электроснабжения характеризуется
наличием в вагоне электростанции. Генератор, помещенный под
вагоном, приводится во вращение при движении поезда от оси
колесной пары (такая система ранее называлась осевой). Для
привода раньше применяли ременную передачу с насаженным на
среднюю часть оси разъемным шкивом, что имело известные
недостатки. Последующие многочисленные испытания различных
конструкций показали, что наиболее приемлем клиноременный
привод от торца оси колесной пары с промежуточным редуктором
и карданным валом. Таким приводом оборудуют все выпускаемые
в настоящее время пассажирские вагоны без кондиционирования
воздуха.
Аккумуляторную батарею располагают под вагоном. Она
призвана обеспечивать электроэнергией потребителей вагона при
284
небольшой скорости движения и на стоянках поезда. При определенной скорости движения аккумуляторная батарея заряжается
от генератора. Наличие аккумуляторной батареи налагает
необходимость использования постоянного тока для основных
потребителей энергии. Для управления работой электростанции и
распределения электроэнергии служит распределительный щит,
устанавливаемый в служебном отделении вагона. На щите
размещены коммутационные, защитные и другие аппараты, обеспечивающие снабжение электроэнергией потребителей.
В последнее время широко применяют индивидуальную систему электроснабжения пассажирских вагонов выпрямленным
переменным током. В этой системе применен генератор переменного тока с выпрямителями. Поскольку люминесцентные лампы,
аппаратура радиоузла и другие потребители требуют наличия
переменного тока со стабильной частотой, в системе электроснабжения предусматривают специальные вращающие преобразователи, которые преобразуют постоянный ток напряжением 50 В в
переменный требуемого напряжения и частоты.
Вагоны, снабженные холодильными установками, потребляют
значительно больше электроэнергии, чем вагоны с обычной принудительной системой вентиляции, в связи с использованием
дополнительных электроприемников (двигателей компрессора,
осевых вентиляторов и заслонок, аппаратуры автоматики, электрокалорифера и др.). Это вынуждает намного увеличить мощность
генератора и осуществлять съем мощности со средней части оси. В
целом система индивидуального электроснабжения имеет как
преимущества, так и недостатки. К преимуществам относится
удобство эксплуатации, связанное с автономностью вагонов, так
как такая система не зависит от внешних источников питания. К
недостаткам относятся сложность размещения и обслуживания
такой системы в современных вагонах, оборудованных электрическим отоплением, установками кондиционирования воздуха и многочисленными электроприборами для технических и бытовых
нужд.
Централизованные системы электроснабжения являются перспективными, так как экономически эффективны и позволяют
применять в вагонах технически совершенное электрическое отопление, воздухонагревательные агрегаты и другие приборы, повышающие комфортные условия проезда пассажиров. На железных дорогах СССР применяется система электроснабжения от вагона-электростанции, который подает питание во все вагоны
состава. Вагоны-электростанции имеют дизель-генераторные установки мощностью 600 кВт, вырабатывающие трехфазный переменный ток напряжением 400 В с частотой 50 Гц. Эта система,
используемая для питания электроэнергией пассажирских вагонов,
оборудованных установками кондиционирования воздуха, а также
вагонов скоростных поездов РТ-200, отличается надежностью,
простотой электрического оборудования, непрерывно285
стью электроснабжения, а также расположением сложного энергетического оборудования в специальном вагоне, что значительно
облегчает его обслуживание.
Перспективна также система централизованного электроснабжения от контактной сети через локомотив. Такая система позволит
использовать дешевую энергию на электрофицированных участках
железных дорог, количество и протяженность которых из года в год
возрастают. Однако технические трудности, связанных с
использованием тока высокого напряжения для питания
потребителей, в настоящее время полностью не преодолены. Поэтому такая система электроснабжения ограниченно используется в
пассажирских вагонах, в частности для электрического отопления,
поскольку электропечи, включенные последовательно, могут
работать как на постоянном, так и на переменном токе даже при
значительных отклонениях напряжения от номинального.
Основными препятствиями широкому внедрению этой системы
являются отсутствие надежной и пригодной для серийного производства конструкции преобразователя постоянного тока напряжением 3000 В в трехфазной ток напряжением 380 В с частотой 50
Гц и сложность исключения неблагоприятного влияния системы на
линии СЦБ. Остальные потребители при такой системе электроснабжения получают питание через статические преобразователи,
установленные в каждом вагоне.
Одним из прогрессивных технических решений является централизованное электроснабжение пассажирских поездов от
располагаемых на локомотивах энергетических и преобразующих
устройств, обеспечивающих на выходе трехфазный переменный
ток напряжением 380/220 В со стабилизированными напряжением и
частотой. Все потребители вагона (включая и отопление) трехфазные и рассчитаны на это напряжение. Такая система электроснабжения имеет наивысшие технико-экономические показатели.
Электрическое оборудование вагона. Пассажирские вагоны
оборудованы специализированными устройствами, образующими
комплексы источников питания и потребителей энергии, автоматического управления, регулирования и защиты, выполненными
применительно к вагонам того или иного типа согласно предъявляемым к ним требованиям. Характерной системой индивидуального
электроснабжения является электрическое оборудование,
примененное в пассажирских вагонах открытого типа со спальными
местами производства КВЗ. Эти вагоны оборудованы системой
электроснабжения ЭВЮ-02-20, блок-схема которой (рис.
126) предусматривает питание всех потребителей вагона;
автоматическое регулирование напряжения цепей потребителей
при движении поезда; автоматическую работу вентиляционного
агрегата в зависимости от температуры в вентиляционном канале;
ручное регулирование заряда аккумуляторной батареи (малая,
средняя и полная ступени); питание от смежного вагона или подачу
питания смежному вагону через подвагонную магистраль;
286
Рис. 126. Схема системы индивидуального'ч
электроснабжения:
1
1 — ведущий шкив; 2 — ось колесной пары; 3 —
клиновые ремни; 4 — редуктор; 5 — ведомый шкив; 6
— карданный вал; 7 — якорь; 8 —- генератор; 9 —
дополнительная обмотка генератора; 10, 12 и 17 —
выпрямители; 11 — основная обмотка генератора; 13
— переключающее устройство; 14 — аккумуляторная
батарея; 15 — потребители электроэнергии; 16 —
регулятор напряжения; 18 — шунтирующая обмотка
\
1
\
защиту электрооборудования от
коротких замыканий, длительных перегрузок по току и недопустимых превышений
напряжений. Длительная эксплуатационная мощность системы
при движении поезда 8,(ГкВт.
Потребители вагона получают питание от параллельно работающих подвагонного синхронного генератора переменного тока 2ГВ003-12 с выпрямителями и аккумуляторной батареи. Генератор,
установленный на тележке, приводится во вращение через
текстропно-карданный привод. Генератор имеет две обмотки:
основную трехфазную и дополнительную однофазную с выводом
средней точки. Первая подключена к основной группе кремниевых
выпрямителей и обеспечивает питание потребителей вагона, а
вторая — через магнитный усилитель к дополнительной группе
кремниевых выпрямителей. Обе группы выпрямителей соединены
последовательно и в сумме дают напряжение, необходимое для
заряда аккумуляторной батареи. На соответствующие зажимы
выведена дополнительная обмотка, предназначенная для облегчения автоматического регулирования напряжения генератора при
малых нагрузках и высоких скоростях движения поезда. На
стоянках и при малых скоростях движения все потребители получают питание от аккумуляторной батареи.
Выпрямитель, предназначенный для преобразования переменного трехфазного тока в постоянный, размещен в металлическом
кожухе под вагоном. На изоляционной панели выпрямителя
укреплены шесть вентилей, соединенных по трехфазной мостовой
схеме. Выпрямитель соединен с аккумуляторной батареей, и его
токоведущие детали, в том числе и радиаторы вентилей, на стоянках поезда, когда генератор не работает, находятся под напряжением 50 В.
Аккумуляторная батарея 38-ТЖН-250 имеет 38 железоникелевых аккумуляторов емкостью 250 А - ч . Номинальное напряжение
аккумулятора 1,25 В, а максимальное и минимальное зарядные
напряжения равны соответственно 1,8 и 1,0 В. В системе предусмотрены регуляторы напряжения, используемые при нагрузках и
заряде аккумуляторной батареи. Выпрямленное напряжение
генератора поддерживается в пределах 47—53 В изменением тока в
обмотке возбуждения при колебаниях нагрузки от нулевой до
287
максимальной и изменении скорости движения'поезда. Ток возбуждения необходимой величины поддерживается системой регулирования, состоящей из измерительного, усилительного, исполнительного и стабилизирующего устройств. Питание нагрузок с
батареи на генератор и обратно переводится переключающим
устройством, состоящим из фильтра верхних частот, выпрямителя
и реле.
Система обеспечивает защиту от недопустимого повышения напряжения на зажимах нагрузки, осуществляемую реле максимального напряжения и исполнительным реле. Защиту от увеличения
амплитудного значения напряжения генератора при переключениях контактором нагрузок с батареи на генератор и обратно, а
также при сбросах нагрузки в наиболее тяжелых режимах при
сгоревших предохранителях батареи осуществляет шунтирующий
вентиль. Предусмотрено ручное отключение источников напряжения от сети на случай аварийной ситуации.
Потребители энергии (лампы освещения, электронагревательные приборы и вспомогательные электродвигатели, за исключением преобразователей для включения электробритв) подключены
к сети, напряжение которой (47—53 В) при движении поезда
поддерживается регулятором; на стоянке напряжение определяется
состоянием аккумуляторной батареи. Включают потребители
вручную — пакетными переключателями. Вентилятор можно
перевести в автоматический режим работы. Мощность, отдаваемая
или получаемая от смежных вагонов, составляет 1,2 кВт. Для
ограничения мощности, отдаваемой в магистраль, имеется автомат.
Предусмотрено автоматическое отключение на стоянке части
потребителей при помощи реле.
Освещение вагона осуществлено люминесцентными лампами
(пассажирские помещения) и лампами накаливания (бытовые и
подсобные помещения). Сеть освещения вагона состоит из
нескольких групп (в рассматриваемом вагоне их восемь) светильников. Для люминесцентного освещения предусмотрен специальный
преобразователь постоянного тока напряжением 50 В в переменный
ток напряжением 220 В и частотой 400 Гц. Преобразователь состоит из электродвигателя постоянного тока, приводящего в движение генератор повышенной частоты, а также пускорегулирующей аппаратуры (стабилизатора частоты вращения и пускателя).
Аппараты системы электроснабжения и управления размещены
на специальном пульте, установленном в служебном помещении
вагона. На лицевой стороне пульта имеются верхние двери —
панели, на которых установлены измерительные приборы, сигнальные лампы, выключатели, переключатели, кнопки и малогабаритные плавкие предохранители. Аппараты размещены по
функциональному назначению: на правой двери — аппараты защиты и контроля источников электроснабжения, на левой —
аппараты включения потребителей. Пакетные переключатели и
автоматы смонтированы на отдельной средней панели, которую
288
можно откидывать для доступа к контактным зажимам. Внутри
пульта смонтирована коммутационная аппаратура, а также аппаратура регулирования и защиты.
Значительная часть пассажирских вагонов, снабженных установками кондиционирования воздуха, имеет индивидуальную
систему электроснабжения от подвагонного генератора с приводом
от оси колесной пары. Например, купейные вагоны со спальными
мягкими местами производства ЛВЗ с установками кондиционирования воздуха оборудованы системой электроснабжения, имеющей следующие параметры: мощность на выходе выпрямителя в
продолжительном режиме при движении поезда 26 кВт, а на
стоянке 20 кВт; напряжение на выходе выпрямителя 132—150 В;
скорость движения поезда, при которой генератор отдает номинальную мощность в продолжительном режиме, равна 12—44 м/с
(48—160 км/ч). Электрооборудование этой системы обеспечивает:
начало приема нагрузки, начиная с частоты вращения ротора
генератора, равной 550 об/мин; заряд разряженной и подзаряд
заряженной аккумуляторной батареи, а также ограничение тока при
заряде разряженной аккумуляторной батареи до 90 А; автоматическую работу по сигналам термодатчиков электроагрегатов
холодильной установки КЖ-25П, электрокалорифера, циркуляционного насоса и сдвоенного вентилятора; питание, коммутацию и
защиту цепей стабилизированного напряжения ПО В, цепей
сигнализации постоянного тока напряжением 50 В, преобразователя для люминесцентного освещения, трех электронагревателей
баков горячего водоснабжения установленной мощностью 3,2 кВт,
электрокипятильника мощностью 2,2 кВт, пылесоса мощностью
600 Вт, водоохладителя мощностью 500 Вт, насоса для перекачки
воды мощностью 90 Вт и электронагревателя сливной трубы;
защиту потребителей от токов короткого замыкания, длительных
перегрузок по току, недопустимого повышения среднего значения
напряжений и перенапряжений в случае аварийного режима.
Основным источником питания электроэнергией вагона является агрегат AMI, состоящий из трехфазного генератора переменного тока и асинхронного электродвигателя. При движении поезда
генератор приводится во вращение от оси колесной пары вагона
через редуктор и карданную передачу, а на длительной стоянке —
от асинхронного электродвигателя, который через штепсельное
соединение получает питание от внешней стационарной сети
трехфазного переменного тока напряжением 380 В, частотой 50 Гц.
Электропотребители вагона получают питание от генератора через
выпрямитель, который собран на кремниевых вентилях В2-200 по
трехфазной мостовой схеме. Для питания потребителей на стоянках
в пути следования, а также при замедленном движении поезда,
установлена
аккумуляторная
батарея,
которая
включена
параллельно с генератором через выпрямитель и работает в режиме
постоянного подзаряда.
289
Компрессионная установка получает питание от генератора или
батареи. Для включения цепей электродвигателей компрессионной
установки, циркуляционного насоса и вентиляционного агрегата
предусмотрены соответствующие контакторы, а для регулирования
частоты их вращения — резисторы. Основные цепи освещения
вагона (люминесцентные лампы) получают питание от машинного
преобразователя, а служебные и аварийные цепи (лампы
накаливания) от генератора или батарей через стабилизатор с
выходом напряжения ПО В постоянного тока.
От системы электроснабжения получают также питание вспомогательные потребители (электрокипятильник, водоохладитель
питьевой воды, розетки пылесоса и электроплитки, электродвигатель насоса). Цепи контроля нагрева букс, вызова проводника, цепи
противогазного устройства и сигнализации окончания налива воды
получают питание напряжением 50 В, а цепи контроля системы
отопления — питание напряжением 24 В. Цепи управления
работой холодильной установки и электрокалорифера выполнены
на напряжение ПО В, а вентилятора — на 132—150 В.
Система электроснабжения имеет соответствующие контрольноизмерительные аппараты и аппараты сигнализации и защиты.
Предусмотрена возможность аварийного отключения источников
питания и цепей всех потребителей вагона (за исключением аварийного освещения, концевых сигнальных фонарей и цепей контроля нагрева букс).
Анализируя системы индивидуального электроснабжения, можно заметить, что в первом случае, когда вагоны не снабжены
холодильными установками и потребляемая мощность мала,
система достаточно рациональна. Однако во втором случае, когда
необходимая мощность значительна, подобная система громоздка,
дорога и недостаточна для питания всех потребителей на стоянке.
На стоянках поезда потребители электроэнергии получают
питание от аккумуляторной батареи. Это вынуждает применять
электродвигатели постоянного тока и тем самым не позволяет
использовать надежные в работе холодильные установки с бессальниковыми компрессорами со встроенными асинхронными
двигателями. Чтобы привести в действие все генераторы поезда,
вагоны которого оснащены установками кондиционирования воздуха, необходимо затратить примерно 15—20% мощности локомотива. При этой системе электроснабжения исключено применение
электрического отопления.
Получение электроэнергии для одновременного питания установок кондиционирования воздуха, электрического отопления и
бытовых приборов как во время движения, так и на стоянках
поезда становится возможным лишь при системе централизованного электроснабжения вагонов. Одной из хорошо отработанных для практической эксплуатации систем является система
централизованного питания электроэнергией состава пассажирского поезда из 15 вагонов, оборудованных электрическим отоп-
лением и установками кондиционирования воздуха, от вагонаэлектростанции постройки КВЗ.
В машинном отделении вагона-электростанции установлены три
дизель-генераторные установки АДВЭ-200-Т/400-2А (У42В) но
минальной мощностью по 200 кВт. Каждая установка состоит
из двенадцатицилиндрового V-образного четырехтактного дизеля
п трехфазного синхронного генератора ГСФ-200 (номинальное
напряжение 400 В), соединенных при помощи муфты и смонти
рованных на одной раме. Дизель-генераторные установки имеют
раздельные системы охлаждения и смазки, которые обеспечивают
их нормальную работу при температуре наружного воздуха
— 40 ÷+40° С. Топливо находится в одном баке (в вагоне) емко
стью 425 лив двух баках (под вагоном) общей емкостью 7000 л.
Для пуска дизелей предусмотрен стартер, получающий питание
от подзаряжаемой генератором аккумуляторной батареи. Электри
ческая аппаратура, предназначенная для обслуживания дизельгенераторов, их защиты, регулирования напряжения и частоты
вращения, смонтирована на щите, установленном в отделении
управления. Для подключения к магистрали поезда в вагонеэлектростанции
имеются
междувагонные соединения
ШУ/РУ-205В.
Все вагоны (потребители) соединяют в последовательную
электрическую цепь, в которой использованы контакты безопасности, встроенные в штепселн, розетки и холостые приемники (на
торце вагона-электростанции и крайнего вагона состава).
Потребители собственных нужд электростанции выполнены на
номинальные напряжения 400/230 В трехфазного переменного тока
частотой 50 Гц и работают в автоматическом режиме. Для исключения утечки тока через кузов вагона на рельсовый путь и
предупреждения ложного срабатывания устройств СЦВ и связи
между поездной магистралью и шинами вагона включен разделительный трансформатор.
Вагон оборудован электрической системой отопления, состоящей из трех групп электропечей и двухсекционного электрокалорифера общей мощностью соответственно 19,85 и 18 кВт. В вагоне
предусмотрены три цепи освещения: основная (люминесцентные
лампы) переменного тока напряжением 220 В; служебная и аварийная (лампы накаливания) переменного или постоянного тока
напряжением 50 В. Цепи контроля системы отопления питаются
переменным током напряжением 48 В, а цепи управления установкой кондиционирования воздуха — переменным током напряжением 220 В.
§ 46. ОСОБЕННОСТИ ЗАРУБЕЖНЫХ ПАССАЖИРСКИХ
ВАГОНОВ
Парк пассажирских вагонов зарубежных железных дорог
чрезвычайно разнообразен. Это объясняется различными климатическими условиями, территориальными особенностями, об291
290
щественным и экономическим укладом, характером размещения
населения, традициями, сложившимися в той или иной стране, и
другими причинами. Многообразие конструкций вагонов и их
оборудования вызвано конкурентной борьбой между вагоностроительными и железнодорожными компаниями, а также между
железнодорожными компаниями, авиационными и автомобильными.
В технически развитых странах обычные скорости движения
пассажирских поездов достигают 44 м/с (160 км/ч); есть линии, на
которых скорость составляет 55 м/с (200 км/ч) и выше. Для
движения со скоростью 55 м/с (200 км/ч) и выше требуется существенная модернизация подвижного состава, улучшение железнодорожного пути и сигнализации. Переход на более высокие скорости требует не только специального подвижного состава и контактной сети, но и коренной реконструкции пути, внедрения
автоматики и новой организации системы перевозок.
В странах Америки и Европы приняты различные исходные
положения для проектирования пассажирских вагонов. Вагоны
локомотивной тяги США, относящиеся к пассажирскому парку,
разделены на следующие пять классов: Р — пассажирские вагоны;
Д — вагоны-рестораны; С — вагоны смешанного типа; В — багажные вагоны; М — почтовые вагоны. В класс Р входят вагоны
пригородного сообщения с местами для сидения, вагоны с куполом
для обозрения местности и местами для сидения, вагоны-гостиные,
вагоны-бары и комбинированные пассажирские вагоны со
спальным отделением и буфетом. Вагоны открытого типа (рис. 127)
с креслами для сидения составляют более 80% всего пассажирского
парка США, а спальные вагоны — только 10%. Это объясняется
тем, что в США около 76% составляют пассажирские перевозки на
короткие расстояния (менее 320 км).
! Пассажирские вагоны в США в основном строят фирмы «Бадд»
и «Пульман Стандарт». Стандартом Ассоциации железных дорог
США (AAR) установлены следующие геометрические параметры
пассажирских вагонов (в мм): длина 25900; база 18 135; ширина
3048; высота от головки рельса 4115; высота пола от головки
рельса 1238; высота фартука от головки рельса 559. Согласно
нормам расчетная продольная сжимающая нагрузка для пассажирского вагона достигает 3,6 МН (360 тс) и выше, поэтому вес
тары типовых вагонов США относительно высок и составляет, как
правило, 60—67 тс.
В Европе из-за разногласий между компаниями железных дорог
отдельных стран Международным Союзом железных дорог
(МСЖД) рекомендованы пассажирские вагоны двух типов (рис.
128): тип X — длина 26,4 м, ширина 2,825 м; тип У — длина 24,5 м,
ширина 2,883 м. Вагоны типа X приняты железными дорогами
ФРГ, Австрии, Швейцарии, Италии, Нидерландов и Бельгии.
Вагоны типа У приняты железными дорогами ГДР, Дании, ПНР,
ЧССР, ВНР, СРР, СФРЮ и Франции. Вагон типа X
292
Рис. 127. Планировка вагонов с креслами для сидення:
а — фирмы «Бадд»; б — фирмы «Пульман Стандарт»; 1 — клуб; 2 — салон для пассажиров; 3 —
мужской туалет; 4 — отделение для электроаппаратуры; 5 — женский туалет; 6 — служебное
помещение; 7 — помещение для багажа
имеет 12 шестиместных купе, каждое площадью 3,3 м2 (0,55 м2 на
пассажира). Вагон типа У имеет десять восьмиместных купе,
каждое площадью 3,8 м2 (0,48 м2 на пассажира). По требованиям
МСЖД кузова этих вагонов рассчитывают на вертикальную нагрузку, учитывающую тару кузова и удвоенный вес пассажиров
при динамическом коэффициенте —30%. Расчетная продольная
сжимающая нагрузка принята равной 2 МН (200 тс).
Все зарубежные пассажирские вагоны имеют цельнометаллические несущие кузова. Вагоны постройки США имеют хребтовую
балку и лобовые стены с мощными антителескопическими стойками.
В странах Европы считают более выгодным кузов несущей конструкции в виде замкнутой оболочки без хребтовой балки. Пассажирские вагоны США имеют усиленную изоляцию, оборудованы
автосцепкой и снабжены установками кондиционирования воздуха.
В несущих конструкциях зарубежных вагонов широко использованы гнутые облегченные профили. Большинство зарубежных фирм для снижения массы кузова и повышения его коррозионной стойкости применяет стали повышенной прочности,
нержавеющие стали, а также алюминиевые сплавы. Целесообразность использования нержавеющих сталей подтверждает опыт
30-летней эксплуатации таких вагонов в Японии и Франции. Фирмы
«Пульман» (США), «Говкер Сидлай» (Канада), «Ганза Вагонбау»
(ФРГ) и др. используют для изготовления кузовов алюминиевые
сплавы, обладающие низким удельным весом, высокой
прочностью, коррозионной стойкостью и свариваемостью.
293
В конструкциях ограждения кузовов вагонов применяют
трудновоспламеняемые материалы, усиленную изоляцию пола в
зонах расположения ходовых частей, «плавающие» конструкции
пола, трехслойные плиты «сэндвич» для пола, перегородок и др.
Зарубежные вагоны с кондиционированием воздуха, спроектированные и построенные в последние годы, предназначены для
эксплуатации в поездах с централизованным электроснабжением
или с электроснабжением от локомотивов по однопроводной поездной магистрали. Вагоны, эксплуатирующиеся на электрофицированных участках, обычно получают питание непосредственно от
контактной сети. Для эксплутации на неэлектрифицированных
участках тепловозы часто оборудуют необходимыми установками
для электроснабжения поезда от главного или специального
дизеля или от турбогенератора.
Вагоны оборудуют электроотоплением, для чего используют
энергию контактной сети. В вагонах поездов высокого класса (во
Франции — «Мистраль», TEE; в США — «Метролайнер»)
применено электропечное отопление с питанием печей от сети
низкого напряжения. Во многих европейских странах (Франция,
ФРГ, Швейцария, ГДР) применяется воздушная система отопления, позволяющая значительно проще осуществить автоматизацию режима работы и обеспечить требуемую температуру как в
вагоне, так и в каждом купе отдельно.
Все холодильные установки, применяемые в зарубежных
вагонах, имеют подвагонную схему компоновки с присущими ей
недостатками. Дальнейшее совершенствование установок идет в
направлении снижения их массы при интенсификации теплообмена. С этой целью применяют теплообменные аппараты из
медных труб с игольчатым алюминиевым оребрением (компания
«Дженерал электрик», США) и из алюминия (фирма «Рейнгольд»,
ФРГ). Некоторые зарубежные фирмы совершенствуют способы
регулирования холодопроизводительности холодильных установок. Например, в кондиционерах фирмы «Стоун», предназначенных для стран с жарким климатом, применено байпасное устройство и шестицилиндровый компрессор с устройствами для отжима
клапанов, в результате чего достигнуто пятиступенчатое регулирование холодопроизводительности. В некоторых пассажирских
вагонах (поезда «Рейнгольд» и «Рейфаль», ФРГ) применены аппараты, позволяющие самим пассажирам устанавливать в купе
желаемую температуру. В аппаратах типа «Жетейр», установленных в каждом купе, происходит вторичная тепловая обработка
воздуха, поступившего в них из общей системы отопления или
охлаждения. Это позволяет регулировать температуру в каждом
отдельном купе.
Распространены холодильные установки в виде агрегатов.
Автономные кондиционеры, получающие питание переменным
током, конструктивно решены в виде единого блока с монолитными сварными соединениями, ликвидирующими утечки хлад-
294
295
агента. Эти кондиционеры удобно монтировать и демонтировать с
вагонов, так как они имеют всего лишь два соединения: с источником питания и с воздуховодом вагона. Такие кондиционеры
поставляют фирмы «Лува» (ФРГ), «Броун-Бовери» (Швейцария),
«Стоун» (Англия) и др. Фирма «Стоун» изготовляет также подобные кондиционеры для монтажа между крышей и потолком вагона.
Во Франции производят шесть таких моделей холодопроизводительностью 3,8—15 кВт (3300—13 000 ккал/ч) и массой
125—350 кг.
| Наибольшее распространение автономные кондиционеры получили в Японии, где их выполняют в двух вариантах: вертикальная компоновка для установки в шкафу (экспресс «Ода») и горизонтальная компоновка для подвески между крышей и потолком
(дизель-поезда «Хатсухари»). Кондиционеры экспресса «Кадама»
могут работать как в режиме охлаждения воздуха, так и в режиме
его подогрева, т. е. в качестве теплового насоса. Производительность
таких кондиционеров по холоду 4,6 кВт (4000 ккал/ч), а по теплу
2,9 кВт (2500 ккал/ч). В настоящее время подобные кондиционеры
применены на скоростных поездах Нью-Токайдо, где в каждом
вагоне под потолком установлено десять агрегатов холодопроизводительностью 1,2 кВт (1000 ккал/ч).
Стремление периодически модернизировать вагон для удовлетворения социальных, эргономических и других технико-экономических требований, привело к тому, что многие зарубежные
фирмы стали применять внутреннее оборудование в виде отдельных легко сменяемых блоков; это дает также определенный технологический эффект. Блочную сборку применяют в США, ФРГ,
Австрии, Бельгии и других странах. Спальный вагон, производимый в Финляндии, имеет длину 26,4 м, одиннадцать пассажирских
купе, каждое из которых оборудовано тремя креслами для дневного
отдыха, складывающимися на ночь в нижний рундук. В ночное
время можно по выбору установить одно, два или три спальных
места, причем среднее место имеет два фиксированных положения
по высоте (низкое и высокое).
Встречаются интересные решения отдельных элементов пассажирских вагонов: окна в виде стеклянных блоков с отражающими
и теплозащитными покрытиями; спальные места, убирающиеся в
стены; подъемные подголовники в спальных полках; санитарное
оборудование блочной конструкции с химической переработкой
отходов без выброса их на путь и др. Широко использованы пластические массы, особенно для внутреннего оборудования.
§ 47. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КОНСТРУКЦИЙ
ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНОВ
Основные требования. Объективные условия СССР способствуют использованию железных дорог в качестве главного вида
транспорта, поэтому развитие пассажирских железнодорожных
перевозок планируется в направлении наиболее полного исполь-
зования его специфических преимуществ (быстрота, надежность,
экономичность и оптимальный уровень комфорта) перед другими
видами транспорта. При четко организованных подготовке к поездке и обслуживанию в пути следования железнодорожный
транспорт успешно может конкурировать с авиационным транспортом на трассах протяженностью до 600—800 км, а при эксплуатационных скоростях около 55 м/с (200 км/ч) и до 1000—1500 км.
На перспективу пассажирские поезда и вагоны для них можно
разделить на следующие четыре группы. Пригородные поезда с
вагонами, оборудованными местами для сидения — электропоезда
(на электрифицированных участках) и дизель-поезда (на
неэлектрифицированных участках). Местные поезда из вагонов с
креслами для сидения, курсирующие только в дневное время с
нахождением в пути не более 8 ч. Поезда среднего радиуса действия
из купейных вагонов со спальными местами, имеющие высокий
уровень комфорта и предназначенные для курсирования
преимущественно в ночное время на расстояния 1200—2000 км.
Поезда дальнего радиуса действия с купейными вагонами для пассажирских перевозок и туристских целей. Такие поезда должны
иметь высокий уровень комфорта, эффективные пункты питания и
вагоны обслуживания.
Дальнейшее развитие конструкций пассажирских вагонов предполагается в следующих основных направлениях. Исследованиями
ВНИИВ, ЦНИИ МПС и Института комплексных транспортных
проблем (ИКТП) установлена целесообразность увеличения длины
пассажирских вагонов всех типов, за исключением почтовых и
багажных. Кроме других преимуществ, это увеличит на 5—7%
провозную способность железных дорог. Исходя из условий
вписывания вагонов в габарит подвижного состава 0-Т (ГОСТ
9238—73), обеспечения проходимости сцепленных вагонов в
кривых малого радиуса при использовании типовых деталей
автосцепки (корпус, хомут, клин) и розеток с увеличенной шириной окна, сохранения нормативных размеров длины спальных
мест и ширины коридора, а также унификации размеров вагонов,
выявлены следующие рациональные габаритные размеры вагона в
плане: длина 26,49 м, база 19,25 м и ширина 3,04 м.
Переход на строительство удлиненных вагонов выдвигает
новые проблемы, главные из которых следующие: создание семейства унифицированных пассажирских вагонов с оптимальным
уровнем комфорта; изыскание удовлетворительной конструкции
вагона большой вместимости взамен вагона открытого типа со
спальными местами. Вторая задача осложняется тем, что схемы
вагона открытого типа с продольным и поперечным расположением
спальных мест неприемлемы для удлиненного кузова с уменьшенной шириной.
Уровень комфорта для вагонов различного назначения и категорий целесообразно установить исходя из условий обязательного и
дополнительного комфорта. К первой группе условий относят
297
296
следующие: минимальные допустимые площадь и объем пассажирского помещения, приходящиеся на одного пассажира; размеры и
характер пассажирских мест для сидения и лежания; ассортимент
необходимого оборудования и принадлежностей для индивидуального и коллективного пользования; конструкцию и размеры
помещений общего пользования (санитарных узлов, пунктов
питания и т. д.); санитарно-гигиенические нормативные показатели, определяющие количество подаваемого свежего воздуха на
одного человека в час; общую и местную освещенность и т. д. Ко
второй группе условий относят: добавочные площадь и объем
помещения на одного пассажира; дополнительную возможность
изоляции пассажиров; более высокое качество отделочных материалов; художественное оформление помещений и т. д.
При унификации вагонов шаг купе принимают равным удвоенному шагу кресел в салоне. Необходимо также изыскать конструктивные решения пассажирских помещений, позволяющие
превращать однотипные вагоны одной категории в вагоны другой
категории. Этим принципом необходимо руководствоваться и при
проектировании мебели, которую в одинаковой мере следует приспособить к дневным и ночным условиям проезда. Спальные места
должны быть равноценными, и если одни места имеют естественные преимущества, то у других их надо искусственно создавать.
В технико-эстетических проработках ВНИИВ на перспективу
предложено улучшить культурно-бытовое обслуживание поездов
соответственно их функциональному назначению введением
местной (в пределах купе) регулировки освещения, установлением
определенных кондиций воздуха по желанию пассажиров, радиофикацией всех пассажирских мест, улучшением удобств для проезда пассажиров с детьми, устройством радиотелефонной связи с
внешними абонентами, оборудованием санитарных узлов душем, а
специальных салонов поезда телевизионной и киноаппаратурой и т.
д. В поездах дальнего следования целесообразно иметь буфеты, а
также комнаты матери и ребенка. Система организации питания в
поезде должна обеспечить сокращение времени на приготовление и
доставку пищи.
В перспективе основными вагонами локомотивной тяги для
расстояний 600—800 км останутся вагоны открытого типа с мягкими креслами для сидения, а для поездок на более дальние расстояния — купейные вагоны различных назначений и категорий.
Кузова. Для перспективных пассажирских вагонов по-прежнему
останется рациональной цельнометалическая сварная конструкция
кузова в виде замкнутой оболочки с вырезами, выполненная из
гофрированных листов, подкрепленных элементами жесткости.
Анализ современных конструкций и тенденций их совершенствования выдвигает задачу создания максимально облегченных и более надежных с точки зрения коррозионной стойкости
кузовов благодаря рационализации их конструктивных элементов и
применению прогрессивных материалов.
Исследованиями ВНИИВ установлено, что в настоящее время и
на ближайшую перспективу оптимальным вариантом является
конструкция кузова с обшивкой из экокомнолегнрованпой нержавеющей стали 10Х14Г14НЗ и с каркасом из низколегированной
коррозионно-стойкой стали 10ХНДП. Внедрение таких кузовов в
серийное производство позволит сократить расход стали на 3—4 т на
вагон и получить народнохозяйственный эффект в размере 2000 р.
и более на один вагон. Применение этих сталей не потребует
существенной реорганизации действующего производства. До
перехода на строительство вагонов увеличенной длины с кузовами
из нержавеющей стали целесообразно изготовлять вагоны с
кузовами из низколегированной стали 10ХНПД, 09Г2Д и т. п.
Применение нержавеющих сталей для кузовов почтовых и
багажных вагонов менее целесообразно. Это обусловлено большими вырезами в зонах боковых обвязок, ослабляющими сечение
рамы, что не позволяет убрать хребтовую балку в средней части
кузова и использовать тонкую гофрированную обшивку из нержавеющей стали. Кроме того, при большей массе брутто почтовых
и багажных вагонов не может быть реализовано существенное
уменьшение площади и момента инерции поперечных сечений в
связи с ограничениями прочности и жесткости.
Новые возможности снижения массы несущих конструкций
пассажирских вагонов открываются, как показали исследования,
при использовании предварительно напряженных конструкций.
Это позволяет снизить массу кузова серийного вагона на 1,5— 2 т в
результате уменьшения сечений продольных элементов рамы и
боковых стен. Уменьшаются технологические прогибы и тем
самым повышаются несущая способность и изгибная жесткость
кузова. Улучшается также и товарный вид вагона.
Неоспоримый технический эффект, достигаемый при использовании алюминиевых сплавов для изготовления кузовов пассажирских вагонов, доказан практикой отечественного вагоностроения и зарубежным опытом. Отечественные алюминиевые сплавы
по механическим свойствам и технологичности хорошо зарекомендовали себя при использовании их для несущих сварных конструкций вагонов. Одним из направлений дальнейшего снижения расхода металлов является также более широкое применение пластических материалов и, в частности, стеклопластиков и металлопластмассовых узлов кузова в трехслойном антикоррозионном
исполнении.
Значительного эффекта можно достигнуть при переходе к монтажу на сборочных позициях предварительно собранных укрупненных блоков кузова и внутреннего оборудования вагонов.
Традиционная конструкция цельнометаллического сварного кузова
вынуждает, как правило, применять подетальную сборку узлов
непосредственно в тесных помещениях вагона и в неудобных для
работы сборщика положениях. Эти обстоятельства определяют
актуальность разработки новых конструктивных
299
298
решений отдельных узлов кузова и внутреннего оборудования-а
также рациональных методов сборки, пригодных для всех пассажирских вагонов и удовлетворяющих ремонтным требованиям.
Например, переход на блочный метод сборки вагонов позволит, по
предварительной оценке, сократить длительность производственного цикла примерно на 2,5 сут., снизить трудоемкость сборки и существенно увеличить выпуск вагонов на тех же площадях.
Один из возможных вариантов решения поставленной задачи —
сборка систем вагона и блоков внутреннего оборудования пассажирских помещений при снятой крыше вагона.
Электроснабжение. Наилучшими техническими и экономическими показателями обладает система электроснабжения вагонов с
размещением источников питания на локомотивах, но пока еще
невозможно принять ее в качестве основной. Исследования показывают, что на ближайшие 15—20 лет можно принять централизованную систему электроснабжения пассажирских поездов с питанием потребителей от поездной высоковольтной магистрали при
статических преобразователях энергии, установленных в каждом
вагоне. Предполагают установку преобразователя мощностью 30
кВт с входным номинальным напряжением 3000 В постоянного или
переменного тока и выходным напряжением 380/220 В трехфазного
переменного тока для питания всех потребителей электроэнергии
вагона,
кроме
электрических
нагревателей
отопления.
Преобразователи будут получать питание от поездной магистрали
3000 В: при постоянном токе — от токоприемника электровоза; при
переменном токе — от обмотки отопления тягового
трансформатора электровоза. При таком электроснабжении
необходимо будет исключить неблагоприятные влияния на цепи
СЦБ как постоянного, так и однофазного переменного тока частотой 50 Гц.
Будут продолжены работы по дальнейшему совершенствованию
вагонов-электростанций, так как в настоящее время это единственная отработанная система централизованного электроснабжения, пригодная для практического использования. На вагонах без
холодильных установок на определенный период времени может
сохраниться существующая индивидуальная система электроснабжения мощностью до 10—12 кВт.
Отопление. Работы последних лет по отоплению направлены на
замену угольного подогрева воды электрическим. Одним из
перспективных направлений является отопление конвективными
электропечами и нагревом воздуха в системе принудительной вентиляции с использованием электрокалорифера. Необходимо создать высококачественные электронагреватели, кабели и провода,
исключающие отказы этой системы отопления. Будут продолжены
работы по совершенствованию комбинированной системы с устройствами водяного отопления, аналогичными устройствам серийных вагонов, и со встроенными в котел электронагревательными элементами.
300
По мере внедрения централизованных систем электроснабжения и высоковольтного отопления целесообразна концентрация
всех нагревательных элементов в одном узле — электрокалорифере. Применение воздушной системы отопления наиболее
эффективно и перспективно, так как ее проще автоматизировать и
обеспечить при этом требуемый температурный режим в вагоне и
индивидуальное регулирование температуры в каждом купе. Для
улучшения работы системы водяного отопления вагонов серийного
производства будут внедрены усовершенствования, направленные
на снижение ее массы и повышение теплопронзводи-тельности при
естественной циркуляции.
Установка кондиционирования воздуха. При современных
требованиях к комфорту возникает необходимость в разработке для
вагонов новой перспективной установки кондиционирования
воздуха компрессионного типа. В связи с перспективой централизованного электроснабжения появляется возможность использования герметичных высокооборотных компрессоров массового
выпуска. Это позволит улучшить герметизацию, снизить потери
хладагента, уменьшить габаритные размеры и массу установки.
Будет разработана моноблочная конструкция холодильной установки с минимальным количеством разъемов в системе, повышенной плотностью и надежностью. Эту установку можно будет использовать также для подогрева воздуха при работе в цикле
теплового насоса.
Дальнейшее развитие холодильных установок для вагонов
пойдет в направлении создания рациональной и компактной конструкции автономных кондиционеров, компонуемых как вертикально при размещении в шкафах, так и горизонтально — при
подвеске к потолку.
Общие задачи. Будут продолжены работы по изысканию и внедрению прогрессивных конструкций, снижающих уровень шума в
помещениях вагона до значений, допустимых при различных частотах нормируемого диапазона. К этим конструкциям относятся
такие как «плавающий» пол, перфорированные потолки, различные
амортизаторы и др.
Увеличение потребления электроэнергии потребует проведения
дальнейших работ по повышению пожаробезопасности вагонов
благодаря конструктивным мерам по локальной защите отдельных
узлов и помещений, применению специальных пропиток и
несгораемых материалов.
Дальнейшие работы в области создания рельсового подвижного
состава для скоростного сообщения пойдут по двум основным
направлениям: отработке конструкций вагонов для введения скоростей движения 55 м/с (200 км/ч) и изысканию конструктивных
решений вагонов для скоростей движения 69—83 м/с (250— 300
км/ч).
301
Глава Vlfi
САМОХОДНЫЕ ВАГОНЫ
составность поезда, профиль пути, длину перегона, время промежуточных стоянок, населенность поезда и т. д.
Необходимая сила тяги на ободе колеса самоходного вагона
(поезда)
(43)
§ 48. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К САМОХОДНЫМ ВАГОНАМ
В отличие от вагонов локомотивной тяги, к самоходным относят
вагоны электропоездов и дизель-поездов, метрополитена и трамвая.
Самоходные вагоны в основном используют в городском
пассажирском транспорте, а также для пригородных и местных
перевозок пассажиров на магистральных железных дорогах. Общие
требования к этим вагонам в основном такие же, как и / к
пассажирским вагонам локомотивной тяги (см. гл. VII). Основные
конструктивные решения вагонов выбирают исходя из назначения
данного подвижного состава и учитывая возможности обеспечения
удобств для пассажиров и требуемых технико-экономических
показателей.
Входные двери вагонов имеют централизованное управление, а
также соответствующую сигнализацию, информирующую машиниста (водителя) о закрытом положении дверей. Форма сидений
для пассажиров эргономически обоснована. Конструкция опорной
части сидений обеспечивает возможность удобной ручной и механизированной уборки пассажирского салона, а крепление сидений
рассчитано на возможные инерционные силы. Применяемые для
внутренней отделки салонов и кабин управления материалы по
цвету и фактуре выбирают согласно технической эстетике и
санитарно-гигиеническим требованиям (они легко моются и долговечны в эксплуатации). Для окон применяют безосколочные стекла
типа «Сталинит».
Пассажирский салон и кабина управления, наряду с форточками
в окнах, обычно имеют принудительную (механическую)
приточную вентиляцию с подогревом воздуха в холодное время
года. Вентиляционно-отопительная система автоматически поддерживает температуру воздуха в салоне вагонов в заданных пределах. В пригородных электропоездах поддерживается температура
11—15° С, в кабине управления 16—20° С, а в салоне вагонов
дизель-поездов 12—18° С. Электрические аппараты самоходных
вагонов изготовляют в соответствии с требованиями ГОСТ 9219—
75, а электрические тяговые машины — ГОСТ 2582—72.
Параметры тягового оборудования и энергетические показатели
самоходных вагонов выбирают исходя из требуемого расчетного
режима движения. При этом учитывают
302
где Q — расчетный вес вагона (поезда), тс; а — заданное ускорение разгона, м/с2; ω — удельное сопротивление движению, кгс/тс;
1+γ — коэффициент инерции вращающихся частей, ориентировочно принимаемый равным для моторных вагонов 1,1, а для
прицепных 1,05.
При известном количестве двигателей т на самоходном вагоне
(поезде) требуемая сила тяги, развиваемая одним двигателем,
(44)
где Мд — тяговый момент на валу двигателя, кгс-м; i — передаточное число редуктора; ηм — механический КПД передачи; DK —
диаметр колеса, м.
В общем случае необходимая мощность (кВт) тягового двигателя
(45)
где v — скорость движения, км/ч.
Мощность и характеристики тяговых двигателей уточняют с
учетом ограничений силы тяги по сцеплению и требуемых оптимальных технико-экономических показателей подвижного
состава применительно к заданным уловиям эксплуатации.
Удельное сопротивление (кгс/тс) самоходных вагонов при движении в режиме тяги определяют по эмпирическим формулам:
для электропоездов
для дизель-поездов
для вагонов метрополитена (в однопутном тоннеле)
для трамвайных вагонов
где v — скорость движения (км/ч); т — число вагонов в поезде; q
— нагрузка от оси на рельс (тс); Q — расчетный вес (тс) вагона
(поезда).
303
При движении самоходного подвижного состава на выбеге
удельное сопротивление движению несколько увеличивается за
счет механических потерь в приводе (силовой трансмиссии).
Кузова современных самоходных вагонов должны быть цельнометаллическими. Внутренние поверхности металлоконструкции
кузова должны иметь актикоррозионное и противошумное покрытие. В конструкции пола, стен и потолка вагонов предусматривается соответствующая термоизоляция. Ходовые части самоходных вагонов отличаются наличием устройств тягового привода
и вспомогательного оборудования. Поэтому вес ходовых частей
самоходных вагонов значительно больше, чем у вагонов локомотивной тяги. При проектировании тележек, колесных пар и тяговой
передачи необходимо учитывать усилия, возникающие от работы
элементов привода, и обеспечивать необходимый запас прочности.
Электрическое оборудование монтируют и подключают для
работы в соответствии с электрическими схемами вагонов, в которые входят схема силовых цепей моторных вагонов, схемы
высоковольтных и низковольтных вспомогательных цепей моторных и прицепных вагонов и схемы управления силовыми и вспомогательными цепями. В электрических цепях используют провода
соответствующих сечений и марок, уложенные в металлические
трубы или желоба (провода высоковольтных и низковольтных
цепей располагают раздельно). Электрическое оборудование
соответствующим образом защищено от перенапряжений, перегрузок, коротких замыканий и имеет надежное заземление.
Вагоны электропоездов и дизель-поездов оборудованы механическим фрикционным тормозом с электропневматическим и пневматическим управлением и ручным приводом. Вагоны электропоездов
новых типов, вагоны метрополитена и трамвая оборудуют также
электродинамическим реостатными или реостатно-рекуперативным
тормозом. Вагоны скоростного сообщения, а также вагоны трамвая
дополнительно оснащают электромагнитным рельсовым тормозом.
В нормальных условиях эксплуатации электродинамический
тормоз моторных вагонов работает параллельно с электропневматическим или пневматическим тормозом прицепных вагонов, а при
отказе электродинамического тормоза его автоматически замещают
электропневматические (пневматические) тормоза. Самоходные
вагоны имеют систему воздухообеспечения для питания сжатым
воздухом всех пневматических устройств тормозов, пневматического привода открывания и закрывания наружных дверей вагона,
стеклоочислителей,
песочниц,
пневматических
приводов
отдельных электроаппаратов и звуковых сигналов. Вагоны электропоездов и дизель-поездов оборудованы типовыми автосцепными
устройствами и переходными площадками. Головные вагоны со
стороны кабины управления имеют прожектор и сигнальные фонари. Наружные поверхности вагонов окрашивают в соответствии с
требованиями ГОСТ 12549—67.
304
Вагоны метрополитена (ГОСТ 18226—72) моторные со всеми
ведущими осями; они приспособлены для работы по системе многих единиц. Вагоны изготовляют в двух вариантах исполнения: с
кабиной управления; без кабины, но с устройством для маневровых
передвижений. Для обеспечения быстрого входа и выхода
пассажиров вагоны имеют с каждой стороны по четыре двухстворчатые раздвижные двери с шириной проема в свету не менее
1300 мм.
Тяговое электрическое оборудование вагонов метрополитена
проектируют для реализации предельной провозной способности,
которую допускает колесомоторный привод, с учетом ограничений
по комфортабельности и по условиям сцепления.
В общем случае время разгона со стоянки до скорости 60 км/ч
для вагонов метрополитена на перспективу должно составлять не
более 15 с. Вагоны метрополитена в перспективе будут оборудованы устройствами автоматического управления движением поездов (автоуправлением) и автоматического регулирования скорости (АРС).
Вагоны трамвая должны соответствовать требованиям ГОСТ
8802—69. Эти вагоны длиной 15 м имеют кабину управления и дветри двери с одной (правой) стороны. По условиям вписывания
вагоны трамвая проходят криволинейные участки пути радиусом до
20 м на эксплуатационных путях и радиусом 16 м — на путях
трамвайных парков. Система управления новых трамваев
допускает эксплуатацию как одиночных вагонов, так и составов из
двух или трех вагонов, управляемых по системе многих единиц.
Расчетная скорость сообщения одиночного вагона трамвая с
номинальной нагрузкой от веса пассажиров на условном перегоне
длиной 350 м составляет не менее 25 км/ч.
Вагоны трамвая должны быть приспособлены для бескондукторного обслуживания пассажиров, иметь современный интерьер,
цифровую, световую и радиоинформацию для пассажиров. Наружную архитектурную форму и окраску вагонов выбирают с учетом гармоничного вписывания вагонов в окружающую среду и
архитектурное оформление современных городов.
§ 49. ВАГОНЫ ЭЛЕКТРОПОЕЗДОВ
Общие сведения. На магистральных железных дорогах СССР
получили распространение две системы электрической тяги:
постоянного тока напряжением 3 кВ и однофазного переменного
тока напряжением 25 кВ при частоте 50 Гц. Соответственно системам тяги и подвижной состав электрических железных дорог
подразделяют на электропоезда постоянного тока (ЭР1, ЭР2, ЭР22,
ЭР200) и переменного тока (ЭР9П, ЭР25).
Электропоезда формируют из моторных вагонов (М), оборудованных тяговыми электродвигателями, и прицепных вагонов (П),
не имеющих тягового привода. Сцеп из моторного и одного или
двух прицепных вагонов, способный к автономной эксплуа-
305
тации, называют секцией. Поезда в зависимости от назначения и
условий эксплуатации составляют из различного количества
вагонов. По концам поезда устанавливают головные вагоны —
прицепные (Пг) или моторные (Мг) — с кабинами управления.
Соотношение моторных и прицепных вагонов в поезде определяет удельную мощность и сцепной вес, которые позволяют реализовать ту или иную силу тяги и ускорение поезда в период пуска.
Исследованиями и опытом эксплуатации установлено, что ускорение разгона, реализуемое при пуске, для двухвагониых секций
(М + П) составляет 0,55—0,8 м/с2, трехвагонных (П + М + П) равно
0,35—0,45 м/с2, а для поездов, состоящих только из моторных
вагонов, 1,0—1,3 м/с2. Реализация повышенных ускорений
особенно важна в пригородном сообщении, где расстояния между
остановочными пунктами невелики, а скорость сообщения должна
быть высокой. Поэтому строившиеся ранее мотор-вагонные секции
(П тг- М + П) типа Q были заменены более совершенными
десятивагонными электропоездами ЭР1 (1957 г.), а затем ЭР2 (1962
г.) и ЭР9П (1964 г.), имеющими схему М + П (Пг).
Для пригородных линий с особо интенсивными пассажиропотоками создан электропоезд постоянного тока ЭР22 с вагонами
длиной 24,5 м, имеющими по три двери с каждой стороны вагона
(взамен вагонов ЭР2 и ЭР1 длиной 19,6 м с двумя дверями).
Электропоезд ЭР22 формируют из восьми вагонов по схеме (Мг +
+ П + П + Мг) + (Мг + П + П + Мг). Допускается также
эксплуатация этих поездов в составе из четырех и двенадцати
вагонов. Последующие модификации этого электропоезда (ЭР22М
и ЭР22В) отличаются от электропоезда ЭР22 установкой более
совершенного тягового электрооборудования, часть которого перенесена с моторного вагона на прицепной, и тяговых двигателей с
низко лежащей характеристикой и достаточной коммутационной
устойчивостью. Кроме того, эти поезда отличаются от ЭР22
внешним видом, планировкой передней части головного вагона, а
также наличием на вагонах ЭР22М комбинированного выхода —
на высокие и низкие платформы.
В связи с организацией на направлении Москва—Ленинград
высокоскоростного движения РВЗ был построен опытный образец
электропоезда ЭР200 междугороднего сообщения с конструкционной скоростью 200 км/ч. Электропоезд ЭР200 имеет 12 моторных и два головных — прицепных вагона. Вагоны поезда облегченной конструкции с кузовами из алюминиевых сплавов оборудованы тележками новой конструкции с пневматическим рессорным подвешиванием, дисковым п электромагнитным рельсовым
тормозами.
По техническим требованиям и габаритам железных дорог НРБ
строят электропоезда ЭР25 для пригородного и междугороднего
сообщения на железнодорожных линиях с шириной колеи 1435 мм.
Электропоезд ЭР25 разработан с использованием хорошо
зарекомендовавших себя в эксплуатации элементов конструкции
306
Рис. 129. Электропоезд ЭР2
и оборудования электропоезда ЭР9П и состоит из двухмоторных—■
головных и двух прицепных вагонов увеличенной длины (25 м).
В последние годы на Прибалтийской ж. д. партия электропоездов ЭР2 переоборудована для безреостатного тиристориоимпульсного регулирования тяговых двигателей в режиме пуска по
электрической схеме, предложенной специалистами Рижского
филиала ВНИИВ. Эти поезда получили условное обозначение
ЭР2И. Их испытания показали, что применение безреостатного
пуска экономит 8—11% электроэнергии, расходуемой на пуск, или
2—3% электроэнергии, расходуемой на расчетном трехкилометровом перегоне. С учетом опыта эксплуатации поездов ЭР2И
готовятся к промышленному производству новые электропоезда
ЭР12 с импульсным безреостатным пуском и ЭРЗО с системой тиристорно-нмпульсного регулирования процессов пуска и электрического торможения.
На отдельных примыкающих к электрифицированным линиям
участках Прибалтийской ж. д. с небольшими пассажиропотоками
эксплуатируются опытные контактно-аккумуляторные электропоезда, пока не получившие заметного распространения.
Электропоезд ЭР2. Общий вид электропоезда (модель 62-61)
показан на рис. 129. Поезд состоит из пяти моторных, двух головных и трех прицепных вагонов. Головные вагоны имеют унифицированную переднюю часть современной формы, на лобовой
стене которой в нижней зоне расположены головка автосцепки, путеочиститель и фары, а в верхней — прожектор и сигнальные
фонари. Конструкция вагонов допускает выход пассажиров на
высокие п низкие платформы, а также их переход из вагона в вагон
вдоль всего поезда.
307
9
а)
10
обшитый стальным гофрированным листом толщиной 2,5 и 2 мм.
Крыша состоит из штампованных дуг Z-образного сечения и
гофрированных листов обшивки толщиной 1,5 мм. Поперечные
сечения кузова вагонов электропоезда ЭР2 приведены на рис. 130.
Каждый вагон имеет с обеих сторон по две двухстворчатые
входные двери, ширина проемов которых 1180 мм. Створки дверей
изготовлены из алюминиевых сплавов. Двери открываются и закрываются автоматически из кабины управления. Для этого над
каждой дверью расположено по два пневматических цилиндра. В
головном вагоне предусмотрены также створчатые двери для входа
в служебный тамбур.
Внутреннее оборудование. Боковые стены, пол и потолок вагонов имеют деревянную обрешетку, пакеты теплоизоляции и
обшивку. В качестве тепло- и звукоизоляционного материала применены противошумная паста и мипора в пакетах или пенопласт
ПСБ-С. Внутри вагона стены обшиты слоистым пластиком, наклеенным на древесноволокнистую плиту. Пол выполнен из
столярных плит и покрыт линолеумом. Потолок вагона обшит
окрашенными твердыми древесноволокнистыми плитами. На рис.
131 показана планировка вагонов электропоезда ЭР2. Вагоны
имеют общий салон 1 для пассажиров и два тамбура 2, а головной
вагон — дополнительно служебный тамбур 3, кабину управления 4
и туалет 5. Планировка прицепного вагона отличается от моторного
лишь наличием туалета.
В салонах установлены полумягкие или жесткие двусторонние
диваны со спинками, рассчитанные на шесть пассажиров. В оконных простенках укреплены вешалки для одежды, над окнами име6)
Рис. 130. Поперечные сечения кузова вагонов электропоезда ЭР2:
а — сечение по оконному проему в средней части кузова; б — сеченне по дверному
проему в консольной части кузова; / — боковая продольная балка; 2 — подоконный
лист; 3 — усиливающий гофр; 4 ~ накладной гофр; 5 — стойка; 6 — межоконный лист; 7
— надоконный лист; 8 — карниз крыши; 9 — дуга крыши; 10 — обшивка крыши; // —
верхняя обвязка; 12 — усиливающий профиль; 13 — стойка дверн; 14 — армнровка
входных ступенек; 15 — шкворневая балка; 16 — хребтовая балка консоли рамы; 17 —
лист пола; 18 — поперечная балка
Кузова вагонов. Кузова металлические сварные несущей конструкции из углеродистой стали. Широко использованы штампованные и гнутые профили. Рама кузова состоит из боковых, поперечных, шкворневых и буферных балок. По центру консольной
части рамы, соединяющей буферный брус со шкворневой балкой,
расположена хребтовая балка переменного сечения. Рама покрыта
гофрированным листом толщиной 1,8 мм, образующим металлический пол вагона, который одновременно является несущим элементом конструкции. В полу предусмотрены специальные люки
для осмотра тяговых двигателей и желоба, в которые укладывают
монтажные провода силовых цепей и цепей управления. Боковые и
торцовые стены кузова представляют собой каркас,
Рис. 131. Планировка вагонов электропоезда ЭР2: а —
головной вагон; б — моторный вагон
308
309
{отся багажные полки. По центру потолка вдоль пассажирского
салона расположен вентиляционный канал, а слева и справа от
канала над диванами — светильники искусственного освещения
салона. Пассажирский салон отделен от тамбуров перегородками, в
которых установлены раздвижные двухстворчатые двери. Для
безопасного перехода из вагона в вагон в торцовых стенах предусмотрена поворотная дверь, а между вагонами — переходные
площадки.
Окна. В пассажирских салонах окна двойные со съемной внутренней рамой. Верхняя часть летней рамы подъемная.
Кабина управления. Кабина оборудована мягкими поворотными
креслами с регулируемыми спинками для машиниста и его
помощника. На задней стене дополнительно укреплено откидное
полумягкое сиденье. Широкие лобовые окна снабжены пневматическими стеклоочистителями и противосолнечными щитками.
Для окон применены безосколочные стекла. Имеется пленочный
электрообогрев стекол. Боковые окна задвижные. Пульт машиниста
оборудован всеми необходимыми аппаратами управления и
сигнализации. Есть радиовещательная установка для передачи
информации пассажирам. Для радиотелефонной связи поездной
бригады с диспетчером и бригадами других поездов предусмотрена
радиостанция ЖРЗМ, антенна которой расположена на крыше.
Вентиляция и отопление. Салон вагонов имеет два вентиляционных агрегата, установленных в чердачных помещениях
тамбуров, калориферы и электропечи, расположенные в салоне под
диванами. Наружный воздух через жалюзи и фильтры засасывается
вентиляторами в чердачное помещение и нагнетается в потолочный
распределительный канал пассажирского салона. Через отверстия в
канале воздух равномерно поступает по всей длине салона, а из него
выходит в тамбуры через вентиляционные решетки в нижних частях
створок дверей, откуда через дефлекторы и решетки во входных
дверях выбрасывается наружу. Система вентиляции имеет три
режима: летний и два зимних. При летнем режиме заслонки
вентиляторов открыты, а рециркуляционные люки закрыты, а при
зимних — наоборот. При летнем режиме в вагон поступает только
наружный воздух, а при зимних — частично (примерно 40—50%)
рециркуляционный. Производительность вентиляционной системы
при летнем режиме 6000 м3/ч, при первом зимнем 2500 м3/ч и при
втором зимнем 1500 м3/ч. Для подогрева вентиляционного воздуха в
зимний и переходный периоды года в начале вентиляционного
канала установлены электрокалориферы. Электропечи отопления
соединены в четыре параллельные группы по пять печей
последовательно.
Общая
мощность
печей
12,8
кВт.
Вентиляциоино-отопительная система в холодное время года
обеспечивает температуру в пассажирском салоне 11 —15°С.
Вентиляция кабины управления приточная, принудительная;
отопление воздушное с подогревом воздуха электрокалорифером.
310
В кабине установлены терморегуляторы, которые автоматически
поддерживают температуру воздуха внутри кабины равной 16—
20° С.
Освещение. Лампы Накаливания получают питание от сети
постоянного тока напряжением 50 В. Светильники в салоне вагонов расположены на потолке в два ряда по центру диванов и обеспечивают для сидящих пассажиров освещенность, равную 90— 100
лк на расстоянии 0,8 м от пола. Кроме основного освещения,
предусмотрено дежурное освещение салона, тамбуров, ходовых
частей и внутренних помещений камер и шкафов с электрооборудованием.
Электрическое оборудование. Электропоезд имеет тяговые
электродвигатели, вспомогательные машины, коммутационно-регулирующие и управляющие электрические аппараты и контрольно-измерительные приборы. На тележках каждого моторного
вагона установлено по четыре тяговых электродвигателя,
соединенных в две параллельные группы по два двигателя последовательно. Система подвески двигателя — опорно-рамная. Приводом к оси колесной пары служит эластичная муфта и одноступенчатый редуктор с передаточным отношением 3,17. Электродвигатель к раме тележки прикреплен консольно за два выступа станины
болтами и специальными клиньями. Электродвигатели получают
питание от контактного провода через токоприемник ТЛ-13У,
оборудованный полозом с угольными вставками, или ТЛ-14М с
медными накладками.
Тяговый электродвигатель УРТ-ПОБ представляет собой
четырехполюсную электрическую машину постоянного тока с
последовательным возбуждением, самовентилируемую. Номинальное напряжение на коллекторе 1500 В, мощность часового
режима при нормальном поле (50%) составляет 200 кВт, а при
усиленном поле (100%) равна 180 кВт. Скорость вращения якоря
при часовом режиме и нормальном поле 1145 об/мин, а при усиленном поле 850 об/мин. Максимальная скорость вращения якоря
2080 об/мин. Ток часового режима при нормальном поле равен 146
А, при усиленном поле 132 А. Масса двигателя 2150 кг.
Пуск тяговых электродвигателей — реостатный. Скорость регулируют переключением двигателей с последовательного соединения на параллельное и двухступенчатым (на каждом соединении)
ослаблением поля обмоток возбуждения двигателя при помощи
активного и индуктивного сопротивлений. Основными аппаратами
автоматического переключения силовых цепей (рис. 132) и
изменения режимов работы тяговых двигателей являются контроллер силовой пневматический КСП-1А-1 и индивидуальные
(линейные) контакторы ПК-350В-1 (на схеме М) и ПК-306Т-1 (на
схеме ЛК1-2, П1, П2, Ш1, Ш2). Контроллер имеет 18 позиций:
восемь реостатных и три безреостатных последовательного
соединения; четыре реостатных и три безреостатных параллельного
соединения с различным возбуждением тяговых двигателей.
311
Рис. 132. Схема силовых цепей моторного вагона
электропоезда ЭР2
Пусковая диаграмма моторного вагона, т. е. зависимость тока
тяговых двигателей от скорости движения поезда на различных
позициях контроллера, приведена на рис. 133. На диаграмме выделены кривые автоматического пуска с нормальным и пониженным ускорением, а также автоматические характеристики маневровой М и четырех ходовых ступеней регулирования скорости. Для
изменения направления движения поезда применяют реверсивный
переключатель ПР-320А.
Управление тяговыми двигателями — групповое, косвенное по
системе многих единиц; его осуществляют из кабины управления
головного вагона. Для дистанционного автоматического управления поездом применен контроллер машиниста КМР-2А-3,
имеющий главный и реверсивный кулачковые валы и соответственно рукоятки. Контроллер оборудован устройством безопасности, которое автоматически включает пневматический тормоз,
если машинист снимает руку с главной рукоятки.
Источниками электроэнергии низкого напряжения (50 В)
служат делитель напряжения ДК-604В и аккумуляторная батарея,
установленные на каждом головном и прицепном вагонах.
Электроэнергию низкого напряжения используют для питания
цепей управления и сигнализации, освещения, обогрева стекол
кабины управления, а также питания двигателей вентиляторов,
вспомогательного компрессора и для других целей.
Общую защиту силовых цепей от коротких замыканий и перегрузок выполняет быстродействующий выключатель БВП-105А-1.
Для переключения силовой цепи используют главный разъединитель ГР-1Б, соединяющий силовую цепь с токоприемником или
заземляющий ее. Вспомогательные высоковольтные и низковольт312
ные цепи и аппараты защищены автоматическими выключателями,
плавкими и быстродействующими предохранителями, а также различного рода ограничительными реле. Для защиты от атмосферных
перенапряжений установлен разрядник РМВУ-3,3, а от радиопомех
— фильтры.
Тормозное оборудование и тележки. Вагоны поезда оборудованы
колодочным тормозом с пневматическим и электропневматическим
управлением и ручным приводом. Для питания сжатым воздухом
тормоза и пневматических приборов на каждом головном и прицепном вагонах установлен электровоздушный компрессор ЭК7Б
производительностью0,62 м3/мин при частоте вращения 560 об/мин.
Засасываемый компрессором воздух очищается в фильтре, а нагнетаемый — в маслоотделителе. Компрессор нагнетает в главные
резервуары воздух до давления 8 кгс/см2, после чего автоматически
останавливается и вновь возобновляет работу при снижении давления в главных резервуарах до 6,5 кгс/см2. Электропневматическое и
пневматическое управление тормозом осуществляет краном машинист из кабины управления. На головных и прицепных вагонах
применена типовая расположенная под вагонами тормозная рычажная передача; на моторных вагонах тормозная рычажная передача расположена на раме тележки.
Тележка моторного вагона — двухосная безчелюстная с двойным рессорным подвешиванием (см. гл. III). Тележка прицепного
О
20 40
60
80 100 120 ПО 160 180 200 220 210 260 280 300 I, A
Рис. 133. Пусковая диаграмма:
/ —18 — номера позиций; /—IV — положения рукоятки контроллера машиниста
(ослабление поля дано в % номинального поля)
313
вагона — двухосная бесчелюстная (КВЗ-ЦНИИ). Передняя тележка
головного
вагона
дополнительно
оборудована
приборами
локомотивной сигнализации и приводом регистрирующего скоростемера.
Сцепные устройства. Вагоны электропоезда оборудованы автоматической сцепкой СА-3 с поглощающим аппаратом Р-2П. Высоковольтные и низковольтные цепи между вагонами соединены специальными междувагонными соединениями. Тормозная н напорная
пневматические магистрали соединены типовыми соединительными
рукавами.
Электропоезда ЭР22М и ЭР22В. Электропоезда постоянного
тока ЭР22М (модель 62-219) и ЭР22В (модель 62-274) предназначены
для пригородных перевозок пассажиров в зонах с особо интенсивными
пассажиропотоками. Оба поезда максимально унифицированы и
имеют в своем составе по две четырехвагонные секции, каждая из
которых состоит из двух моторных вагонов с кабинами управления
(Мг) и двух прицепных (П). Вагоны электропоезда ЭР22М допускают
выход пассажиров на высокие и низкие платформы, а электропоезда
ЭР22В — только на высокие платформы. Электропоезд ЭР22В
отличается от ЭР22М улучшенной формой лобовой части головного
вагона, конструкцией тележек и некоторыми
другими
усовершенствованиями.
Кузов и внутреннее оборудование. Кузова вагонов (длиной 24,5 м)
— цельнометаллические сварные несущей конструкции выполнены из
углеродистой стали. Рама кузова не имеет хребтовой балки. Стены,
потолок и пол имеют тепло- и звукоизоляцию. Внутри вагона стены
обшиты древесноволокнистой плитой и облицованы слоистым
пластиком. В каждой боковой стене вагона предусмотрено по три
входных задвижных двери, а в концевых стенах — двери для перехода
из вагона в вагон вдоль поезда. Конструкция дверей, привод для их
открывания и закрывания и система управления дверями такие же,
как у вагонов электропоезда ЭР2. На рис. 134 показаны планировки
моторного и прицепного вагонов. В их салонах полумягкие
шестиместные двусторонние диваны установлены вдоль стен в 2 ряда
с центральным проходом. Над окнами по длине салона подвешены
багажные полки. Окна пассажирских салонов имеют двойные стекла и
оконные рамы из алюминиевых сплавов и оборудованы специальными
подъемными механизмами, позволяющими поднимать их верхние
части (форточки) в любое положение. Пассажирские салоны отделены
от тамбуров перегородками, в которых установлены двухстворчатые
раздвижные двери. Перегородки среднего тамбура в верхней части
застеклены.
Кабина управления имеет пульт управления и мягкие поворотные
кресла для машиниста и его помощника. В кабине расположены
контроллер, кран машиниста, регистрирующий скоростемер, аппарат
внутренней телефонной связи, радиотрансляционная установка и
радиостанция ЖР-ЗМ. Лобовые окна кабины, имеющие
314
315
прямые безосколочные стекла с пленочным электрообогревом, оборудованы стеклоочистителями. Боковые окна кабины — задвижные.
Вентиляционная система — принудительная, непрерывного
действия, с подогревом (в зимнее время) подаваемого в салон воздуха. В каждом конце вагона в чердачном помещении над тамбуром расположена вентиляционная установка. Воздух в пассажирские салоны поступает по каналу в потолке вдоль всего салона
через отверстия в нижней части канала. В обоих концах вагона в
начале канала установлены электрокалориферы мощностью 12,4
кВт каждый. Предусмотрено три режима работы вентиляционной
системы: летний, переходный и зимний. При летнем режиме
работают оба вентилятора каждой вентиляционной установки,
обеспечивая подачу в пассажирские салоны вагона не менее 9000
м3/ч свежего воздуха. При переходном режиме в каждом конце
вагона работает один вентилятор, подавая в салоны около 6000 м3/ч
воздуха. При температуре воздуха ниже 8° С включается калорифер.
При зимнем режиме работают только вентиляторы, имеющие на
всасывающем патрубке заслонки. Подача свежего воздуха в вагон
составляет
1500—2200
м3/ч.
Воздух
подогревается
электрокалориферами до 12° С. Отапливаются вагоны электропечами ПЭТ-1 УЗ.
Вентиляция кабины управления принудительная; воздуха зимой поступает 60 м3/ч,а летом 200 м3/ч. Отопление воздушное, калориферное. Освещение вагонов лампами накаливания (~220 В).
Электрическое оборудование. Каждый моторный вагон имеет
тяговый привод от четырех электродвигателей, соединенных
последовательно и получающих питание от контактного провода
через установленный на крыше токоприемник. Подвеска двигателей опорно-рамная; приводом к оси колесной пары служит одноступенчатый редуктор и упругая муфта. Тяговый электродвигатель
1ДТ.003 — четырехполюсный, самовентилируемый с последовательным возбуждением и петлевой обмоткой якоря. Двигатель
допускает глубокое ослабление поля, что позволяет обеспечить
эффективное рекуперативное торможение при скоростях 130— 52
км/ч. Основные технические характеристики двигателя 1ДТ.003
следующие: напряжение на коллекторе 750 В; мощность при часовом режиме (ослабление поля 23%) 240 кВт, при длительном (ослабление поля 50%) 180 кВт; частота вращения якоря при часовом
режиме 880 об/мин, при длительном 1225 об/мин; масса двигателя
2250 кг.
Электрическая схема силовых цепей моторного вагона приведена на рис. 135. Пускотормозные сопротивления ПТС переключаются при помощи силового контроллера РК; дальнейшее регулирование скорости достигается ступенчатым ослаблением поля
возбуждения электродвигателей. Контроллер силовой КС.009
имеет 18 позиций: 1—14 — ступени реостатного пуска; 15—18 —
ступени шунтирования поля. Контроллер оборудован силовыми и
316
блокировочными контакторами. Тяговыми двигателями управляют
при помощи контроллера машиниста 1КУ.019, главная рукоятка
которого имеет 11 фиксированных позиций. Кнопка главной
рукоятки оборудована механизмом электрической блокировки
безопасности.
Силовые цепи и цепи управления переключают с тягового режима на тормозной и обратно реверсивно-тормозными переключателями, которые служат также для реверсирования тяговых двигателей. Электрическая схема допускает автоматический пуск с
нормальным или пониженным ускорением. Электронный комплекс
реле ускорения, буксования, напряжения и др. стабильно
поддерживает заданные токи уставки. Система плавного сброса
тяги и электрического торможения (антивспышка) обеспечивает
надежную работу коллекторов тяговых двигателей и силовых
контакторов. Предусмотрена также защита тяговых двигателей от
перегрузок и коротких замыканий.
Питание цепей вспомогательного оборудования осуществлено
трехфазным переменным током напряжением 220 В, частотой 50 Гц),
цепей управления — напряжением ПО В, цепей электропневматического тормоза и автоматической локомотивной сигнализации
(АЛСН) — постоянным током напряжением 50 В. Для этого установлены двухмашинный преобразователь ПЭ-5Д и аккумуляторная
батарея.
Тормозное оборудование и тележки. Электропоезд оборудован
системой электрического рекуперативно-реостатного торможения,
а также колодочным тормозом с электропневматическим или пнев317
Рис. 136. Электропоезд ЭР200
матическим управлением и ручным приводом. Принципиальная
пневматическая схема тормозного и вспомогательного оборудования аналогична схеме вагонов ЭР2. Для питания сжатым воздухом
тормозных приборов применены электровоздушный компрессор
ЭК7В с асинхронным двигателем 548А. У моторного и прицепного
вагонов тормозные цилиндры и тормозная рычажная передача
расположены на тележках.
Кузова опираются на двухосные безчелюстные с двойным рессорным подвешиванием тележки через боковые скользуны, расположенные на надрессорном брусе.
Электропоезд ЭР200. Электропоезд постоянного тока ЭР200
(модель 62-110) предназначен для скоростных перевозок пассажиров на железнодорожных магистралях, подготовленных для регулярной эксплуатации поездов со скоростями движения до 200 км/ч.
Электропоезд (рис. 136) состоит из 12 промежуточных моторных и
двух головных (прицепных) вагонов. Моторные вагоны отличаются
установленным на них электрооборудованием; их делят на вагоны
с токоприемником (Мт) и без него (М). Вагоны с каждой стороны
имеют по две поворотные входные двери, которые блокируются в
закрытом положении машинистом из кабины управления. Выход из
вагонов возможен только на высокие платформы.
Кузов и внутреннее оборудование. Кузова вагонов — цельнометаллические сварные несущей конструкции выполнены из алюминиевых сплавов. Для уменьшения давления на стекла боковых
окон при встрече поездов, рационального использования пространства внутри вагона и снижения веса тары вагонов боковые
стены кузова наклонены внутрь. Кабина управления головного
вагона несколько сдвинута назад для придания лобовой части необходимой формы и обеспечения большей безопасности локомотив318
ной бригады. На всех вагонах предусмотрены фальшборты, закрывающие расположенное под вагонами оборудование; промежутки
между вагонами перекрыты специальным шатром.
! Вагоны имеют общий салон / (рис. 137) для пассажиров и по два
тамбура 2. В салонах в 2 ряда установлены двухместные мягкие
поворотные кресла. Широкие (1200 мм) окна салонов обеспечивают
хороший обзор. Над окнами по длине салона подвешены багажные
полки. В каждом головном вагоне предусмотрен бар-буфет 7,
который имеет 14 мест. Люминесцентное освещение пассажирских
салонов в виде двух непрерывных световых полос обеспечивает
освещенность 200—250 лк на расстоянии 0,8 м от пола.
Установка кондиционирования воздуха в каждом вагоне обеспечивает холодопроизводительность 25 000 ккал/ч и может поддерживать внутри вагона температуру 22—24° С при температуре
наружного воздуха до 32° С. В каждом вагоне предусмотрено два
туалетных помещения 3, оборудованных системой сбора отходов в
специальные баки, расположенные под вагонами. Кроме того,
каждый вагон имеет помещения 4 — для проводника и 6 — для
размещения электрического оборудования. Головной вагон имеет
кабину управления 5.
Вагоны поезда радиофицированы, а в пассажирских салонах
установлены электронные табло, показывающие время и скорость
движения поезда. Имеется телефонная связь со всеми вагонами, а
также радиотелефонная связь машиниста с диспетчером.
Электрическое и тормозное оборудование. Каждые два моторных вагона образуют секцию с общим комплектом пускорегулирующей аппаратуры. Тяговые двигатели обоих вагонов междувагонными соединениями включены в общую силовую цепь с питанием от одного токоприемника. Это позволило уменьшить габаритные размеры и вес электрооборудования и обеспечить возможность работы данного вагона при повреждении оборудования в
соседнем (в таком случае соответствующие переключения выполняются автоматически). Все моторные вагоны имеют по четыре тяговых двигателя с приводом на каждую ось. Мощность тягового
двигателя 215 кВт, подвеска независимая опорно-рамная. Тяговые
двигатели 1 ДТ.001 имеют высокую перегрузочную способность
как в тяговом, так и в тормозном режимах.
На электропоезде применена система регулирования процессов
пуска и электрического торможения при помощи тиристорного
регулятора. Тормозные сопротивления имеют принудительное воздушное охлаждение. Силовая высоковольтная аппаратура расположена под вагоном в специальных металлических камерах со
съемными крышками, а на крыше размещены только токоприемники и фильтры. В поезде из 14 вагонов установлено шесть токоприемников, соединенных параллельно и рассчитанных так, чтобы
общий пусковой ток, равный 4500—5000 А, можно было снимать
тремя токоприемниками.
319
Система «Автомашинист», получающая информацию о скорости
поезда и пройденном пути от осевого датчика головного вагона,
обеспечивает поддержание заданной скорости с погрешностью ±5
км/ч, автоматическое включение тяговых двигателей при необходимости перехода на более высокую скорость движения и включение тормозных устройств при приближении к участку с ограничением скорости. Систему автоматического управления машинист
включает нажатием специальной кнопки.
Электропоезд имеет три совместно действующих тормоза: электродинамический (реостатный); дисковый электропневматический;
электромагнитный рельсовый. При регулировочных торможениях
для снижения скорости используют электрический реостатный
тормоз. Все оси электропоезда, кроме первой оси передней тележки
головного вагона, оборудованы дисковыми тормозами и устройством для очистки круга катания колес с целью увеличения их
сцепления с рельсами. Дисковый тормоз предназначен для служебного торможения совместно с электрическим реостатным. Оба
тормоза обеспечивают тормозной путь не более 2100 м при начальной скорости торможения 200 км/ч. Электромагнитный рельсовый
тормоз включают в действие только при экстренном торможении
электропоезда с высоких скоростей движения в сочетании с дисковыми и реостатными тормозами. Тормозной путь при этом снижается до 1600 м. Электромагнитный рельсовый тормоз срабатывает также при срыве стоп-крана в любом вагоне поезда и при включении автостопа.
Электропоезд оборудован системой автоматической локомотивной сигнализации, электронным скоростемером и высокочувствительными быстродействующими электронными противоюзньши
устройствами.
Тележки. Двухосные бесчелюстные тележки имеют двухступенчатое рессорное подвешивание. На моторной тележке установлено два тяговых двигателя. Подвеска двигателей опорно-рамная.
Крутящий момент от двигателя к оси колесной пары передается
через редуктор и эластичную резинокордную муфту. Передаточное
отношение редуктора 2,35. Для обнаружения греющихся подшипников буксы оборудованы устройствами автоматического дистанционного контроля их температуры.
Электропоезд ЭР9П. Электропоезд переменного тока ЭР9П
(модель 62-101) состоит из пяти моторных, трех прицепных и двух
головных вагонов. Конструкция вагонов допускает выход пассажиров на высокие и низкие платформы и переход из вагона в вагон
вдоль всего поезда.
Механическое оборудование. Кузова вагонов — цельнометаллические сварные несущей конструкции. Основные элементы конструкции кузовов унифицированы с элементами кузовов вагонов
электропоезда ЭР2. Различаются лишь элементы, предназначенные
для размещения и установки специфического для электропоезда
переменного тока электрического оборудования. Так, в раме мо320
321
торного вагона установлены более мощные поперечные балки для
подвески тягового трансформатора, выпрямительной установки и
сглаживающего реактора. На крыше вагона и на торцовой стене
предусмотрены места для крепления воздушного выключателя,
высоковольтного ввода и т. п. Внутреннее оборудование и планировка вагонов в основном такие же, как у вагонов электропоезда
ЭР2.
Вентиляционная система вагонов состоит из двух вентиляционных агрегатов, установленных в чердачном помещении над
тамбуром в одном конце вагона. В каждый вентиляционный агрегат
входит центробежный вентилятор и асинхронный электродвигатель.
Для забора наружного воздуха на крыше с наружной стороны
имеются жалюзи, а с внутренней установлены фильтры для очистки
засасываемого воздуха. В пассажирский салон воздух поступает с
одного конца вагона вдоль всего салона по каналу в потолке через
отверстия в нижней части канала. В начале канала установлен
электрокалорифер для подогрева подаваемого наружного воздуха в
зимнее время. Предусмотрено три режима работы вентиляционной
системы: летний, при температуре наружного воздуха выше 18° С;
первый зимний — при 18н—20° С и второй зимний — при
температуре ниже —20° С. Переключение вентиляционных
агрегатов на работу в летнем или в первом зимнем режиме
происходит автоматически в зависимости от температуры воздуха в
пассажирском салоне. Второй зимний режим включают вручную из
кабины управления. Вентиляционно-отопительная система кабины
управления и отопление пассажирских салонов такие же, как у
вагонов электропоезда ЭР2.
Электрическое оборудование. На каждом моторном вагоне установлено по четыре тяговых электродвигателя постоянного тока,
соединенных в две параллельные группы по два двигателя последовательно. Двигатели получают питание от контактной сети через
токоприемник Л-13У01 (или Л-14М01) и преобразовательный агрегат, состоящий из силового трансформатора, выпрямительной установки и сглаживающего реактора.
Токоприемник, расположенный на крыше моторного вагона,
соединен с первичной (сетевой) обмоткой силового трансформатора,
установленного под кузовом вагона, высоковольтным кабельным
вводом. Этот ввод состоит из двух концевых муфт, одножильного
высоковольтного кабеля и защитного трансформатора тока.
Силовой трансформатор ОЦР-1000/25 однофазный масляный.
Он служит для понижения напряжения контактной сети (25 кВ) до
величины, необходимой по условиям работы тяговых двигателей и
вспомогательных устройств, и предназначен для открытой установки под кузовом вагона. Сетевая (номинальная) мощность трансформатора 965 кВ • А, масса —3100 кг. Трансформатор имеет четыре
обмотки: одну сетевую (первичную), выполненную на номинальное
напряжение 25 кВ при частоте 50 Гц, и три вторичных (тяговую,
отопительную и вспомогательную) для питания соответственно
322
выпрямительной установки, цепей электрического отопления и
вспомогательного оборудования). Охлаждается трансформатор
принудительной циркуляцией масла через охладитель, выполненный в виде радиатора и обдуваемый воздухом.
Выпрямительная установка УВП-3 предназначена для преобразования переменного тока промышленной частоты (50 Гц) в постоянный (пульсирующий) для питания тяговых двигателей моторного вагона. Выпрямительная установка комплектуется лавинными
вентилями с охладителями из алюминиевого сплава. Электрическая
схема выпрямительной установки представляет собой однофазный
выпрямительный мост с расщепленными концами двух плеч.
Выпрямительная установка смонтирована в пыленепроницаемой
камере, которая для доступа в нее имеет две съемные крышки.
Охлаждение
выпрямительной
установки
принудительное
воздушное. Оно совмещено с охлаждением сглаживающего реактора и масла силового трансформатора. Номинальная мощность
установки 990 кВт, масса 400 кг. Защиту выпрямительной установки от токов короткого замыкания и перегрузок, а также от
кругового огня, возникающего на коллекторе тяговых двигателей,
обеспечивает специальная аппаратура.
Сглаживающий реактор СР-800 представляет собой катушку
индуктивности и предназначен для уменьшения пульсаций выпрямленного тока, поступающего от выпрямительной установки к
тяговым электродвигателям. Реактор рассчитан на длительный ток,
равный 400 А; переменная составляющая тока равна 85 А. Масса
реактора 966 кг.
Тяговый двигатель РТ-51Д четырехполюсный самовентилируемый. Он имеет последовательное возбуждение и рассчитан на работу от выпрямительной установки при двухполупериодном выпрямлении и коэффициенте пульсации тока, равном 35%. По конструкции тяговый двигатель РТ-51Д аналогичен двигателю УРТПОБ и отличается лишь тем, что его дополнительные и главные
полюса одинаковые. Изоляция двигателя РТ-51Д выполнена на
рабочее напряжение 2,2 кВ. Поэтому при одинаковой мощности его
масса и габаритные размеры меньше, чем тягового двигателя УРТПОБ, изоляция которого рассчитана на 3,3 кВ. Мощность часового
режима двигателя РТ-51Д при нормальном поле равна 200 кВт, а
при усиленном 180 кВт. Масса двигателя 2000 кг.
Частоту вращения якоря тягового двигателя регулируют, изменяя величину подводимого напряжения последовательным подключением секций вторичной (тяговой) обмотки силового трансформатора. Для этого обмотка силового трансформатора разделена на
восемь секций, соединенных последовательно, и имеет девять выводов (0—8, рис. 138). Средняя точка вторичной обмотки (вывод О)
заземлена через реле заземления РЗ и соответствующее сопротивление (0-Р17). Всего предусмотрено 19 ступеней частоты вращения
якоря тягового двигателя. На последних ступенях (17— 19) регулирования достигают ослаблением поля тяговых двига'хелей Д1—Д4
323
при шунтировании обмоток возбуждения активным сопротивлением (Р4—Р6 ... Р7—Р11). Основным аппаратом автоматического
управления является контроллер силовой пневматический 1 КС-006.
Контроллер имеет 16 силовых контакторов (/—12, Ш1—Ш4), а
также 11 контакторов цепей управления.
324
325
Включение тяговых двигателей выполнено линейными электропневматическими контакторами ПК-306Ф (на схеме ЛК1) и ПК306Т (ЛК2). Реверсирование тяговых двчгателей осуществлено
переключателем ПР-320Б-1 (В1—В4, Н1—Н4), изменяющим направление тока в обмотках возбуждения двигателей. В цепь тяговых
двигателей Д1—Д2 включена обмотка реле ускорения РУ, а в цепи
обеих групп двигателей — реле перегрузки РП1, РП2 и
дифференциальное реле БДР. К средним точкам двух групп двигателей подключено реле буксования РБ с резисторами Р14—Р15.
Поездом управляют по системе многих единиц из кабины управления головного вагона при помощи контроллера машиниста 1
КУ.023, который имеет главный и реверсивный кулачковые валы и
соответственно главную и реверсивную рукоятки, механически
сблокированные. Кроме того, цепь управления имеет блокировку
безопасности, которая замыкается при нажатии ладонью машиниста
специальной кнопки, расположенной на главной рукоятке. При
освобождении кнопки включается экстренный пневматический
тормоз.
^Питание цепей управления и подзаряд аккумуляторных батарей
осуществляются стабилизированным выпрямленным напряжением
ПО В от вторичной (вспомогательной) обмотки силового
трансформатора через стабилизатор напряжения, кремниевый
вентиль и сглаживающий дроссель. Для питания вспомогательных
трехфазных электродвигателей (электрокомпрессора, вентиляторов
и др.) установлен расщепитель фаз РФ-1Д5, который преобразует
однофазный ток 220 В в трехфазный. От вторичной обмотки силового
трансформатора напряжением 600 В получают питание электропечи
ЭП и электрокалориферы ЭК системы отопления вагонов.
Аккумуляторная батарея емкостью 55 А • ч служит резервным
источником питания цепей управления.
Для общей защиты силовой цепи от перегрузок и коротких замыканий, а также для оперативных и аварийных отключений
служит воздушный выключатель (на схеме ВВ). Он отключает цепь
при подаче импульса тока на отключающую катушку или прекращении питания удерживающей катушки в результате размыкания соответствующих блокировок. Защитную роль при аварийных
режимах в электрических цепях выполняет заземление ЗТ. Для
защиты электрооборудования от атмосферных перенапряжений
применяют вентильные разрядники с нелинейным сопротивлением
РВС, а от коммутационных — разрядники с магнитным гасителем
РВ. Подавление радиопомех выполняют конденсаторы К50-3 (на
схеме С2, СЗ, С4) и фильтр индуктивный ФС-ЗБ (на схеме ЦП).
Вспомогательные цепи и оборудование защищены также автомати
ческим выключателем А-3134 (на схеме ВА), плавкими предохранителями 175—П23 и различного рода ограничительными реле.
Тормозное оборудование и тележки. Электропоезд оборудован
колодочным тормозом с пневматическим, электропневматическим
управлением и ручным приводом. Принципиальная пневматиче326
екая схема тормозного оборудования аналогична схемам вагонов
электропоезда ЭР2. Для питания сжатым воздухом тормозных
приборов применен электровоздушный компрессор ЭК7В
производительностью 0,58 м3/мин. На головных и прицепных
вагонах установлена типовая тормозная рычажная передача,
расположенная под вагоном подобно передаче вагонов
локомотивной тяги. Тормозные цилиндры и рычажная передача на
моторном вагоне расположены только на тележках.
Тележки моторного вагона двухосные челюстные; они
унифицированы с тележками моторного вагона электропоезда ЭР2.
Различаются лишь параметры рессорного подвешивания и
передаточные отношения тормозной рычажной передачи в связи с
большей массой вагона электропоезда ЭР9П. На прицепных вагонах
установлены тележки КВЗ-ЦНИИ (см. гл. III).
Сцепные устройства. Автосцепные приборы и устройства для
соединения электрических цепей и пневматических трубопроводов
аналогичны устройствам вагонов электропоезда ЭР2.
Электропоезд ЭР25. Для перевозки пассажиров на
электрифицированных участках железных дорог колеи 1435 мм (с
напряже-
327
нием в контактной сети 25 кВ переменного тока частотой 50 Гц)
предназначен электропоезд ЭР25 (модель 62-209). Он формируется
из двух секций, каждая из которых состоит из двух вагонов: моторного с кабиной управления и прицепного.
Основные технические характеристики отечественных электропоездов приведены в табл. 23.
§ 50. ВАГОНЫ ДИЗЕЛЬ-ПОЕЗДОВ
Общие сведения. Дизель-поезда в СССР используют для перевозки пассажиров на пригородных неэлектрифицированных и смешанных участках железных дорог. В 1963 г. РВЗ начал производство дизель-поездов серии ДР: сначала поезда ДР1, а затем его
усовершенствованных модификаций — поездов ДР1П и ДР1А.
Дизель-поезда Д и Д1 производства завода «Ганц Маваг» поступают на дороги СССР из ВНР. Отечественные дизель-поезда вписаны в габарит подвижного состава 0-Т (ГОСТ 9238—73), что обеспечивает возможность эксплуатации их по всей сети магистральных
железных дорог СССР. Обычно дизель-поезд состоит из двух
моторных М, имеющих силовую установку и кабину управления, и
двух или четырех прицепных П вагонов, составленных по схеме М
+ (2-М) П + М. В зависимости от величины пассажиропотоков
эксплуатируют трехвагонные поезда, составленные по схеме М + П
+ М, а также составы из одного моторного М, одного или двух
прицепных П и одного прицепного с кабиной управления Пг
вагонов.
Дизель-поезда ДР1П (модель 63-319) и ДР1А (модель 63-323)
предназначены для эксплуатации на линиях с низкими и высокими
платформами. Эти поезда максимально унифицированы и отличаются лишь величиной напряжения в цепях управления, комфортабельностью и некоторыми другими усовершенствованиями.
Дизель-поезд ДР1П состоит нз двух моторных с кабинами
управления и двух или четырех прицепных вагонов. Предусмотрена
возможность эксплуатации дизель-поездов по системе двух единиц.
Конструкционная скорость поезда 33 м/с (120 км/ч), количество мест
для сидения в составе из шести вагонов составляет 632. Кузов и
внутреннее оборудование. Кузова вагонов цельнометаллические
сварные несущей конструкции. Рама кузова без хребтовой балки
состоит из двух консольных частей, соединенных продольными
балками, и набора поперечных элементов. Консольные части
собраны из сварных балок замкнутого сечения и гнутых профилей.
Поперечные элементы рамы моторного вагона выполнены из
швеллера, а прицепного — из профилей зетобразного сечения.
Продольные балки рамы состоят из гнутого швеллера, угольника и
диафрагмы, обшитых гнутыми несущими листами. Крыша, боковые
и торцовые стены состоят из каркаса и листов обшивки. В крыше
моторного вагона над машинным отделением имеется люк для
монтажа оборудования силовой установки. Вну328
тренняя поверхность кузова покрыта слоем противошумной мастики. Перегородки и двери машинного отделения моторных вагонов имеют усиленную звукоизоляцию. Внутренняя обшивка стен и
потолка выполнена из слоистого пластика; пол покрыт линолеумом.
Вагоны с каждой боковой стороны имеют по две задвижные двери,
открывающиеся и закрывающиеся автоматически централизованно
из кабины управления.
В моторном вагоне имеются салон для пассажиров / (рис. 139),
два тамбура 2, машинное отделение 4, кабина управления 5 и служебное помещение 3, а в прицепном вагоне — салон для пассажиров /, два тамбура и туалетное помещение 6. В салонах установлены
полумягкие двусторонние диваны, с одной стороны от центрального прохода шестиместные, а с другой — четырехместные. Над
окнами имеются багажные полки. Пассажирский салон отделен от
тамбуров перегородками с раздвижными дверями. Окна пассажирских помещений с двойными стеклами пакетного типа имеют в верхней части открывающиеся форточки. Наличники окон выполнены
из стеклопластика. Служебное отделение моторного вагона при
необходимости можно использовать в качестве почтового или багажного отделения или организовать в нем буфет.
Кабина управления расположена в передней части моторного
вагона и имеет лобовые и боковые окна из безосколочного стекла,
снабженные стеклоочистителями и электрообогревателями. Для
машиниста и его помощника установлены мягкие поворотные
кресла с регулируемыми спинками, а на задней стене кабины
дополнительно укреплено откидное сиденье. В кабине размещены
пульт с аппаратами управления, контрольно-измерительными и
сигнальными приборами, а также аппаратура системы радиооповещения пассажиров и поездная радиостанция ЖРЗМ.
Вентиляция и отопление. Система вентиляции пассажирских
салонов приточно-принудительная непрерывного действия, состоит
из жалюзи с фильтрами, вентиляционных агрегатов и воздушных
каналов. В каждом моторном вагоне установлено по одному а в
прицепном — по два вентиляционных агрегата, которые расположены в чердачном помещении над тамбуром. Наружный воздух
засасывается через жалюзи, очищается от механических примесей в
металлическом промасленном фильтре и подается вентиляторами в
расположенный на потолке канал, из которого через распределительные насадки поступает в пассажирское помещение. Из
салона воздух удаляется через жалюзи в торцовых раздвижных
дверях и через открытые двери при выходе пассажиров. Кабина
управления вентилируется встречным потоком воздуха через два
вентиляционных патрубка, а также через открытые боковые окна. В
служебном и туалетном помещениях установлены дефлекторы.
Предусмотрено три режима работы вентиляционной системы:
летний, переходный и зимний. При летнем режиме в каждый вагон
поступает не менее 9000 м3/ч, при переходном — не менее 4500 м3/ч
и при зимнем режиме не менее 2200 м3/ч свежего воздуха.
329
330
331
Отопление вагонов воздушное с использованием тепла воды,
охлаждающей силовую установку, и тепла электрокалориферов.
Теплый воздух, нагретый в калориферах, подается по специальным
каналам в нижней части вагона. Циркуляцию воздуха поддерживают вентиляторы, установленные в чердачном помещении моторного вагона. Регулирование системы отопления автоматическое
термостатами, поддерживающими температуру в вагоне не ниже
12° С при температуре наружного воздуха до —40° С. Кабина
управления отапливается электропечью и электрокалориферами.
Освещение. Вагоны освещаются лампами накаливания, получающими питание от сети постоянного тока напряжением 110 В.
Светильники в пассажирских салонах расположены в 2 ряда над
диванами. Кроме основного, предусмотрено дежурное освещение
салонов и тамбуров, машинного отделения, ходовых частей и шкафов с электрооборудованием.
Силовая установка. Дизель М-756Б и гидропередача ГДП-1000
смонтированы на общей раме и установлены в машинном отделении
моторного вагона на амортизаторах. Передний конец вала дизеля
соединен с входным валом гидропередачи при помощи шинной резинокордной муфты. Гидропередача расположена так, чтобы ее
выходные валы находились ниже уровня пола над центральной
частью тележки. Крутящий момент от гидропередачи через карданные валы и осевые редукторы передается на обе колесные пары ведущей тележки.
Дизель М-756Б четырехтактный с турбонаддувом имеет 12 цилиндров, расположенных V-образно под углом 60°. Наддув дизеля
осуществлен турбокомпрессором, центробежный нагнетатель которого получает вращение от газовой турбины. Рабочий объем цилиндров дизеля 62,4 л; номинальная мощность 1000 л. с; масса —
1800 кг.
Гидропередача ГДП-1000 двухциркуляционная, состоит из повышающего редуктора, двух гидротрансформаторов и реверсивного механизма. Гидропередача соединяет дизель с колесными
парами ведущей тележки без сплошной жесткой связи и обеспечивает передачу и преобразование крутящего момента дизеля с наивыгоднейшим использованием его мощности при всех режимах
движения поезда. Средний КПД передачи в рабочем диапазоне
скоростей движения составляет не менее 0,8.
Тяговые характеристики дизель-поезда приведены на рис. 140, а
разгонные — на рис. 141. Расчетная тяговая характеристика движения дизель-поезда обеспечена системой автоматического управления гидропередачей. Разъединение двигателя и колесных пар,
плавное трогание с места, плавное автоматическое изменение скорости движения в зависимости от мощности, получаемой от дизеля,
и сопротивления движению выполняют гидротрансформаторы I и
II ступеней с соответствующими элементами передачи. Передаточное отношение гидропередачи составляет 0,78—1,48; масса равна
3090 кг.
332
Топливная система. Основной бак для топлива имеет емкость 1500
л, расходный бак 170 л. В систему входят также топливоподкачивающий насос, подогреватель, фильтры, краны и сеть трубопроводов. Основной топливный бак установлен под кузовом моторного вагона. Расходный топливный бак расположен в верхней части
машинного отделения. Уровень топлива в баке контролируют по
мерным стеклам.
Система смазки. У дизеля М-756Б система смазки принудительная (под давлением) с сухим картером. Общий запас масла в системе равен 250 л.
Система охлаждения. Для поддержания нормального теплого
режима дизеля и гидропередачи во время их работы служит водяная
принудительно-циркуляционная система охлаждения. Часть тепла,
отводимого от дизеля и гидропередачи, в зимнее время используется для отопления пассажирских салонов. В систему охлаждения входят водяной и расширительный баки, водяной насос, три
воздушно-водяных радиатора, теплообменники, вентилятор с гидравлическим приводом, соответствующая арматура и трубопроводы. Температура охлаждающей воды в системе регулируется автоматически.
В пожароопасных местах машинного отделения установлено
восемь размыкающих термоконтактов с плавкими элементами.
Термоконтакты, срабатывая при температуре 115—135° С, включают звуковую и световую сигнализацию, оповещая этим локомотивную бригаду о возможном пожаре. При нажатии кнопки «Тушение пожара» автоматически открываются две группы огнетушителей, которые создают огнегасящую концентрацию углекислоты во всем машинном отделении. Огнетушители можно привести
в действие и вручную.
Электрическое оборудование. Вагоны дизель-поезда имеют
электрические цепи, аппараты и приборы систем пуска и остановки
333
дизеля, управления гидропередачей, систем освещения, отопления
и вентиляции, электропневматического тормоза, локомотивной
сигнализации, оповестительной установки и радиостанции.
Для электроснабжения вагонов дизель-поезда ДР1П используют
постоянный ток для цепей управления напряжением 75 В, для цепей
освещения и вспомогательного оборудования — напряжением 110
В. У дизель-поезда ДР1А номинальное напряжение цепей
управления и вспомогательного оборудования ПО В постоянного
тока, а электропневматического тормоза, локомотивной сигнализации, оповестительной установки и радиостанции 50 В. Питание
энергией электрических цепей и подзаряд аккумуляторных батарей
осуществлены от стартер-генератора СТГ-7, мощность которого 41
кВт, а регулировка напряжения — автоматическая. Для пуска
дизеля на моторном вагоне установлены аккумуляторные батареи.
Все электрическое оборудование вагонов имеет соответствующую
защиту от перегрузок, коротких замыканий и заземлено.
Тормозное оборудование. Вагоны дизель-поезда оборудованы
механическим дисковым тормозом с электропневматическим или
пневматическим управлением и ручным приводом. На оси колесных пар напрессованы ступицы с тормозными дисками, к которым
прижимаются специальные колодки. В каждом вагоне установлено
по четыре крана экстренного торможения. Ведущие тележки моторных и одна из тележек прицепных вагонов оборудованы ручным
тормозом. Основными аппаратами автоматического тормоза
являются кран машиниста усл. № 334Э, электровоздухораспределитель усл. № 305-001, воздухораспределитель № 292-001 и
авторежимный регулятор (авторежим) усл. № 265Б-004.
Для наполнения воздухом напорной и тормозной магистралей
на моторном вагоне обычно бывает установлен компрессор ВВ1,5/9.
Пневматическое оборудование вагонов, кроме автоматического
тормоза, осуществляет питание аппаратов дистанционного управления дизелем и гидропередачей, системы пескоподачи, цилиндров
привода дверей, стеклоочистителей и системы подачи звуковых
сигналов.
Тележки. Ведущая и поддерживающая тележки моторного
вагона и тележки прицепного вагона аналогичны по конструкции за
исключением колесных пар, которые у ведущих тележек имеют
двухступенчатые осевые редукторы. Первая ступень редуктора
выполнена цилиндрической, вторая — конической. Общее передаточное отношение равно 2,58. Рама тележки сварная, Н-образной
формы, расположена ниже корпусов букс. Буксовое рессорное
подвешивание снабжено фрикционными гасителями колебаний, а
центральное подвешивание безлюлечного типа — гидравлическими гасителями.
Тяговые и тормозные усилия передаются с рамы тележки на кузов вагона при помощи шкворня и тяговых поводков.
334
§ 51. ВАГОНЫ МЕТРОПОЛИТЕНА И ТРАМВАЯ
Проблема перевозки населения общественным транспортом в
крупных городах приобретает все большее значение. Метрополитен, являясь одним из видов городского транспорта, отличается
наибольшей провозной способностью и обеспечивает наибольшую
скорость и удобство сообщения. Сейчас метрополитен имеется в шести городах нашей страны (Москве, Ленинграде, Киеве, Тбилиси,
Баку и Харькове); заканчивается строительство в г. Ташкенте,
намечено строительство и в других городах.
Вагоны метрополитена непрерывно совершенствуются. Так, у
вагонов Д (постройки 1955—1963 гг.) и Г (постройки 1948— 1955
гг.) уменьшен вес тары по сравнению с вагонами постройки 1934—
1940 гг. соответственно на 15,5 и 8,0 тс, увеличена максимальная
конструкционная скорость с 65 до 75 км/ч, улучшены тяговые и
динамические показатели, применены более прогрессивные
конструкции элементов ходовых частей и тягового привода и т. п.
С 1963 г. серийно изготовляют вагоны Е, технико-экономические
показатели которых выше показателей ранее выпускавшихся
вагонов Д. Вагоны серии Е имеют следующие модификации: Еж
(модель 81-707); Ем (модели 81-704, 81-508 и 81-502); Ев (модель
71-708); Ечс (модель 81-715); Ежз (модель 81-710). Все эти модели
предназначены для эксплуатации по системе многих единиц на
подземных и открытых линиях метрополитенов, оборудованных
третьим (токоведущим) рельсом с номинальным напряжением постоянного тока 750 В. Поезда можно формировать из любого количества вагонов, но не менее двух при условии наличия кабин
управления в голове и хвосте поезда.
Все вагоны серии Е (рис. 142) являются моторными и имеют
следующие основные технические характеристики: количество
мест для сидения 42; вместимость (расчетная) 270 чел.; вес тары
31,5 тс (вагонов Еж, Ем, Ев) и 32 тс (вагонов Ежз, Ечс); часовая
мощность тяговых двигателей 264 кВт (вагонов, Еж, Ем, Ев) и 288
кВт (вагонов Ежз, Ечс); ускорение разгона 1,3 м/с2; замедление при
торможении 1,3 м/с2; конструкционная скорость 90 км/ч.
Кузова вагонов Е имеют цельносварную конструкцию. Несущими элементами являются рама и каркас с обшивкой. Рама кузова
не имеет сквозной хребтовой балки и состоит из боковых и средних
продольных и поперечных балок, выполненных из штампованных
швеллерных профилей. К раме приварен каркас кузова из стоек,
скрепленных подоконными и надоконными брусьями, крышевыми
дугами и продольными стрингерами. Наружная обшивка из
гофрированных стальных листов приварена к каркасу кузова. Пол
вагона состоит из гофрированного металлического листа толщиной
1,4 мм, к которому прикреплена фанера толщиной 10 мм. Между
фанерой и настилом пола уложен слой асбеста толщиной 2 мм.
Поверх фанеры настелен линолеум.
335
Рис. 142. Вагон Еж метрополитена
Внутренняя обшивка стен и потолка выполнена из декоративного бумажно-слоистого пластика; оконные и дверные наличники
и планки внутренней отделки — из алюминиевых сплавов. Салон
вагонов оборудован раздвижными (по четыре в каждой боковой
стене) и створчатыми (по торцам) дверями. Мягкие или полумягкие
диваны для сидения расположены вдоль стен между дверными
проемами. Верхние поручни выполнены из стальных никелированных или хромированных труб. Входные двери открываются и
закрываются централизованно из кабины машиниста, а специальное блокирующее устройство не позволяет начать движение поезда
при незакрытых дверях. Если необходимо, то можно открывать
некоторые двери при помощи находящихся в салоне специальных
рукояток.
Вентиляция вагонов приточно-вытяжная, действует при движении поезда благодаря скоростному напору. Вентиляция принудительная — воздух через черпаки направленного действия
попадает в общий канал, проходящий по всей длине вагона в
крыше, а затем через жалюзи в пассажирское помещение.
Салон вагона освещен светильниками, расположенными над
диванами с каждой стороны и вдоль середины потолка. При нормальном режиме работы светильники получают питание от контактной сети. При дежурном режиме работает только часть светильников, получающих питание от аккумуляторной батареи.
Каждый вагон имеет две двухосные тележки, на которые опирается кузов через сферические пятники. Тележка состоит из рамы,
колесных пар с буксами, двойного рессорного подвешивания
(надбуксового и центрального), деталей тормозного устройства,
тяговых двигателей с их подвесками, редукторов, деталей подвески
редукторов и токоприемников с их деталями.
336
В вагонах применены следующие тормоза: рабочий тормоз —
электрический реостатный; экстренный замещающий тормоз —
пневматический прямодействующий; стояночный тормоз — механический. Рабочий электрический тормоз выполняет служебное
торможение со скоростей от 90 до 10—12 км/ч, а дальнейшее торможение происходит автоматическим наложением действия пневматического колодочного тормоза. Пневматический тормоз обеспечивает автоматическое торможение при отказе реостатного электрического тормоза и может выполнять все виды торможения.
Стояночный тормоз способен удерживать груженый состав на
уклоне 40°/оо.
Вагоны оборудованы комбинированной автосцепкой жесткого
типа, которая предназначена для сцепления вагонов, соединения
воздуховодов и междувагонного соединения поездных цепей управления. В сцепленном состоянии автосцепки исключены взаимные
относительные перемещения головок. Для повышения качества
соединения электрических цепей управления и облегчения расцепления вагонов предусмотрен специальный пневмоцилиндр со
вспомогательным механизмом. Каждый вагон имеет по четыре тяговых двигателя постоянного тока последовательного возбуждения.
Крутящий момент от двигателей к колесным парам передается при
помощи кулачковых карданных муфт и осевых редукторов. Подвеска двигателей на вагонах Е опорно-рамная. В кабине машиниста
установлены пульт управления вагоном (поездом) с рукоятками
управления контроллером и краном машиниста, а также измерительные приборы, сигнальные лампы, элементы управления
дверями, система радиооповещания и др.
Модификации вагонов серии Е имеют некоторые отличительные
особенности. Так, вагоны Ем, изготовляемые ЛВЗ, приспособлены
для установки аппаратуры автоматического управления движением
поезда по системе Ленинградского метрополитена. Модификации
вагонов Ем-508 (промежуточный) и Ем-502 (головной), также
изготовляемые ЛВЗ, приспособлены для установки аппаратуры
автоуправления по системе Московского метрополитена.
Вагоны Ев и Ечс, изготовляемые ММЗ, предназначены для эксплуатации на путях колеи 1435 мм метрополитенов соответственно
г. Будапешта (ВНР) и г. Праги (ЧССР). Вагоны Ежз производства
ММЗ приспособлены для установки аппаратуры автоуправления по
системе Московского метрополитена. Вагоны Ечс и Ежз оборудованы системами: импульсного регулирования магнитного поля
тягового двигателя; автоматического регулирования скорости
(АРС); диспетчерской связи. Применение системы импульсного
регулирования поля тягового двигателя с использованием управляемых диодов (тиристоров) позволяет выполнять надежное электрическое торможение со скорости 90 км/ч при плавном нарастании
тормозного момента, не допуская перенапряжения. Это обеспечивает улучшение коммутации тяговых двигателей и увеличение их
межремонтных пробегов. Система автоматического регулирования
337
скорости существенно повышает степень безопасности движения
поездов, так как обеспечивает принудительную автоматическую
остановку поезда или снижение его скорости при недопустимом
сближении поездов, превышении заданной скорости или неисправности устройств регулирования скорости. Все это позволяет увеличить пропускную способность на линиях метрополитенов благодаря
сокращению интервалов попутного следования.
ММЗ изготовлены три новых вагона типа И: два вагона с кабинами управления (головные) и один без кабины (промежуточный).
Вагоны И имеют конструкционную скорость 100 км/ч, увеличенную мощность тяговых двигателей (440 кВт на вагон), сниженный
вес тары, более просторный пассажирский салон, механическую
вентиляцию и другие усовершенствования. Кузов вагона И цельносварной конструкции, выполнен из алюминиевых сплавов: листы
из сплава АМгб, а силовые прессованные профили из сплава 1915.
Вагоны оборудованы тремя видами тормозных средств. Электрический тормоз с рекуперативной отдачей энергии в сеть выполняет торможение поезда со скорости 100 км/ч до 5—6 км/ч, а дальнейшее торможение происходит автоматическим наложением действия пневматического тормоза. При отказе электрического тормоза автоматически вступает в действие пневматический. Пневмопружинный тормоз выполняет функции стояночного тормоза и способен удерживать груженый состав на уклоне 60% .
Электрическая система вагона выполнена по схеме импульсного регулирования магнитного поля и напряжения тяговых электродвигателей. Для питания цепей вспомогательного электрооборудования и цепей управления в вагоне использован статический
преобразователь, получающий питание от контактной сети, а в аварийном режиме — от аккумуляторной батареи.
Благодаря наличию пневматического рессорного подвешивания
с автоматическим регулированием (независимо от нагрузки) постоянства высоты уровня пола кузова снижен крен кузова при динамических колебаниях вагона в движении. Это позволило в существующих габаритах увеличить ширину вагона в средней части и
придать кузову бочкообразную форму. В результате расстояние в
салоне между продольными диванами увеличилось (рис. 143) и
вместимость вагона возросла на 25 чел. по сравнению с вагоном
типа Е.
Светильники люминесцентного освещения в вагоне серии И
размещены в середине потолка салона. Шесть вентиляционных
установок расположено под диванами салона. Двенадцать вентиляторов, из которых каждые два вращаются одним мотором, забирают воздух через жалюзи и приемные фильтры и направляют
его в салон через отверстия в подоконниках.
Промежуточный вагон серии И отличается от головного отсутствием кабины машиниста. Однако в подоконном пространстве
одной из торцовых стен этого вагона расположен пульт для манев-
338
339
ровых работ. При нормальном (поездном) режиме этот пульт закрыт кожухом. В настоящее время ведется отработка конструкции
и подготовка серийного выпуска вагонов И.
Существенную роль в обеспечении перевозок пассажиров в городах играет трамвай, который является одним из массовых видов
городского общественного транспорта и имеет достаточно высокую
провозную способность и сравнительно низкую себестоимость перевозок. Во многих городах нашей страны проектируют и строят
специальные трамвайные линии скоростного сообщения, вынесенные на обособленное полотно, не имеющее пересечений на одном
уровне с другими магистралями города. Скоростные трамвайные
линии могут обеспечить доставку пассажиров из районов массовой
застройки в центр города примерно в 2 раза быстрее, чем обычные
трамвайные линии. Для обеспечения трамвайного транспорта в городах на смену старым двухосным (КТМ-1, КТМ-2) и четырехосным (МТВ-82Д, ЛМ-57, КТМ-5м и др.) трамвайным вагонам в последние годы пришли более совершенные вагоны РВЗ-6М, КТМ5МЗ и ЛМ-68.
Прошли всесторонние испытания и подготовлены к серийному
выпуску на РВЗ новые трамвайные вагоны РВЗ-7 (мод. 71-217),
предназначенные для пассажирских перевозок одиночными вагонами (рис. 144) или двумя моторными вагонами по системе многих
единиц по городским трамвайным путям шириной колеи 1520 мм.
Кузов вагона сварен из стальных элементов и состоит из каркаса и стальной обшивки. Рама кузова является силовым элементом и воспринимает вертикальные и горизонтальные нагрузки.
Кузов через скользуны опирается на тележки и центрируется пятниками в шкворневых балках тележек. Тележки имеют пневматическое подвешивание. В конце и середине вагона расположены
две четырехстворчатые двери с шириной проема 1600 мм. В головной части вагона находится дверь с шириной проема 1160 мм. У заднего и среднего выходов имеются большие накопительные площадки. Двери открываются и закрываются автоматически с пульта
управления водителем вагона. При этом используется сжатый воздух, подаваемый в пневматические цилиндры.
Пол вагона выполнен из бакелизированной фанеры и покрыт
рифленым резиновым ковром. Для уменьшения вибраций и шума
фанерные плиты изолированы от металлического каркаса кузова и
уложены на резиновые прокладки. Нижняя часть стен на высоте
250 мм от пола обшита алюминиевым листом. Для изоляции кузова
между наружной и внутренней обшивкой стен и потолка установлены плиты из пенопласта.
Салон вагона освещают 16 люминесцентных светильников, которые получают питание от сети переменного тока. Для этого на
вагоне установлен статический преобразователь напряжения контактной сети. В четырех светильниках установлены лампы накаливания для дежурного освещения. Воздухообмен в салоне вагона
происходит в результате естественной вентиляции.
340
341
Электрооборудование вагона трамвая и его система управления
обеспечивают плавный автоматический безреостатный пуск и рекуперативно-реостатное торможение почти до полной остановки
вагона. Для дотормаживания вагона и удержания его на уклоне до
100% используют пневмопружинный барабанный тормоз. При
экстренном торможении дополнительно включают рельсовые электромагнитные тормоза.
Вагон трамвая оборудован тиристорно-импульсной системой
управления, состоящей из силовых цепей, цепей управления и
бесконтактного блока. Движением вагона управляют при помощи
рукоятки контроллера, имеющей 10 фиксированных позиций:
нулевую, четыре ходовых и пять тормозных. Реверсивная рукоятка
сблокирована с рукояткой контроллера и имеет три фиксированных
положения: «нуль», «вперед» и «назад». Вагон оборудован системой
радиооповещения, микрофоном и усилителем, вмонтированными в
пульт, и тремя громкоговорителями, расположенными в салоне
вагона.
Моторная тележка вагона состоит из рамы, колесных пар, тяговых двигателей с системой подвески, центрального пневматического подвешивания, барабанных тормозов, рельсовых тормозов с
системой подвески, упругих валов и надколесных щитков. На
передней оси головной тележки установлен датчик электрического
спидометра. Система высоторегулирования обеспечивает автоматическое поддержание кузова на заданной высоте увеличением или
уменьшением давления воздуха в пневморессоре.
§ 52. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КОНСТРУКЦИЙ
САМОХОДНЫХ ВАГОНОВ
Вагоны электропоездов и дизель-поездов. Конструкции вагонов
электропоездов для пригородного сообщения последних выпусков
совершенствуются в направлении обеспечения повышенных
технических скоростей движения на коротких перегонах в результате увеличения ускорений и мощности тяговых двигателей, а
также в направлении улучшения комфортных качеств вагонов.
Максимальная (конструкционная) скорость вагонов пригородных
электропоездов обычно не превышает 33,3 м/с (120 км/ч). Более
высокие скорости — 41,6—44,4 м/с (150—160 км/ч) имеют электропоезда, которые при изменении составности используют также в
местном и междугороднем сообщениях. Новые вагоны, как правило,
имеют электродинамический реостатный тормоз, а в отдельных
случаях и рекуперативно-реостатный. Последний применяют в
основном на электропоездах постоянного тока. Из электропоездов
переменного тока рекуперативно-реостатный тормоз имеет
французский поезд Z6400 (выпуска 1974 г.).
Мощность тяговых двигателей, приходящаяся на 1 т массы тары
(удельная мощность), в ряде случаев повышена до 13—16 кВт. Это
позволяет реализовать более высокие ускорения при разгоне,
342
равные 1,0—1,3 м/с2. Характерно, что если французский электропоезд Z6100 (выпуска 1966 г.) имел удельную мощность 5,9 кВт/т,
а поезд Z6150 (выпуска 1970 г.) — мощность 6,35 кВт/т, то у электропоезда Z6400 (выпуска 1974 г.) мощность достигла 16,5 кВт/т.
Для электропоездов Z6100 и Z6150 время разгона с момента пуска
до скорости 100 км/ч равно 100 с, путь разгона составляет 2 км, а
для электропоезда Z6400 — соответственно 23 с и 0,7 км.
| Увеличения удельной мощности достигают в результате как повышения мощности тяговых двигателей, установленных на моторном вагоне, или применения составов из одних моторных вагонов,
так и снижения массы вагонов. Способы снижения массы вагонов в
разных странах различны. Во Франции, например, для изготовления
вагонов электропоездов широко применяют нержавеющую сталь.
При этом экономия в эксплуатации от снижения расхода
электроэнергии и ремонтных затрат превышает первоначальные
затраты, связанные с повышенной стоимостью вагонов из нержавеющей стали. В Японии, США, ФРГ и некоторых других странах для
изготовления кузовов некоторых электровагонов наряду с углеродистыми и нержавеющими сталями применяют и алюминиевые
сплавы. Существенное уменьшение массы тары вагона дает также
установка двух тяговых двигателей повышенной мощности на раме
кузова взамен обычного размещения четырех двигателей на
тележках.
Количество дверей с каждой стороны вагона зависит от назначения поезда и условий его эксплуатации. Так, у французских электропоездов пригородного сообщения вагоны, независимо от их длины,
имеют по три двери, причем крайние двери несколько сдвинуты от
конца вагона к середине для более равномерного распределения
дверей по длине поезда. Вагоны пригородных и городских железных дорог Японии при длине 20 м имеют, как правило, с каждой
стороны по три-четыре двери шириной 1100 мм. Однако у электропоезда серии 711 для острова Хоккайдо, отличающегося более суровым климатом, вагоны имеют по две двери шириной 1000 мм. По
две двери имеют и многие поезда других стран. Двухэтажные вагоны электропоезда, построенные для г. Чикаго (США), при длине
25,5 м имеют одну дверь шириной 1750 мм в середине вагона.
Все вагоны электропоездов имеют люминесцентное освещение
и в большинстве случаев принудительную вентиляцию с подогревом воздуха в холодное время года. Кондиционирование воздуха
применено только в США, Японии и Австралии. На большинстве
электропоездов новых типов пневматическое рессорное подвешивание. В электрическом тяговом оборудовании использованы системы бесконтактного тиристорно-импульсного регулирования
тяговых двигателей.
В некоторых странах созданы также конструкции электропоездов для скоростного междугороднего сообщения. Движение электропоездов со скоростями до 58 м/с (210 км/ч) впервые организовано в Японии на линии Токио—Осака. В 1973 г. в Японии начата
343
эксплуатация новых электропоездов серии 961, конструкционная
скорость которых равна 260 км/ч. Во Франции проходит испытания
газотурбинный поезд TGV-001 с электрической передачей, рассчитанный на скорость движения 83 м/с (300 км/ч). Поезд состоит из
пяти вагонов, причем концы двух соседних вагонов опираются на
одну моторную тележку; таким образом, этот поезд имеет только
шесть тележек. Вагоны имеют маятниковую подвеску и устройства
принудительного наклона кузова в кривых. В ФРГ изготовлен и
прошел испытания электропоезд ЕТ-403 из четырех вагонов; его
конструкционная скорость 55,5 м/с (200 км/ч). Кузова вагонов
выполнены из легких сплавов и имеют систему принудительного
наклона кузова в кривых.
В Италии моторные вагоны ALe-601, имевшие конструкционную скорость 44,4 м/с (160 км/ч), переоборудованы для движения
со скоростью до 55 м/с (200 км/ч). Кроме того, изготовлен новый
скоростной электропоезд УО160 со скоростью движения до 70 м/с
(250 км/ч). Вагоны этого поезда отличаются тем, что тяговые двигатели в них подвешены к раме кузова и через карданные валы приводят во вращение только внутреннюю колесную пару каждой
тележки. Имеется также устройство принудительного наклона
кузова в кривых.
В Великобритании изготовлен поезд APT с газотурбинной тягой и разработан вариант этого поезда (АРТ-Р) с электрической
тягой, рассчитанные на скорость движения 69,4 м/с (250 км/ч). В
США эксплуатируют электропоезда «Метролайнер», конструктивная скорость которых равна 55 м/с (200 км/ч). В Канаде на такую же максимальную скорость изготовлен поезд с локомотивной
тягой.
В ряде стран ведутся работы по созданию высокоскоростного
наземного транспорта новых видов, в котором взамен опоры колеса
на рельс для поддержания и направления экипажа будут использованы системы магнитной подвески.
Вагоны метрополитена и трамвая. В настоящее время более чем в
40 городах мира есть метрополитен, и во многих городах идет его
строительство. Подвижной состав метрополитенов отличается
большим разнообразием. Вагоны в основном имеют два варианта
исполнения кузова — с кабиной и без нее. Вагоны метрополитена
Сан-Франциско (США) имеют унифицированные кузова, на которые можно навесить съемную кабину. Кузова большинства вагонов
европейских метрополитенов имеют длину 17—19 м, ширину 2,6—
2,9 м и высоту (от головки рельс) 3,3—3,7 м. Кузова вагонов метрополитена США, как правило, имеют большие размеры: длина 21,5—
22,5 м; ширина 3,0—3,2 м; высота 3,6—3,7 м.
Существуют различия в планировке салона и в количестве дверей: вагоны метрополитенов Лондона, Западного Берлина, Гамбурга, Амстердама, Стокгольма, Сан-Паулу, Торонто и Сан-Франциско имеют сидения, расположенные поперек вагона. На остальных метрополитенах применены вагоны с продольным расположе344
нием сидений. Вагоны европейских метрополитенов в основном
имеют по три двери шириной в свету 1200—1300 мм с каждой стороны. Короткие кузова сочлененных вагонов имеют по две двери.
Вагон метрополитена Сан-Франциско также имеет две двери.
Вагоны метрополитенов Нью-Йорка, Торонто и Токио, так же как
вагоны советских метрополитенов, имеют по четыре двери. Основной конструкционный материал кузовов — прессованные профили
из алюминиевых сплавов. Большинство вагонов имеют двухосные
тележки с жесткой рамой и колесами, расположенными снаружи
рамы. Вагоны метрополитена Сан-Франциско предназначены для
уширенной колеи (1670 взамен 1435 мм). Буксы этих вагонов расположены с внутренней стороны колес. Вагоны метрополитенов
Мехико и некоторых линий Парижа, Монреаля, Саппоро имеют
пневматические колеса. Такие вагоны эксплуатируют на линиях с
соответствующим путевым устройством.
Широкое распространение получили пневматические рессоры.
В конструкциях тележек часто применяют различные резинометаллические элементы. Обычно тележка имеет два тяговых электродвигателя. Некоторые вагоны европейских метрополитенов имеют
мономоторные тележки с одним тяговым двигателем. В качестве
тяговых двигателей используют электродвигатели постоянного
тока. Диапазон мощности тяговых двигателей очень широк (56—
200 кВт), но наиболее распространена мощность, равная 90— 100
кВт. Все более широкое распространение получает тиристорноимпульсное управление тяговыми электродвигателями.
Во всех вагонах в качестве рабочего тормоза использован электродинамический реостатный тормоз с самовозбуждением тяговых
двигателей или с независимым возбуждением. Рекуперативный
тормоз применен пока только в Еагонах метрополитена Токио
(поезд типа 6000). В качестве резервного используют пневматический или электропневматический колодочный тормоз. Вагоны метрополитена Вены, Западного Берлина, Роттердама и Сан-Франциско имеют пневматические дисковые тормоза. Вагоны метрополитена Сан-Франциско оборудованы, кроме того, рельсовым электромагнитным тормозом, который служит в качестве дополнительного при использовании экстренного торможения.
Почти все вагоны оборудованы принудительной вентиляцией.
На некоторых из них подаваемый вентиляционной установкой воздух подогревается теплом, выделяемым пускотормозными реостатами. Вагоны метрополитена Сан-Франциско и Сан-Паулу оборудованы кондиционерами. Современные вагоны зарубежных метрополитенов, как правило, имеют люминесцентное освещение.
Развитие трамвая идет в направлении создания скоростных
линий. Для этих линий разрабатывают многоосный шарнирносочлененный подвижной состав, главным образом шести- и восьмиосный. Конструкционная скорость вагонов трамвая для наземных
городских линий не превышает 20,8—22,2 м/с (75—80 км/ч), а используемых на подземных участках (так называемое предметро)
345
27,7 м/с (100 км/ч). На этих вагонах использованы мономоторные
тележки и электронные системы управления.
На основании анализа параметров и особенностей конструкции
отечественных и зарубежных вагонов можно определить следующие направления развития самоходных вагонов:
. всемерное снижение веса тары вагона в результате развития
сочлененных конструкций и использования легких сплавов, высокопрочных и нержавеющих сталей; например, вес тары вагонов
метрополитена (в расчете на площадь горизонтальной проекции
вагона) будет доведен до 350—400 кгс/м2;
увеличение мощности тяговых двигателей и улучшение тя-говосцепных свойств привода; удельная мощность вагонов пригородных
электропоездов (в расчете на вес тары) будет увеличена до 13—16
кВт/тс, а вагонов метрополитена — до 15—20 кВт/тс;
повышение технических скоростей поездов благодаря увеличению ускорений разгона, а также движению с максимальной
скоростью на возможно большем отрезке перегона; сокращение
времени стоянок на станциях;
внедрение на дизельных поездах электрической тяговой передачи и газотурбинных двигателей в силовой установке;
использование декоративных покрытий, пластических масс и
алюминиевых сплавов во внутренней отделке салона вагона;
внедрение принципа блочного монтажа внутреннего оборудования;
применение пневматических рессор в рессорном подвешивании, а резины и пластмасс — в конструкциях ходовых частей;
внедрение тиристорно-импульсных систем управления процессами тяги и торможения, а также систем рекуперативного
торможения, обеспечивающих улучшение динамических свойств
привода и экономию электроэнергии;
применение асинхронных тяговых двигателей или линейных
двигателей;
всемерное улучшение комфорта для пассажиров, снижение
шума и вибраций, использование принудительной вентиляции,
кондиционирования воздуха, люминесцентного освещения и т. п.;
оснащение поездов устройствами контроля скорости и автоматического управления;
разработка конструкций вагонов и смежных устройств для
новых видов городского высокоскоростного транспорта.
346
Глава IX
ИСПЫТАНИЯ ВАГОНОВ
И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ БАЗА
ВАГОНОСТРОЕНИЯ
§ 53. ЗНАЧЕНИЕ И ВИДЫ ИСПЫТАНИЙ
Многообразие требований, предъявляемых к конструкции и
служебным характеристикам вагонов, сложность и разнообразие
условий и режимов эксплуатации не позволяют гарантировать
работоспособность спроектированного вагона только на основе
теоретических расчетов. Рациональное проектирование вагона
связано с решением противоречивых задач и требует тщательной
проработки возможных конструктивных вариантов, учета опыта
эксплуатации подобных конструкций, нахождения оптимального и
целесообразного компромиссного решения. Вес тары и материалоемкость конструкции вагона почти неизбежно входят в противоречие с требованиями прочности и надежности. Стремление к
экономии материалов и снижению веса вагона противоречит, как
правило, требованиям снижения трудоемкости производства.
Борьба за повышение надежности обычно приводит к увеличению
трудоемкости и стоимости. Стремление к унификации в производстве и эксплуатации (применение стандартных, типовых элементов) иногда противоречит оптимальному обеспечению функциональных особенностей новой конструкции и т. д.
Вагоны должны надежно работать в различных климатических
условиях при высокой интенсивности эксплуатации. Современные
вагоны, особенно вагоны электропоездов и дизель-поездов, рефрижераторы, вагоны метрополитена и трамвая, пассажирские вагоны
скоростных поездов и специализированные грузовые вагоны
оборудованы сложными техническими системами, агрегатами и и
приборами. Создание такого подвижного состава немыслимо без
проведения научно-исследовательских и экспериментальных работ.
В частности, как показывает отечественный и зарубежный опыт,
особое значение имеют натурные испытания вагонов и их узлов.
Испытания являются важным и ответственным этапом процесса
создания нового подвижного состава. Испытания вагонов имеют
важное значение и как один из методов научного эксперимента,
способ уточнения и выявления закономерностей, физической
сущности явлений, связанных с работой вагона в эксплуатации. При
этом объектом испытаний могут быть как типовые серийные, так и
специально оборудованные (видоизмененные) экспериментальные
конструкции вагонов. В этом смысле испы347
тания вагонов способствуют развитию научных основ рационального их проектирования.
Таким образом, можно различать две следующие основные
категории (разновидности) испытаний вагонов:
испытания опытных образцов новой техники, являющиеся
этапом процесса создания конкретного вагона;
испытания поискового экспериментально-исследовательского
характера, проводимые в рамках программ научных исследований.
При необходимости можно проводить смешанные испытания,
при которых в ходе испытаний опытного образца новой техники
решают и дополнительные научно-исследовательские проблемы.
Есть и третья важная разновидность испытаний вагонов —
контрольные испытания серийно выпускаемой продукции для
проверки качества изготовления и соответствия действующей
технической документации. Эта категория испытаний практически
является частью технологического процесса производства. Такие
испытания проводят с определенной периодичностью, и по своему
содержанию они представляют сокращенный вариант испытаний
опытного образца. Методы контрольных испытаний вагонов
магистральных железных дорог регламентированы ГОСТ 14232—
69 и ГОСТ 15050—69, а вагонов промышленного транспорта —
отраслевыми нормалями.
Применяемые в науке, технике и производстве термины и
определения основных понятий в области контроля качества и
испытаний продукции установлены ГОСТ 16504—74. Согласно
данному стандарту испытания это экспериментальное определение
количественных и качественных характеристик свойств объекта. В
зависимости от цели, задач и метода испытаний их объектом может
быть натурный опытный образец конструкции (вагона, узла),
серийный образец, макет или модель.
Любые испытания вагона или его отдельного агрегата (узла) это
серьезный научно-инженерный процесс, требующий внимательного
отношения к его подготовке и организации, тщательного анализа
получаемых результатов. Подготовку испытаний необходимо
начинать с уточнения их цели, разработки программы и методики.
При разработке программы испытаний учитывают следующее:
требования ГОСТ 2.106—68; требования (характеристики)
стандартов и технической документации на данный вагон; опыт
эксплуатации и испытаний подобных конструкций; реальные
способы выполнения намечаемых задач; желательность сокращения
сроков и стоимости испытаний.
Программу испытаний вагона разрабатывает завод-изготовитель, отраслевой научно-исследовательский институт (ВНИИВ,
ЦНИИ МПС и др.) или другая организация. Программа предварительных (заводских) и исследовательских испытаний не требует
обязательного согласования с заказчиком, если это не вызвано
необходимостью. Программу приемочных и контрольных перио348
дических испытаний, а также других испытаний, проводимых в
условиях эксплуатации, согласовывают с заказчиком (потребителем) данной продукции. С учетом указаний составленной
программы выбирают или изготовляют объект испытаний. В случае
испытаний опытного образца новой конструкции вагона или
контрольных испытаний серийно выпускаемого изделия этот
образец принимает ОТК завода-изготовителя и инспектор-приемщик заказчика. Для исследовательских испытаний способ
приемки объекта устанавливают в программе испытаний.
Принятый объект поступает в распоряжение специалистов,
проводящих его испытания. Первоначально подготовляют объект к
испытаниям: демонтируют отдельные узлы для удобства установки
приборов или облегчения контроля за работой других узлов;
размещают и закрепляют приборы; прокладывают соединительные
коммуникации; проверяют измерительную аппаратуру и т. д. После
завершения подготовки выполняют наладочные работы: проверяют
согласованность и надежность установленного оборудования;
контролируют готовность персонала, внешних устройств и
выполнение оргтехмероприятий; производят начальные измерения.
При положительных результатах пробного этапа испытаний их
продолжают согласно программе, а в случае выявления неполадок
выполняют необходимые доработки.
Последовательность и длительность испытаний зависят от их
вида, поставленных задач и других обстоятельств. В процессе
испытаний необходимо оперативно анализировать поступающую
информацию и, при необходимости, вносить соответствующие
изменения в режим испытаний или в работу измерительной аппаратуры. По окончании разделов испытаний, имеющих самостоятельное значение, как правило, составляют акт, содержащий
основные сведения о проведенных испытаниях и предварительную
оценку их результатов. После завершения всех испытаний и
анализа полученных данных по результатам составляют научнотехнический отчет.
Отчет о результатах испытаний оформляют в соответствии с
ГОСТ 19600—74. Отчет служит основным документом, содержащим
исчерпывающие сведения о выполненной работе. Отчет составляют
исполнители испытаний, а затем его рассматривают и утверждают
в установленном порядке. В общем случае отчет имеет следующую
структуру: титульный лист; список исполнителей; реферат;
содержание (оглавление); перечень сокращений, символов и
специальных терминов с их определениями; основную часть;
список использованных источников; приложений. Основная часть
отчета состоит из введения и обзора состояния вопроса,
обоснования направленности и цели испытаний, разделов,
отражающих методику, содержание и результаты испытаний, и
заключения (выводов и предложений). Отчет должен быть по возможности кратким, а его заключение — устанавливать цели и
последовательность дальнейших испытаний, необходимость дора-
349
ботки конструкции вагона, целесообразность постройки опытной партии (образца) или серийного его производства и т. п.
С точкк зрения методики и условий проведения испытаний в
практике вагоностроения различают следующие испытания:
стендовые (стационарные) — при расчетных или форсированных
условиях; линейные — в движении при расчетных или специальных
режимах нагруженности; эксплуатационные — при реальных
условиях и режимах нагруженности1.
В процессе создания новый вагон (узлы, системы), как правило,
подвергают всем испытаниям в приведенной последовательности.
При испытаниях научно-поискового характера, а также при
контрольных испытаниях в процессе серийного производства
используют их методические разновидности, которые необходимы
и предусмотрены программой.
Стендовые (стационарные) испытания позволяют тщательно
изучить и проверить работу вагона (узла, элемента) при определенном режиме нагруженности, который можно создать на данной испытательной установке. При стендовых испытаниях успешно
применяют сложную измерительную аппаратуру и контролируют
работу исследуемого объекта в течение всего периода испытаний.
Стендовые испытания можно проводить в круглосуточном
форсированном режиме, что ускоряет процесс выявления
недостатков конструкции или достижения требуемого (предельного) состояния. Однако при стендовых испытаниях, как
правило, невозможно воссоздать действительные условия работы
конструкции в эксплуатации. Поэтому для оценки результатов
стендовых испытаний необходимы всесторонне обоснованные критерии, обеспечивающие согласованность этой оценки с реальной
работоспособностью конструкции в эксплуатационных условиях.
Линейные испытания вагонов в движении при специальных
режимах нагруженности позволяют исследовать работоспособность
вагона или его узла в приближенных к реальным условиям и
обеспечить требуемый уровень того или иного параметра нагруженности (полезной нагрузки, скоростей движения, разгона и
торможения, режима работы оборудования и т. п.) и внешние
факторы (характеристику пути, положение в составе поезда,
климатические условия и т. д.). Все это обеспечивает более достоверную и комплексную проверку надежности испытуемого
объекта. Запланированные изменения режимов нагруженности
(специальное их форсирование и имитация критических ситуаций)
позволяют всесторонне оценить конструкцию, определить ее
фактические показатели и установить безопасные режимы эксплуатации. Для проведения линейных испытаний вагонов широко
используют специальные вагоны-лаборатории, оснащенные ап1 Термин «нагруженность» использован здесь в широком смысле; под ним
понимают как механические нагрузки (силы, давление, деформации, ускорения,
колебания), так и электрические, тепловые и климатические воздействия.
350
паратурой, которая позволяет дистанционно измерять необходимые параметры и контролировать процессы, характеризующие
исследуемые свойства опытного образца. Вагон-лабораторию в испытательном поезде располагают обычно рядом с опытным Батоном, что уменьшает длину кабелей и проводов, соединяющих
приборы-датчики, установленные на опытном вагоне, с регистрирующей, усилительной, анализирующей и другой аппаратурой
вагона-лаборатории. В отдельных случаях, главным образом
при испытаниях самоходного подвижного состава и небольшом
объеме измерений, обслуживающий персонал и измерительную
аппаратуру располагают непосредственно в испытуемом вагоне. На
основании стендовых и линейных испытаний опытного вагона
можно практически оценить все его важнейшие технические
характеристики и служебные показатели. Однако для проверки
долговечности конструкции, износостойкости элементов,
надежности работы узлов и систем вагона в реальных условиях
эксплуатации при комплексном влиянии всех нагрузок, режимов и
внешних воздействий в течение достаточно длительного периода
принято до начала серийного производства проводить эксплуатационные (ресурсные) испытания опытных образцов вагонов
опытно-промышленной партии. Эти испытания проводят в реальных
эксплуатационных условиях, характерных для вагона данного типа.
Продолжительность испытаний должна ПОЗЕОЛИТЬ оценить
различные климатические периоды, режимы эксплуатации и
показатели надежности объекта испытаний. Для этого опытные
вагоны вводят в составы обычных или специальных поездов,
где они выполняют эксплуатационную работу под непрерывным
или периодическим наблюдением специалистов. Такие испытания в
зависимости от сложности и новизны объекта могут продолжаться от
четырех-шести до 12—15 месяцев и более.
При испытаниях вагонов большое значение имеет правильно
разработанная методика, использование новейшей аппаратуры,
оборудования и наиболее эффективных способов анализа получаемых данных. Методы испытаний вагонов разрабатывают и
совершенствуют во ВНИИВ и ЦНИИ МПС с участием специалистов вагоностроительных заводов и транспортных вузов. При
большом числе вновь создаваемых конструкций подвижного состава, значительном объеме и сложности комплекса их испытаний
особое значение приобретают вопросы стандартизации испытаний
вагонов, разработки методов ускоренных испытаний, унификации
испытательного оборудования и развития экспериментальноисследовательской базы.
В зависимости от конкретной направленности в практике
вагоностроения применяют следующие испытания: прочностные;
ходовые; тормозные; тягово-энергетические; теплотехнические; по
воздействию на путь и др.
В общем случае новый вагон в процессе его создания подвергают
всем видам функциональных испытаний. На практике некоторые
351
виды испытаний опускают, если для нового вагона были заимствованы проверенное конструктивное решение, узел или система.
Например, при создании нового вагона не нужны тормозные
испытания, если система тормозного оборудования полностью
идентична применяемой на вагонах других типов, ранее уже
испытанных и отработанных.
§ 54. ПРОЧНОСТНЫЕ И ХОДОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ
Испытания с целью проверки прочности и ходовых качеств
являются одними из важнейших в общем комплексе испытаний
образца нового вагона. К этой группе относятся следующие
испытания: статические на прочность; динамические на прочность;
ходовые динамические.
Статические испытания на прочность проводят в стационарных
условиях. Они заключаются в исследовании напряженного
состояния, деформаций, устойчивости и несущей способности
конструкции вагона (узла, элемента) при действии заданных
статических испытательных нагрузок, которые прикладывают к
конструкции при помощи соответствующего оборудования.
Статическим испытаниям обычно подвергают металлоконструкции
отдельно кузова вагона и тележек. При необходимости проводят
статические испытания на прочность отдельных узлов и элементов.
Схемы нагружения конструкции вагона при статических
испытаниях устанавливают, как правило, соответствующими
характеру действия основных видов эксплуатационных и расчетных нагрузок. Максимальная испытательная нагрузка при
статических испытаниях Ри = kф Рр, где kф — коэффициент форсирования; Рр — расчетная (нормативная) нагрузка. При испытаниях несущей металлоконструкции вагона под действием (поочередно) отдельных нагрузок обычно принимают коэффициент kф
= 1,0÷З,0. Величину kф уточняют с учетом уровня нагруженное™
конструкции данной нагрузкой по сравнению с суммарной
эксплуатационной нагрузкой и расчетными нормативами запасов
прочности и устойчивости.
Испытательные нагрузки прикладывают (создают) постепенно
(ступенями), например по цикличной схеме: 0—50%—100%—
50%—0 и т. д. На каждой ступени испытательной нагрузки регистрируют показания приборов, фиксирующих напряжения и
деформации. Количество циклов испытательного нагружения
должно быть достаточным для получения достоверных данных.
Учитывая неизбежность случайных ошибок, обычно проводят не
менее трех циклов, что дает не менее 12 разностей полученных
показаний приборов.
По результатам статических испытаний определяют фактические напряжения в элементах конструкции от расчетных нагрузок и суммарные напряжения от нормативных сочетаний
нагрузок. Эти напряжения обычно определяют, осредняя их
352
по симметричным точкам замеров для исключения влияния случайных факторов (неравномерности приложения испытательной
нагрузки, отклонений размеров деталей из-за допусков, погрешностей измерений и т. д.). Осреднение измеренных напряжений
позволяет применять для оценки прочности расчетные нормативы
допускаемых напряжений и, таким образом, обеспечивать логическую связь результатов расчетов и испытаний. Анализ напряженного состояния конструкции в характерных зонах позволяет
установить пригодность применяемых методов расчета и более
точно оценить ее фактическую несущую способность. Объем
измерений при статических испытаниях зависит от сложности и
новизны конструкции и от поставленных задач. При испытаниях
кузовов пассажирских вагонов количество точек измерения
напряжений достигает 600—800 и более.
Если при статических испытаниях необходимо установить
разрушающую (предельную по несущей способности) нагрузку на
деталь, то испытательную нагрузку увеличивают небольшими
ступенями или непрерывно (но достаточно медленно) до тех пор,
пока деталь воспринимает это увеличение. Такие испытания проводят на специальных стендах с применением гидравлических
нагрузочных устройств, специальных приборов для контроля
нагрузки и с обеспечением техники безопасности при работе персонала. Метод статических испытаний на разрушение традиционно
применяют для проверки прочности литых деталей тележек грузовых вагонов. Для удобства проведения статических испытаний на
прочность во ВНИИВ, ЦНИИ МПС и на вагоностроительных
заводах имеются специальные стенды.
Динамические испытания вагонов и их узлов на прочность
проводят как на стендах, так и в натурных условиях движения,
маневрового соударения, погрузки-выгрузки. Динамические
стендовые прочностные испытания позволяют в стационарных
условиях изучить динамическую прочность конструкции при
выбранных режимах нагрузки вибрационного или ударного
характера. Для этих испытаний нагрузку устанавливают на основе
реального распределения сил, действующих при эксплуатации, или
в виде условного форсированного режима. Схема приложения
динамических сил к конструкции должна быть возможно ближе к
схеме, соответствующей эксплуатации. Для таких испытаний
применяют
гидравлические
пульсаторы,
электромагнитные
вибростенды и специальные копровые установки. Подобные стенды
есть во ВНИИВ, ЦНИИ7МПС и на вагоностроительных заводах.
Стендовые испытания на динамическую прочность ведут до
разрушения опытных образцов или до достижения базового числа
циклов.
Динамические стендовые испытания по оценке частотных
характеристик вагона и демпфирования в рессорном подвешивании
предусматривают исследование колебаний вагона как механической системы. В этом случае специальным оборудованием воз-
353
буждают необходимые колебания вагона, что позволяет экспериментально установить собственные частоты колебаний и скорость
их затухания. Стенды и приспособления для таких испытаний
имеются в Калининском и Рижском филиалах ВНИИВ.
На основании стендовых динамических испытаний на прочность определяют предел выносливости конструкции и зависимость
долговечности детали от величины нагрузки. По этим данным
оценивают запас прочности детали, а также некоторые другие
факторы (эффективный коэффициент концентрации, рассеивание
прочности и др.). Наиболее точную оценку получают при
использовании надежных экспериментальных данных о вероятностном распределении эксплуатационных нагрузок. По результатам частотных стендовых динамических испытаний устанавливают частоты собственных колебаний системы, значения которых
сопоставляют с нормативными или расчетными величинами. В
частности, по результатам этих испытаний определяют собственную
частоту изгибных колебаний кузовов пассажирских вагонов,
имеющую важное значение для обеспечения плавности их хода.
В натурные динамические испытания вагонов на прочность при
эксплуатационных режимах работы входят динамические
прочностные линейные испытания, испытания на соударения и
испытания при погрузке-выгрузке. Данные испытания, как правило, проводят с полностью достроенными и снабженными всем
проектным оборудованием вагонами. Величина полезной нагрузки
в вагоне зависит от цели испытаний и ее устанавливают в программе, как и некоторые другие условия: скорости движения,
расположение вагонов в поезде и т. д.
При динамических прочностных линейных испытаниях анализируют напряженное состояние элементов конструкции вагона и
определяют величины отдельных динамических сил, возникающих
при движении вагона в поезде с разными скоростями по различным
участкам пути. Результаты таких испытаний позволяют точнее
оценить действительное напряженное состояние и несущую
способность
конструкции,
сравнив
их
с
результатами
предварительного расчета, а также более точно определить эксплуатационные нагрузки. Это необходимо для обоснования режимов стендовых испытаний деталей, уточнения методов теоретических расчетов и расчетных нормативов. Достоверность результатов данных испытаний зависит от характера и параметров
участков железнодорожного пути, на которых проходят опытные
поездки, и режимов движения.
В зависимости от конкретной цели (получение вероятных
максимальных сил и напряжений, статистических распределений
повторяемости и т. п.) в рабочей методике линейных динамикопрочностных испытаний предусматривают соответствующую последовательность и объем измерений. В общем случае измерения
проводят как на характерных заранее выбранных отрезках железнодорожного пути определенной длины, конструкции и со354
Стояния, так и на случайных отрезках пути при движении по маршруту значительной протяженности. Результаты линейных динамических испытаний анализируют с учетом вероятностностатистических представлений. Для надежной оценки безопасности
движения вагона при высоких скоростях необходимо, чтобы
максимальная скорость движения при испытаниях на 10—20 км/ч
превышала расчетную конструкционную скорость вагона.
Динамические прочностные испытания вагона на соударение и
испытания при погрузке-выгрузке позволяют получить достоверные экспериментальные величины усилий, ускорений, деформаций и напряжений, возникающих при соответствующих условиях эксплуатационного нагружения. Режимы этих испытаний
устанавливают с учетом наиболее тяжелых возможных (или допустимых) случаев нагружения и ожидаемой повторяемости действия нагрузок в эксплуатации. В отдельных случаях испытательные режимы можно форсировать для оценки предельной
несущей способности вагона или его элемента. Методика этих
испытаний, объем и последовательность измерений зависят от
конкретной постановки задачи.
В целях изучения эффективности и работоспособности ударносцепных устройств испытания на соударение проводят с загруженными вагонами при максимальных скоростях набегания вагонабойка до 10—15 км/ч. Подобный режим используют при
исследовании прочности кузова и рамы вагона. Одновременно для
изучения прочности узлов соединения кузова с тележкой и
прочности крепления оборудования вагона целесообразно проводить соударения порожних вагонов, ориентируясь на получение
ударных сил, равных максимальным расчетным значениям или
даже несколько превышающих их. В испытаниях при погрузкевыгрузке можно предусмотреть изучение прочности конструкции в
режимах загрузки вагона автопогрузчиком, грейферным краном,
экскаватором и т. д., а также в режимах выгрузки на вагоноопрокидывателе или другим способом.
Динамические ходовые испытания вагонов проводят для проверки безопасности движения, оценки ходовых качеств в отношении комфорта пассажиров, воздействия на перевозимый груз и
установления допустимых скоростей движения. Поскольку эти
испытания также предусматривают серию поездок опытного
вагона с разными скоростями по железнодорожным путям различного состояния и конструкции, их можно объединить с динамическими прочностными линейными испытаниями по времени
и месту проведения. Ходовые испытания проводят для полностью
загруженного и для порожнего состояний вагонов, а часто и для их
частичной загрузки. При ходовых испытаниях вагонов определяют
следующие основные динамические показатели экипажа: характер
и частоты колебаний кузова и тележек: вертикальные и
горизонтальные динамические силы, действующие на ко-
355
Лесные пары; вертикальные и горизонтальные ускорения кузова и
тележек; прогибы рессор; перемещения элементов тележки.
В зависимости от конкретной постановки задачи устанавливают
число и последовательность измерений показателей ходовых
качеств. Для оценки ходовых качеств вагонов в практике испытаний используют критерии, рассмотренные в § 5. Допускаемую
скорость движения вагона определяют как по условиям
безопасности (устойчивость от схода с рельс, прочность элементов
ходовых частей, нормальная работа рессор, воздействие на путь),
так и по условиям допустимого ускорения в кузове вагона или
показателя плавности хода.
Ходовые испытания опытных вагонов можно проводить как на
специальных экспериментальных полигонах, так и на участках
эксплуатационной сети железных дорог. Максимальная скорость
движения при ходовых испытаниях должна по возможности на
10—20 км/ч превышать проектную конструкционную скорость
движения вагона. Состояние пути на участке, где проводят ходовые
испытания, должно быть типичным для сети железных дорог и
соответствовать хорошей оценке по применяемым методам
контроля, если в задачу испытаний не входит проверка ходовых
качеств вагона специально на путях худшего состояния. Ходовые
качества вагона измеряют на различных участках пути, учитывая
соображения, отмеченные ранее для динамико-проч-ностных
линейных испытаний. Опытные поездки необходимо начинать с
малых скоростей движения (40—50 км/ч), а затем, оперативно
анализируя материалы измерений, постепенно повышать скорости.
Особую осторожность следует соблюдать при переходе к
качественно новым скоростям движения.
Кроме перечисленных основных испытаний, при необходимости проводят специальные (например, испытания напряженного
состояния осей колесных пар, проверку динамических параметров
колесных пар и привода подвагонных генераторов, воздействия на
путь и т. д.).
При прочностных и ходовых испытаниях вагона применяют
специальную аппаратуру и приборы, позволяющие исследовать и
регистрировать напряжения, ускорения, силы, деформации,
колебания и т. д. Особое распространение в практике вагоностроения получили методы электротензометрии. Для измерения вибраций, ускорений и перемещений применяют приборы с датчиками
индукционного, пьезоэлектрического и реостатного типа. Показания приборов при статических испытаниях регистируют обычно
визуальным отсчетом по шкале усилителя. В последние годы
находит применение аппаратура, фиксирующая результаты измерений на бумажную ленту при помощи печатающего устройства.
Результаты динамико-прочностных и ходовых испытаний регистрируют на фотобумажных лентах при помощи светолучевых
осциллографов. Наибольшее распространение получили осцилло-
356
графы Н-004М и К-20-21, позволяющие фиксировать на ленте
шириной 190—200 мм до 20 процессов одновременно.
В последние годы при экспериментальных исследованиях
вагонов применяют новые методы, позволяющие автоматизирование) обрабатывать записи процессов, регистрируемых при ходовых и динамико-прочностных испытаниях. Эти методы основаны
на записи динамических процессов на магнитную ленту и воспроизведении их в аналоговой или цифровой форме при введении
в электронно-вычислительные машины. Применяют также
специальные вычислительные устройства, позволяющие получить
те или иные характеристики непосредственно в процессе
проведения опыта.
Динамические процессы регистрируют на магнитную ленту при
помощи магнитографов точной записи, использующих различные
виды модуляции сигнала и позволяющих регистрировать сигналы с
частотным диапазоном до десятков килогерц. Важными
преимуществами этого вида записи измерительной информации
являются большая емкость, высокая точность записи и воспроизведения сигналов, широкий диапазон регистрируемых частот,
удобство преобразования аналоговых сигналов для ввода в вычислительные устройства. Сигналы, записанные на магнитную
ленту, можно воспроизводить (перезаписывать) на осциллографическую бумагу. Основные технические характеристики некоторых применяемых магнитографов приведены в табл. 24.
Для получения некоторых характеристик процессов непосредственно при опыте применяют анализатор случайных сигналов
(АСС-8), разработанный Рижским филиалом ВНИИВ совместно с
Пензенским политехническим институтом. Для анализа ускорений
применяют аппаратуру «Кристалл», специально разработанную в
Рижском филиале ВНИИВ для исследования динамики вагонов.
Она позволяет записывать ускорения на магнитную ленту или
осциллографическую бумагу в заданном диапазоне частот до 16
000 Гц при помощи фильтров с крутизной среза 38 дВ на октаву.
Прибор имеет на каждом канале выход измери-
357
теля текущего среднего квадратического отклонения процесса.
Кроме того, прибор допускает измерения плавности хода в единицах Шперлинга по показаниям стрелочного прибора.
Динамические процессы, записанные на магнитную ленту,
обрабатывают в лабораторных условиях на ЭВМ, которые дополняют устройствами ввода информации — аналого-цифровыми преобразователями (АЦП). Если ЭВМ имеют небольшую оперативную память, АЦП комбинируют со специальными устройствами
уплотнения информации.
§ 55. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ
При исследованиях теплотехнических качеств пассажирских
вагонов определяют следующие параметры: средний коэффициент
теплопередачи ограждений кузова; герметичность кузова;
температурно-влажностный режим в кузове; теплотехнические
характеристики; надежность отдельных систем и агрегатов.
Коэффициент теплопередачи ограждений определяют в стационарных условиях в закрытом помещении. Наиболее удобно эти
испытания проводить в специально оборудованных «климатических» камерах, где можно создать заданные температурные и
другие условия, в том числе обдувание вагона воздушным потоком, имитирующим движение поезда с необходимой скоростью. В
отдельных случаях эти испытания при благоприятных атмосферных условиях можно проводить и под открытым небом.
Средним коэффициентом теплопередачи ограждающих конструкций вагона называют количество тепла, проходящее в среднем
через 1 м2 поверхности (пола, стен, крыши, окон и т. д.) вагона за 1
ч при разности температур воздуха внутри и снаружи вагона,
равной 1°С. Для определения среднего коэффициента теплопередачи воздух внутри вагона нагревают электропечами до
установления постоянного перепада (разности) температур воздуха
внутри и снаружи вагона. За начало постоянного перепада
температур принимают тот момент, при котором достигнутое
максимальное значение перепада стабильно продержится не менее
4 ч.
Мощность электропечей, устанавливаемых в вагоне, выбирают
по данным расчета в зависимости от типа и размеров вагона,
предполагаемого значения коэффициента теплопередачи и требуемого перепада температур воздуха снаружи и внутри вагона. В
практике отечественного вагоностроения принято проводить такие
испытания при обеспечении перепада температур внутри и
снаружи вагона не менее 25° С.
Температуру воздуха внутри и снаружи вагона измеряют
дистанционными термометрами при использовании термостанции,
располагаемой вне вагона. Расход электроэнергии на обогрев
внутреннего объема вагона измеряют электросчетчиками. Термометры внутри вагона устанавливают обычно на трех уровнях
по высоте и в нескольких сечениях по его длине, примерно через
каждые 5 м. Для измерения температуры наружного воздуха
устанавливают по одному-двум термометрам около середины
внешних поверхностей боковых и торцовых стен, пола и крыши на
расстоянии —200 мм. После достижения постоянного перепада
температур снаружи и внутри вагона проводят цикл измерений в
течение расчетного периода. Для обеспечения достоверности
результатов испытаний продолжительность их расчетного периода
принимают равной не менее 8 ч для закрытых помещений и 18 ч
— для открытого воздуха.
Коэффициент теплопередачи, определяемый по средним результатам испытаний,
где W — расход электроэнергии на нагрев воздуха внутри вагона, кВт-ч; F—среднее геометрическое значение внутренней и
наружной поверхностей вагона, м2; т — продолжительность
расчетного периода испытаний, ч; ta и tH — средняя температура
соответственно внутри и снаружи вагона, ° С.
Полученный коэффициент теплопередачи сопоставляют с требуемыми значениями, установленными стандартами и технической
документацией.
Данная методика испытаний позволяет определить статиче-кий
коэффициент теплопередачи, при котором воздухообмен
внутреннего помещения вагона и окружающей среды через неплотности незначителен. Однако в реальных условиях эксплуатации условия теплообмена вагона и окружающей среды изменяются, причем влияние воздухообмена на тепловые потери вагона
оказывается весьма существенным. Исследования ВНИИВ
показали, что коэффициент теплопередачи пассажирских вагонов
зависит от скорости их движения, т. е.
Kда = K{l+Cv),
где Кда — коэффициент теплопередачи в условиях движения со
скоростью v; К — статический коэффициент теплопередачи; С —
коэффициент пропорциональности; С = 0,003÷0,007 — в
зависимости от степени герметичности кузова; v — скорость
движения, км/ч.
Герметичность конструкции кузова вагона наиболее правильно
определять, измеряя воздухообмен внутреннего объема вагона и
окружающей среды. Однако из-за методических трудностей
обычно используют косвенный метод оценки, определяя подпор
воздуха во внутренних помещениях при работающей системе
приточной вентиляции. Подпором воздуха называют избыточное
давление относительно окружающей среды при работе системы
приточной вентиляции. Подпор принято обозначить символом ∆р
358
359
и измерять в Паскалях или в мм вод. ст. (1 Па ^ 0,1 мм вод. ст.).
Методика определения подпора воздуха в пассажирских вагонах
регламентирована отраслевыми руководящими материалами.
Перед испытаниями выполняют следующие подготовительные
работы: проверяют исправность системы вентиляции и ее соответствие паспортным данным; контролируют исправность всех
дверей, окон, дефлекторов, люков и т. д. Двери, окна и другие
устройства, через которые происходит сообщение воздуха внутри
вагона с окружающей средой, после проверки плотно закрывают.
Избыточное давление (или разрежение) внутри вагона измеряют
мембранным микроманометром, например тягонапоромером ТНМП1 (модель 2007). В стационарных условиях можно использовать
жидкостные микроманометры. Во время испытаний оператор с
прибором находится внутри исследуемого вагона. Измерения
выполняют при режимах работы системы вентиляции,
установленных программой испытаний. Замеры проводят на
стоянке и при движении вагона с различными скоростями —
вплоть до конструкционной скорости (измерения при скорости 120
км/ч обязательны). Значение подпора при каждом режиме
испытаний рассчитывают как среднее арифметическое полученных
результатов. Для обеспечения необходимой статистической
достоверности опытных данных количество измерений при каждом
режиме не должно быть менее 10.
Экспериментальное определение температурно-влажностного
режима среды внутри пассажирского вагона является одним из
способов проверки теплотехнических и климатических комфортных условий проезда пассажиров. С этой целью измеряют
температуру, влажность и скорость движения воздуха в определенных точках помещений вагона в различных зонах по их
длине, ширине и высоте.
Параметры температурно-влажностного режима в вагоне следующие: температура воздуха в пассажирских и служебных
помещениях; разность температур воздуха в помещениях по
высоте и длине вагона; температура подаваемого в вагон воздуха
на выходе из вентиляционных выпусков; температура внутренних
поверхностей ограждений помещений вагона; температура поверхности кожухов отопительных приборов; относительная влажность воздуха в вагоне; скорость движения воздуха в пассажирском помещении.
Температуру воздуха, как правило, измеряют в трех сечениях
по длине вагона и на трех уровнях по высоте в каждом сечении
(100, 1000 и 1700 мм от пола). Относительную влажность воздуха
измеряют во всех сечениях в их средней зоне по высоте. Температуру измеряют термометрами сопротивления (терморезисторами и
термисторами), а влажность — аспирационными психрометрами
(психрометрами Ассмана) или гигрометрами. Для регистрации
показаний термометров сопротивления применяют термостанции
или электронные автоматические мосты. Скорости движения
360
воздуха измеряют непосредственно анемометрами или по динамическому давлению (напору) при помощи микроманометров.
Количество и расположение точек измерения, а также последовательность измерений температуры, скорости и влажности воздуха устанавливают в программе испытаний. На основании результатов испытаний оценивают общую эффективность систем
обогрева и охлаждения воздуха и проверяют обеспеченность в вагоне заданных в технической документации температурно-комфортных условий.
В комплекс теплотехнических испытаний пассажирского вагона входят работы по исследованию и определению теплотехнических характеристик и режимов работы его отдельных систем и
агрегатов оборудования. Такие работы включают определение
следующих параметров: производительности системы вентиляции
при различных условиях и режимах ее работы по скорости воздушного потока в воздуховоде; теплопроизводительности калорифера измерением температуры воздуха до и после калорифера;
теплопроизводительности водяного отопления измерением температуры воды в характерных точках разводящей системы труб,
температуры воздуха вблизи труб и расхода воды; теплопроизводительности электрического отопления замером расхода электроэнергии; холодопроизводительности холодильной установки измерением температуры воздуха до и после ее испарителя или
замером параметров хладагента (температуры и давления) в характерных точках системы; скорости и точности регулирования
автоматическими устройствами теплового режима в вагоне.
Описанные разновидности теплотехнических испытаний характерны также для вагонов городского рельсового транспорта,
рефрижераторного подвижного состава и некоторых специализированных грузовых вагонов.
§ 56. ТОРМОЗНЫЕ И ТЯГОВОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ
ИСПЫТАНИЯ
Основной целью тормозных испытаний является проверка
тормозной эффективности вагона при движении с различными
скоростями в порожнем и груженом состоянии. По результатам
тормозных испытаний оценивают условия безопасности движения
вагонов и допустимые скорости их движения. Тормозным испытаниям подвергают все вновь строящиеся вагоны, у которых
имеются отличительные конструктивные особенности тормозного
оборудования. В общем случае тормозные испытания можно
разделить на два вида испытаний: стационарные и поездные
(динамические).
При стационарных испытаниях обычно определяют и проверяют следующее: плотность воздухопроводов тормозной системы;
особенности кинематики рычажной передачи при имитации новых
и изношенных тормозных колодок и колес; время наполнения
361
тормозных цилиндров; время отпуска тормозов; выход штока
тормозных цилиндров; давления воздуха в тормозном цилиндре,
резервуарах и тормозной магистрали; стабильность работы регулятора рычажной передачи, авторежима, стояночного или ручного
тормоза; КПД рычажной передачи и т. д.
При наличии в тормозных системах вагонов электромеханических и других специальных устройств (электромагнитного
тормоза, электровоздухораспределителя, соленоидного тормоза,
срывного клапана и т. п.) при стационарных испытаниях определяют их работоспособность, силу тока и напряжение или другие
параметры, при которых обеспечивается нормальная работа этих
устройств. После стационарных испытаний, установивших
удовлетворительную работоспособность тормозов, проводят поездные испытания, главная задача которых — оценка тормозной
эффективности и надежности тормозного оборудования при
движении вагона. Экспериментально длины тормозных путей
несамоходных вагонов определяют методом «бросания» или при
испытаниях их в сцепе.
В первом случае разогнанный до заданной скорости испытуемый вагон в момент начала торможения автоматически отцепляют
от локомотива, и вагон продолжает самостоятельное движение до
остановки. Длина пути, пройденного вагоном от момента отцепки
до полной остановки, и будет фактическим тормозным путем. В
тех случаях, когда метод «бросания» неосуществим, так как
требует специального участка пути, испытуемый вагон ставят в
опытный сцеп из локомотива, опытного вагона и вагоналаборатории, а затем проводят торможение сцепа с заданной скорости тормозными средствами только испытуемого вагона без его
отцепки. При этом замеряют тормозной путь сцепа, а по соотношению весов испытуемого вагона и всего сцепа определяют
пересчетом тормозной путь опытного вагона.
При динамических тормозных испытаниях самоходных вагонов
последние самостоятельно разгоняются до заданной скорости и
тормозят до остановки. Тормозной путь равен длине пути,
пройденного вагоном (поездом) с момента начала торможения до
полной остановки. Для повышения точности эксперимента и
исключения случайных факторов при динамических тормозных испытаниях необходимо использовать не один опытный вагон, а несколько вагонов одного типа. Это обеспечивает осреднение фактических величин коэффициента трения тормозных колодок и основного удельного сопротивления. Коэффициенты трения зависят от
скорости, поэтому динамические тормозные испытания вагонов
проводят для всего диапазона скоростей движения испытуемого
вагона, повторяя каждый опыт не менее 3 раз. При наличии в
вагоне нескольких видов тормозов (пневматического, электрического и электромагнитного) длину тормозного пути определяют
при действии каждого тормоза отдельно, а затем при их совместном действии.
362
В процессе динамических тормозных испытаний определяют
следующие параметры: время и путь подготовки тормозов от
подачи сигнала торможения до появления тормозного эффекта;
время и путь торможения, при которых действует тормозное усилие; полный тормозной путь от момента подачи сигнала торможения до полной остановки; давления воздуха в тормозном цилиндре, запасном резервуаре и тормозной магистрали; усилия в
элементах рычажной передачи; выход штока тормозного цилиндра;
силы тока и напряжения питания электрических тормозных
устройств; моменты срабатывания противогазных устройств и др.
Динамические тормозные испытания обычно проводят на прямых горизонтальных участках пути с порожними и гружеными
вагонами, выполняя режимы служебного и экстренного торможения. Эффективность электрического торможения как реостатного, так и рекуперативного, обычно проверяют одновременно с
тягово-энергетическими испытаниями моторных вагонов.
Для вагонов электроподвижного состава (вагонов метрополитена, трамвая и электропоездов) большое значение имеет определение и проверка в натурных условиях их тягово-энергетических характеристик, скоростных и тормозных параметров, времени
сборки электрических схем и срабатывания аппаратов, их
коммутационных свойств, нагрева и устойчивости работы элементов
тягового оборудования и других параметров.
В общем случае при тягово-энергетических испытаниях вагонов
электроподвижного состава определяют следующие параметры:
установившуюся скорость движения вагона или поезда в порожнем состоянии и с максимальной нагрузкой на горизонтальном
участке пути при всех ходовых позициях контроллера;
наибольшую скорость при максимальной нагрузке на расчетном подъеме;
время и длину пути разгона до максимальной скорости на
характерных профилях при максимальной и номинальной нагрузках, а также скорости выхода вагона (поезда) в режим работы по
автоматической характеристике тяговых электродвигателей;
ускорения при разгоне на горизонтальном пути с момента
включения тяговых двигателей до выхода на автоматическую
характеристику, а также при каждой ступени ослабления магнитного поля двигателей и среднее значение от момента пуска до
достижения конструкционной или заданной скорости движения;
напряжения и силы тока, потребляемого тяговыми электродвигателями при различных схемах их соединения, различных
ходовых позициях и пуске порожнего и груженого вагонов;
расход электроэнергии при тяговом режиме порожнего и
груженого вагонов;
длины тормозных путей порожнего и груженого вагонов,
начиная с различной скорости начала торможения при экстренном
и служебном торможении;
363
замедления (максимальные и средние) при всех видах торможения на горизонтальном участке для порожнего и груженого
вагонов;
влияние изменения напряжения в контактной сети, а также
пульсации тока в контактной сети и цепи тяговых двигателей на
тяговые и тормозные параметры вагона при различных режимах
разгона и торможения;
класс коммутации тяговых электродвигателей при максимальных нагрузках в режимах ослабленного и полного магнитного
поля, а также при переходных процессах в период пуска и торможения вагонов;
температуру нагрева элементов тягового и вспомогательного
электрооборудования (обмоток и коллекторов тяговых двигателей,
индуктивных шунтов, резисторов и т. п.) при часовом и длительном режимах работы;
силу тока и напряжение при электрическом (рекуперативном и
реостатном) торможении на двигателях, работающих в генераторном режиме;
рекуперируемую электроэнергию в зависимости от скорости
движения вагона и напряжения потребителя;
характер переходных электромагнитных процессов в элементах
электрической схемы вагона;
безопасность движения вагонов при возможных неисправностях
отдельных приборов, аппаратов или узла электрооборудования и
т. д.
При тягово-энергетических испытаниях вагонов электроподвижного состава, оборудованных системами автоматизированного
управления движением поезда, автоматического регулирования
скорости, системами резервного пуска и т. п., дополнительно
определяют взаимодействия этих систем между собой, с электротяговым оборудованием вагона и с устройствами СЦБ. При подготовке и проведении тягово-энергетических испытаний особое
внимание обращают на соблюдение правил безопасности. Во время
испытаний многие приборы соединены с силовыми цепями
электрооборудования вагонов и представляют собой источник повышенной электроопасности для персонала. Для обеспечения безопасности всех участников испытаний необходимо строго соблюдать специальные технические и организационные мероприятия.
Тягово-энергетические испытания вагонов электроподвижного
состава представляют собой достаточно сложные научноэкспериментальные исследования. Поэтому применяемая для их
проведения аппаратура должна иметь высокий класс точности и
широкий диапазон частот. Измерительные цепи и регистрирующая
аппаратура должны исключать влияние электромагнитных и
других помех. Применяемую при тягово-энергетических и
тормозных испытаниях аппаратуру приспособляют для возможности использования автоматизированных способов обработки
получаемых экспериментальных данных.
364
§ 57. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ИСПЫТАНИЙ
Общая цель эксплуатационных испытаний — проверка правильности проектных решений, достоверности принятых допущений при теоретических расчетах и предшествующих видах
испытаний. Эксплуатационным испытаниям подвергают опытные
образцы или опытно-промышленные партии вагонов. По
установившейся практике эксплуатационные испытания вагонов
проводят в нормальных общесетевых условиях, на специальных
замкнутых маршрутах и на экспериментальных полигонах. При
общесетевой эксплуатации вагонов показатели их фактической
работоспособности определяют по отчетным материалам соответствующих служб или организуют осмотры при фиксации случаев
отцепок вагонов из поезда, при изучении их состояния во время
плановых видов ремонта, а также при выборочном освидетельствовании вагонов в поездах.
В процессе анализа информации о неисправностях имеют место
трудности, особенно при определении причин и условий
возникновения неисправностей. Трудности обусловлены тем, что
диапазон воздействий на вагон при общесетевой эксплуатации
очень широк. Последнее относится в большей мере к грузовым
вагонам, однако имеются трудности организации эксплуатационных общесетевых испытаний и для пассажирских вагонов. Эти
вагоны имеют депо приписки, но условия их эксплуатации на
отдельных постоянных маршрутах нельзя распространять на всю
сеть железных дорог (различное состояние пути, разные скорости
движения, загруженность, климатические условия и т. д.).
Перечисленные факторы приводят к большому разбросу получаемых данных при невысокой их достоверности. Влияние разброса данных эксплуатационных испытаний опытных вагонов и их
узлов в общесетевых условиях можно компенсировать увеличением
количества испытуемых объектов и применением статистических
методов обработки результатов. Однако это требует материальных
затрат и часто приводит к удлинению сроков внедрения образцов
новой техники. В то же время данные осмотров, наблюдений и
отчетные сведения МПС и других потребителей о работе вагонов
эксплуатируемого парка очень полезны для оценки надежности
вагонов серийного выпуска и обоснования рекомендаций по их
совершенствованию.
При эксплуатационных испытаниях на специальных замкнутых
маршрутах опытные вагоны постоянно находятся под наблюдением
выделенного персонала, который систематически регистрирует
показатели работ вагонов и фиксирует время появления, вид и
характер возникновения неисправностей. Анализируя результаты
эксплуатационных испытаний, полученные в опытных маршрутах,
обращают внимание на степень соответствия условий этих
испытаний общесетевым или заданным условиям. Еще в боль-
365
шей мере эти обстоятельства необходимо учитывать при испытаниях на экспериментальных полигонах. Например, эксплуатационные пробеговые испытания вагонов часто проводят на Опытном кольце ЦНИИ МПС (ст. Щербинка), где вагоны работают с
постоянной загрузкой, путевое хозяйство находится в лучшем
состоянии, чем среднесетевое, режим вождения поездов по кольцу
практически исключает соударения вагонов, движение происходит
непрерывно по кривому пути, отсутствуют воздействия на вагон
погрузочно-разгрузочных механизмов и т. д. Следовательно,
испытания вагонов на экспериментальном кольце позволяют
оценить главным образом только работу ходовых частей.
Характерной чертой эксплуатационных испытаний является их
длительность. В обычных условиях они продолжаются 6— 8
месяцев, а иногда год и более. Такая продолжительность необходима для определения надежности вагонов и их узлов с учетом
влияния погодно-климатических факторов, коррозии и т. п.
Если эксплуатационные испытания проводят с целью определения показателей надежности, то их можно ускорить увеличением повторяемости действия эксплуатационных нагрузок и
характерных их сочетаний или повышением прикладываемых
нагрузок. Например, изучать воздействие на грузовые вагоны
накладного вибратора, используемого при разгрузке, можно при
специально организованных испытаниях в течение нескольких
дней, что в 500—600 раз ускоряет получение результатов по
сравнению с испытаниями в нормальных эксплуатационных
условиях. Большое значение имеет достоверность пересчета результатов ускоренных испытаний в показатели нормальной эксплуатации. При отсутствии обоснованных методов пересчета
следует применять способ сравнительных испытаний, когда в идентичных условиях исследуют работу новой конструкции при непосредственном сопоставлении ее с конструкцией, по которой уже
имеются результаты многолетнего опыта эксплуатации.
Важной задачей эксплуатационных испытаний грузовых вагонов является определение функциональной пригодности конструкции вагона, удобства обслуживания при выполнении погрузочно-разгрузочных и ремонтных работ с использованием
механизации, а также проверка выполнения требований техники
безопасности и т. д. При эксплуатационных испытаниях пассажирских вагонов обращают внимание на эргономические и эстетические характеристики вагона.
§ 58. РАЗВИТИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ
БАЗЫ ВАГОНОСТРОЕНИЯ
Технический прогресс железнодорожного транспорта и связанные с ним задачи создания новых надежных экономичных и
удобных конструкций подвижного состава обусловливают
необходимость развития экспериментально-исследовательской
базы. Высокий технический уровень вагонов и перспективные
366
разработки их новых конструкций нельзя обеспечить без большого
объема научно обоснованных экспериментов. Поэтому как в
СССР, так и за рубежом в последние годы усилено внимание к
расширению научно-экспериментальной базы транспортного
машиностроения. Особое значение придают созданию специальных стендов, испытательных полигонов и установок, позволяющих
проводить исследования опытных конструкций подвижного состава
при характерных режимах и условиях. Наибольшее значение
имеют
климатические
лаборатории,
катковые
стенды,
испытательные полигоны, стенды для усталостных и ударных
испытаний, испытаний статическими продольными нагрузками и
т. д.
Климатические лаборатории для испытаний железнодорожного
подвижного состава имеются во многих странах. В 1961 г. в Австрии была построена первая лаборатория отдела исследований
МСЖД, названная «Вена-Арсенал». Эта лаборатория имеет две
камеры искусственного климата, размеры которых позволяют
исследовать натурные образцы вагонов и локомотивов. В одной из
камер теплотехнические испытания проводят в условиях аэродинамического обдувания объекта со скоростью 120 км/ч воздушным потоком с температурой от —45 до 50° С. В другой камере
обеспечен тот же диапазон температур при неподвижной воздушной среде. В обеих камерах можно регулировать влажность
воздуха, имитировать солнечную радиацию и т. д. В 1973 г, начаты
работы по модернизации этой испытательной станции с целью
увеличения скорости обдувания до 250 км/ч и установки в
климатической камере тормозного испытательного стенда.
Климатические лаборатории построены также в ФРГ, Франции,
Италии и США.
Проект лаборатории, превосходящей по своим техническим
характеристикам зарубежные, создан в СССР. Климатические
камеры малых размеров для испытаний отдельных агрегатов и
узлов уже функционируют в ЦНИИ МПС, ВНИТИ и ВНИИВ.
Первые катковые стенды, позволяющие имитировать работу
ходовых частей экипажа в стационарных условиях, появились в
прошлом веке для исследований паровозов. В настоящее время
известно более 20 Катковых станций различной конструкции. Наиболее известны стенды испытательной станции Витри-сюр-Сен во
Франции. Катковый стенд для испытаний локомотивов, построенный в 1933 г., неоднократно модернизировали. В 1966 г. здесь
был установлен катковый стенд для динамических испытаний
систем подрессоривания экипажей.
Катковый стенд для локомотивов позволяет проводить исследования тягового привода при переменных мощности и частоте
вращения колесных пар. Катковые устройства стенда оборудованы
гидравлическими тормозами, обеспечивающими поглощение энергии до 1400 кВтот каждой оси при максимальной скорости 200 км/ч.
Катковый стенд для исследования ходовых частей и рессорного
367
подвешивания транспортных экипажей позволяет имитировать
скорость движения от 0 до 250 км/ч при нагрузке от колесной пары
вагона на катки до 20 тс. Катки стенда могут совершать перемещения, имитирующие кинематические возмущения при движении
экипажа по рельсовому пути. Амплитуда вертикальных перемещений достигает 7,5 мм, а горизонтальных 20 мм.
В 1956 г. был построен катковый стенд для испытания тележек
вагонов в Институте железодорожного подвижного состава (ГДР).
В 1967 г. конструкция стенда была изменена для возможности
испытания натурных вагонов. Рабочие органы стенда были установлены на железобетонный подрессоренный фундамент. Для
имитации влияния неровностей пути и рельсовых стыков на поверхности катков предусмотрены специальные неровности. Для
имитации извилистого движения тележек на стенде предусмотрены
пневматические устройства с электромагнитным управлением.
Электродвигатели катков стенда можно переключать в генераторный режим, т. е. осуществлять режим торможения или тягового
сопротивления. Максимальная скорость движения на стенде
достигает 250 км/ч. Наибольшая нагрузка от колесной пары
испытуемого вагона на катки равна 30 тс. Подобные стенды построены на вагоностроительном заводе «Вагонбау Аммендорф»
(ГДР) и на заводе им. X. Цигельски (ПНР).
В СССР сооружение такого стенда предполагается на Калининском вагоностроительном заводе.
В 1972 г. в г. Пуэбло (США) начато создание каткового стенда,
который должен обеспечить испытания подвижного состава с осевыми нагрузками до 36 тс при скоростях движения до 450 км/ч.
Важнейшее значение имеют специальные испытательные
полигоны, представляющие собой обособленные от эксплуатационной сети участки железнодорожных линий, на которых проводят экспериментальные исследования различных систем подвижного состава в заданных условиях движения. Первым таким
полигоном в мире явилось Опытное кольцо ЦНИИ МПС (ст. Щербинка), построенное в 1932 г., а в последующие годы расширенное
и дополненное вспомогательными сооружениями и оборудованием.
В настоящее время это кольцо состоит из трех кольцевых путей.
Наружное кольцо длиной 6000 м представляет в плане правильную
окружность радиусом 956 м. Кольцо расположено на ровной
площадке с возвышением наружного рельса на 90 мм, что
обеспечивает возможность движения подвижного состава со
скоростями до 120—140 км/ч. Второе и третье кольца сооружены с
переменными планом и профилем пути (радиусы кривых от 400 до
1200 м, уклоны до 8%), имеют длину около 5700 м и позволяют
развивать скорости движения до 100 км/ч. Первый путь
электрифицирован и на постоянном и на переменном токе.
Испытательное кольцо длиной 8000 м имеется при Новочеркасском ордена Ленина электровозостроительном заводе
(НЭВЗ). Допустимая скорость движения на этом кольце 100—368
120 км/ч. Полигон используют как для технологических целей
(обкатки и сдачи выпускаемых НЭВЗ электровозов), так и для
экспериментальных исследований. Кольцевой испытательный путь,
близкий по размерам к первому кольцу полигона ЦНИИ МПС,
построен при Людиновском тепловозостроительном заводе.
Кроме этих специальных испытательных путей, имеются также
отдельные участки эксплуатационных линий МПС, используемые
для испытаний подвижного состава. Вагоностроительная отрасль
своего отдельного испытательного полигона пока не имеет.
Создание нового испытательного полигона, приспособленного для
исследования
подвижного
состава
с
перспективными
характеристиками, является важной проблемой отечественной
промышленности и транспорта. Такой полигон должен быть
рассчитан на скорости движения до 300—350 км/ч и приспособлен
для испытаний как магистрального подвижного состава, так и
городского транспорта.
Хороший испытательный полигон построен в ЧССР в 50 км от
Праги, вблизи г. Велим. Полигон имеет большое испытательное
кольцо (построено в 1963 г.), малое кольцо (построено в 1971 г.) и
вспомогательные сооружения. Большое экспериментальное кольцо
имеет овальную форму в плане и длину 13 277 м. Радиусы
закругления равны 1400 м, длина прямых вставок около 2000 м,
возвышение наружного рельса на кривых 150 мм. Кольцо электрифицировано и на переменном и постоянном токах. Есть возможность регулирования напряжения в контактной сети; допустимо
движение со скоростями до 200 км/ч. Малое кольцо имеет форму
неправильного овала с кривыми радиусами 300—800 м. Общая
длина кольца около 4000 м. Допускаемая скорость движения на
различных его участках 80—120 км/ч. Малое кольцо также
электрифицировано и на переменном и на постоянном токах.
Испытательный полигон в ЧССР используют на договорной основе
многие европейские страны и фирмы. Имеются экспериментальные
полигоны также при научно-исследовательских центрах железных
дорог и промышленных фирм Франции, Англии, ФРГ и Японии.
Значительные динамические нагрузки, воспринимаемые элементами вагонов, и задачи обеспечения прочностной надежности и
снижения веса обусловливают важность развития экспериментальной базы для испытаний узлов вагонов на усталостную прочность. Во ВНИИВ (и его филиалах), ЦНИИ МПС и других организациях созданы различные стенды, позволяющие исследовать
усталостную прочность натурных узлов вагонов. Оборудование
для испытаний на усталостную прочность имеется также на вагоностроительных заводах. Наибольшее распространение получили
гидропульсаторные установки, позволяющие осуществлять режим
переменного нагружения с асимметричным или симметричным
циклами при частотах 5—10 Гц и амплитудах динамической
нагрузки до 35—50 тс и более.
369
Отметим, что динамическое усилие при испытаниях на гидропульсаторах может быть ограничено малой жесткостью испытуемой детали. Тем не менее гидравлические установки удобны и
являются главным средством изучения усталостной прочности
натурных конструкций вагонов. На базе типовых гидропульсаторных машин созданы стендовые комплексы универсального и
специального назначения. В практике зарубежных стран используется гидропульсаторное оборудование фирм MTS (США),
Амслер, Шенк (ФРГ) и др. Гидропульсаторные стенды имеют
относительно небольшую быстроходность, увеличивающую время
испытаний.
В последние годы в СССР были построены вибрационно-резонансные стенды с электромагнитным возмущением. Например, в
МИИТе создан комплекс таких стендов для испытаний на усталостную прочность натурных рам тележек. На УВЗ подобный
стенд построен для испытаний на усталостную прочность соединительных балок четырехосных тележек грузовых вагонов. На
таких стендах частота нагружения зависит от жесткости испытуемой конструкции и обычно составляет 20—40 Гц. Кроме электромагнитных, известны также резонансные стенды (ЦНИИ МПС,
ЖЗТМ, ДВЗ) с механическим и пневматическим приводами. На
этих стендах возбуждаются колебания массы детали на специальном упругом основании или массы вагона на рессорном
подвешивании с отключенными гасителями колебаний.
Оригинальную конструкцию имеют стенды с электромеханическим возбуждением, применяемые для испытаний на усталостную прочность натурных образцов осей и валов вагонов и локоМОТИЕОВ. Вибрационные стенды различного типа для испытаний
на усталостную прочность подвижного состава имеются и в
исследовательских центрах зарубежных фирм. Например, в
техническом центре фирмы ACF (США) создан стенд для испытаний натурных грузовых вагонов. Длина стенда 32 м, высота
5,5 м. Стенд позволяет прикладывать к вагону продольные, боковые
и вертикальные переменные нагрузки.
Важное значение имеют стенды для испытаний вагонов и их
узлов на ударные нагрузки. Наиболее крупные такие сооружения
— механизированные горки для испытаний натурных вагонов на
соударение. Они имеются на экспериментальном полигоне ЦНИИ
МПС и на КрВЗ. Запланировано строительство горки в
Калининском филиале ВНИИВ. Горка будет состоять из наклонного разгонного участка пути, механизма или устройства для
подъема испытуемого вагона на путь разгона, и массивного упора в
тупике, воспринимающего избыточную энергию вагона (группы
вагонов) при соударении. Механизированная горка позволяет
испытывать вагоны на соударение без локомотива, а также
повышает возможности и точность регулирования режимов
соударения. В частности, на механизированной горке можно
проводить ударные испытания ресурсного характера. Для ис370
пытаний деталей автосцепок своеобразный ударный стенд-горка
имеется на БСЗ.
Помимо ударных горок, применяют также копровые установки
различного типа. Например, в ЦНИИ МПС имеется вертикальная
копровая установка с максимальной энергией удара около 40 тс-м.
На этом копре испытывают поглощающие аппараты и другие
устройства. Во ВНИИВ и ЦНИИ МПС имеются репетиционные
копры маятникового типа, позволяющие испытывать различные
узлы на повторно-ударную нагрузку в режиме ударной усталости.
При этом есть возможность наносить как сжимающие, так и
растягивающие удары и чередовать их. Частота повторных ударов
составляет 1—2 Гц в зависимости от режима испытаний. При
необходимости на копрах осуществим и режим одиночного удара.
На вагоностроительных заводах и во ВНИИВ имеются также
вертикальные
копровые
установки
малой
мощности,
приспособленные для испытаний на ударную прочность крышек
разгрузочных люков полувагонов и подобных деталей.
Большое значение для обеспечения надежности вагонов имеют
различные стенды для статических испытаний на прочность.
Особую группу составляют стенды для испытания вагонов (кузовов) продольными сжимающими и растягивающими силами.
Мощная рама такого стенда расположена на уровне оси автосцепки. Длина стенда достигает 30 м. Мощные электрогидравлические домкраты и вспомогательные устройства позволяют
создавать усилия до 400 тс. Стенды для испытаний вагонов на
растяжение-сжатие имеются в Калининском и Рижском филиалах
ВНИИВ, в ЦНИИ МПС и на КрВЗ.
Помимо рассмотренных установок, в вагоностроительной промышленности и научно-исследовательских организациях применяют и другие стенды и устройства для проверки и испытаний
различных систем и агрегатов вагонов. Во ВНИИВ, ЦНИИ МПС и
на вагоностроительных заводах имеются стенды для испытаний
тормозного оборудования, редукторов, роликовых букс, элементов
рессорного подвешивания, электрооборудования вагонов и т. д.
Важнейшим средством экспериментальных исследований подвгжного состава являются специальные вагоны-лаборатории,
оснащенные приборами и аппаратурой. Эти вагоны-лаборатории
Рис. iAo. Планировка вагона-лаборатории:
J — котельное отделение; 2 — туалет; 3 — кухня; 4 — купе проводников; 5 и € — трехместные
купе; 7 — двухместное купе; 8 — зал с приборами для измерений; 9 — мастерская; 10 —
фотолаборатория; // — дизельное отделение
371
позволяют исследовать конструкции вагона и его узлов в реальных
режимах
эксплуатации.
Современные
вагоны-лаборатории
оборудуют новейшей измерительной, регистрирующей и анализирующей аппаратурой, включая ЭВМ. Наличие мощных аккумуляторных батарей и дизель-электрических зарядных агрегатов
обеспечивает возможность длительной регистрации изучаемых
параметров. Применение ЭВМ и специализированных анализирующих устройств ускоряет процесс обработки полученной информации. Во ВНИИВ и в ЦНИИ МПС созданы вагоны-лаборатории для различных видов исследований и испытаний вагонов:
динамико-прочностных, ходовых, тормозных, теплотехнических,
тягово-энергетических и т. д. Планировка одного из вагонов-лабораторий ВНИИВ показана на рис. 145.
Кроме развития экспериментально-исследовательской базы
вагоностроения, важное значение имеет также расширение производственных мощностей экспериментальных цехов и участков,
где изготавляют и отрабатывают образцы новых опытных конструкций вагонов и их узлов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Автотормозное и пневматическое оборудование подвижного состава
рельсового транспорта. Каталог-справочник. М., НИИИнформтяжмаш, 18-5-75,
1975, 130 с.
2. Астахов П. Н., Гребенюк П. Т., Скворцова А. И. Справочник по тяговым
расчетам. М., «Транспорт», 1973. 256 с.
3. Беленький М. Н. Экономика пассажирских перевозок. М., «Транпорт»,
1974. 272 с.
4. Беренштейн М. Г., Кузьмич Л. Д., Сапожников С. А. Ускорение испытаний нового подвижного состава. — «Железнодорожный транспорт», 1974, № 4,
с. 61—65.
5. Вагоны. Конструкция, теория и расчет. Под ред. Л. А. Шадура. М.,
«Транспорт», 1973. 440 с.
6. Вагоны промышленного транспорта. М., «Металлургия», 1966. 280 с.
Авт.: В. Г. Калмыков, А. И. Качанов, Е. П. Литовченко, А. А. Будрина.
7. Вагоны СССР. Каталог-справочник. М., НИИИнформтяжмаш, 1975. 198 с.
8. Вершинский С. В., Данилов В. Н., Челноков И. И. Динамика вагона. Под
ред. д-ра техн. наук С. В. Вертинского. М., «Транспорт», 1972. 304 с.
9. Грузовые вагоны зарубежных стран. Обзорная информация. М.,
НИИИнформтяжмаш, 5-73-22, 1973. 182 с.
10. Динамика, прочность и устойчивость вагонов в тяжеловесных и скоростных поездах. Под ред. С. В. Вертинского. —В сб.: Труды ЦНИИ МПС. Вып.
425. М., «Транспорт», 1970. 208 с.
11. Железнодорожный транспорт в девятой пятилетке. (Сб. статей). М.,
«Транспорт», 1972. 240 с.
12. Зворыкин М. И., Черкез В. М. Установки кондиционирования воздуха и
холодильники пассажирских вагонов. М., «Транспорт», 1969. 264 с.
13. Исследование динамики и прочности пассажирских вагонов. Под ред. С.
И. Соколова. М., «Машиностроение», 1976. 224 с.
14. Казарииов В. М. Автотормоза. М., «Транспорт», 1974. 240 с.
15. Конструкция вагонов. Под ред. Л. А. Шадура. М., Трансжелдориздат,
1962. 416 с. Авт.: Л. А. Шадур, И. И. Челноков, Л. Н. Никольский, Г. А. Казанский, Л. А. Коган, В. Ф. Девятков, В. В. Чиркин.
16. Коломнйченко В. В., Голованов В. Г. Автосцепка подвижного состава.
М., «Транспорт», 1973. 192 с.
17. Кривой А. Л. Цистерны. М., «Транспорт», 1966. 232 с.
18. Кузьмич Л. Д., Вершинский С. В. Важный этап развития норм и методов
расчета механической части вагонов. — В сб.: Труды Всесоюзного научноисследовательского института вагоностроения. Вып. 19. М., ВНИИВ, 1972, с.
65—84.
19. Кузьмич Л. Д. Основные направления развития технического прогресса в
отрасли вагоностроения. — В сб.: Труды Всесоюзного научно-исследовательского
института вагоностроения. Вып. 27. М., ВНИИВ, 1975, с. 3—14.
20. Кузьмич Л. Д., Кост Е. Л., Самсонова С. А. Прочностные нормативные
требования к грузовым и пассажирским вагонам за рубежом. Обзорная
информация. М., НИИИнформтяжмаш, 5-75-24, 1975. 74 г.
373
21. Логинов А. И., Афанаскин Н. Е. Вагоны-самосвалы. М., «Машинострое^
ние», 1975. 192 с.
22. Никольский Е. Н. Оболочки с вырезами типа вагонных кузовов М
Машгиз. 1963. 312 с.
23. О параметрах перспективной тележки грузовых вагонов. — В сб.: Труды
Всесоюзного научно-исследовательского института вагоностроения, Вып 20. М.,
ВНИИВ, 1965, с. 3—21. Авт.: П. С, Анисимов, М, Ф. Вериго, Л, О. Грачева, А, В.
Кузнецов, Л. Д. Кузьмич, А. А. Львов, М. М. Соколов.
24. Пневматическое рессорное подвешивание локомотивов и вагонов, М ,
НИИИнформтяжмаш, 5-69-14, 1969. 78 с.
25. Проектирование систем управления подвижным составом электрических
железных дорог, М., «Транспорт», 1964, 352 с, Авт.: Н, А. Ротанов, Д. Д. Захарченко, Е. В. Горчаков, А, В. Плакс, С. В. Милютин, В, И. 'Некрасов.
26. Расчет вагонов на прочность. Под ред. Л. А, Шадура. М., «Машиностроение», 1971. 432 с,
27. Системы повышения скоростей движения пассажирских поездов в кри-,
вых участках пути за рубежом. Обзорная информация. М., НИИИнформтяжмаш, 575-15, 1975. 40 с.
28. Спнваковский А. Л. Метод выбора материалов для достижения наименьшего веса конструкций пассажирских вагонов, — В сб.: Труды МИИТ. Вып.
185, М., «Транспорт», 1964, с. 49—57.
29. Тензометрия в машиностроении. Справочное пособие. Под ред. Р. А, Макарова. М., «Машиностроение», 1975. 288 с.
30. Узлы и элементы ходовых частей и автосцепки вагонов. Реферативная
информация. М., НИИИнформтяжмаш, 5-73-24, 1970. 376 с.
31. Цельнометаллические пассажирские вагоны. М., «Транспорт», 1972, 224
с. Авт.: Г. К. Евтихеев, В. П. Егоров, С. Ф. Самохвалов, И. Н. Кост.
32. Чиркин В. В. Основные направления совершенствования параметров н
структуры парка грузовых вагонов, М., «Транспорт», 1972, 304 с.
33. Чиркин В. В., Вершинский В. В. Технология вагоностроения. М.,
«Машиностроение», 1970. 376 с.
34. Яковлев И. Н., Шаповаленко М. М. Изотермический подвижной состав.
М., «Транспорт», 1972. 240 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие (канд. техн. наук Л. Д. Кузьмич) ...........................................
3
Г л а в а I. Общие сведения ........................................................................
5
§ 1. Краткий обзор и перспективы развития вагоностроения
в СССР (канд. техн. наук Л. Д. Кузьмич) ................................
5
§ 2. Классификация вагонов и их основные технико-экономические
показатели (канд. техн. наук Л. Д. Кузьмич и инж.
Б, А. Ржавинский) ......................................................................
12
Г л а в а П. Основные исходные данные для проектирования вагонов
20
§ 3. Процесс создания новых вагонов (канд. техн. наук
Л. Д. Кузьмич) ..........................................................................
20
§ 4. Требования к габаритным размерам вагонов (канд. техн.
наук Л. Д. Кузьмич) ......................................................................
25
§ 5. Требования к прочности и ходовым качествам вагонов (канд.
техн. наук Л. Д. Кузьмич) .............................................................
36
§ 6. Проектирование и расчет сварных соединений в конструкциях
вагонов (канд. техн. наук Л. Д. Кузьмич и X. И. ПейРик)...................................................................................• • • •……….56
§ 7. Теплотехнические и санитарно-гигиенические требования
(канд. техн. наук X. И. Пейрик) ................................................... ……62
§ 8, Материалы, применяемые в вагоностроении (канд. техн.
наук X. II. Пейрик) ...................................................................
67
§ 9. Дополнительные требования, предъявляемые при проектировании вагонов (канд. техн. наук Л. Д. Кузьмич) ...
……………... 77
§ 10. Стандартизация и унификация в вагоностроении (канд.
техн. наук Л. Д. Кузьмич) .............................................................
86
Г л а в а III. Ходовые части вагонов (канд. техн. наук А. В. Кузне
цов) ...........................................................................................
89
§ 11. Общие сведения о конструкции ходовых частей ...................
89
§ 12. Колесные пары и буксовые узлы ..............................................
90
§ 13. Рессорное подвешивание
.........................................................
102
§ 14. Тележки грузовых вагонов ........................................................
112
§ 15. Тележки пассажирских вагонов ....................................................
116
§ 16. Особенности ходовых частей зарубежных вагонов .... ............121
§ 17. Перспективы развития ходовых частей вагонов ................. .…..126
Г л а в а IV. Тормозные устройства вагонов (канд. техн. наук А. В. Куз
нецов) ………………………………………………………..…130
§ 18. Основные требования к тормозным устройствам ................. 130
§ 19. Тормозные приборы и механизмы ................................................
1 32
§ 20. Тормозные рычажные передачи....................................................
145
§ 21. Перспективы развития тормозных устройств .........................
150
Г л а в а V. Автосцепное оборудование вагонов (канд. техн. наук
А. В. Кузнецов)...........................................................................
153
§ 22. Основные требования к автосцепному оборудованию ...
153
§ 23. Конструкция автосцепки .........................................................
157
§ 24. Поглощающие аппараты ...............................................................
160
375
I
§ 25. Упряжное устройство, центрирующий прибор и расцепной
привод .............................................................................................
§ 26. Перспективы развития автосцепного оборудования ....
Г л а в а VI. Грузовые вагоны ...................................................................
§ 27. Основные требования к грузовым вагонам (инж. Б. А. Ржавинский) .........................................................................................
§ 28. Платформы (инж. Б. А. Ржавинский) ..........................................
§ 29. Полувагоны (канд. техн. наук В. И. Кириллов) ......................
§ 30. Крытые вагоны (инж. Б. А. Ржавинский) ...............................
§ 31. Цистерны (инж. Б. А. Ржавинский) ......................................
§ 32. Хопперы (инж. Б. А. Ржавинский) ..........................................
§33. Изотермические вагоны (инж. Б. А. Ржавинский). ...
§ 34. Транспортеры (инж. Б. А. Ржавинский)..................................
§ 35. Думпкары и другие вагоны промышленного транспорта
(инж. Б. А. Ржавинский)...............................................................
§ 35. Особенности зарубежных грузовых вагонов (инж. Б. А. Ржа
винский) .......................................................................................
§ 37. Перспективы развития конструкций грузовых вагонов (инж.
Б. А. Ржавинский) .........................................................................
Г л а в а VII. Пассажирские вагоны (канд. техн. наук А. Л. Спиваковский) ........................................................................................
§ 38. Основные требования к пассажирским вагонам ........................
§ 39. Вагоны дальнего и межобластного сообщения ......................
§ 40. Почтовые и багажные вагоны, вагоны-рестораны ...................
§ 41. Вагоны скоростного сообщения ...................................................
§ 42. Кузова пассажирских вагонов .......................................................
§ 43. Системы отопления и водоснабжения ....................................
§ 44. Системы вентиляции и установки кондиционирования воз
духа .................................................................................................
§ 45. Системы электроснабжения и электрооборудования ....
§ 46. Особенности зарубежных пассажирских вагонов .................
§ 47. Перспективы развития конструкций пассажирских вагонов
Г л а в а VIII. Самоходные вагоны ..................................................................
§ 48. Основные требования к самоходным вагонам (канд. техн.
наук Л. Д. Кузьмич и инж. Б. М. Мысливец) .............................
§ 49. Вагоны электропоездов (инж. Б. М. Мысливец) ..................
§ 50. Вагоны дизель-поездов (инж. Б. М. Мысливец) .........................
§ 51. Вагоны метрополитена и трамвая (канд. техн. наук
В. И. Кириллов) ............................................................................
§ 52. Перспективы развития конструкций самоходных вагонов
(канд. техн. наук В. И. Кириллов и инж. Б. М. Мысливец) ......................... 342
Г л а в а IX. Испытания вагонов и экспериментально-исследователь
ская база вагоностроения .................................................................................
§ 53. Значение и виды испытаний (канд. техн. наук Л. Д. Кузь
мич) ..............................................................................................
§ 54. Прочностные и ходовые испытания (канд. техн. наук
Л. Д. Кузьмич) .........................................................................
§ 55. Теплотехнические испытания (канд. техн. наук Л. Д. Кузь
мич).................................................................................................
§ 56. Тормозные н тягово-энергетические испытания (канд. техн.
наук В. И. Кириллов) ..............................................................
§ 57. Эксплуатационные испытания (канд. техн. наук. В. И. Ки
риллов) ......................................................................................
§ 58. Развитие экспериментально-исследовательской базы ваго
ностроения (канд. техн. наук Л. Д. Кузьмич) .........................
Список литературы .............................................................................................
376
163
169
172
172
173
177
184
191
204
211
214
220
226
228
232
232
237
245
250
254
264
274
284
291
296
302
302
305
328
335
347
347
352
358
361
365
366
373