СОВРЕМЕННЫЕ ВАГОНЫ

ХХ век, как и предыдущее время, был непростым для нашей страны: из Российской империи был образован СССР, а он в свою очередь бы преобразован в Российскую Федерацию; было пройдено шесть воин, две революции. Во всех этих преобразованиях участвовал и железнодорожный транспорт: он разрушался и восстанавливался.

Практически за неполные 60 лет в СССР был создан мощный железнодорожный транспорт, плодами которого мы пользуемся и сегодня. Что же касается вагонного парка, то основная концепция вагонов, разработанная в трудные 20-30 годы ХХ века остается пока неизменной и по ныне. В программе «Стратегия 2030…» [1.2] – основной упор делается, как и прежде, на развитие основных типов грузовых универсальных вагонов, увеличение нагрузок на колесные пары, повышение надежности вагонов, скорости движения, внедрения тяжеловесного и длинносоставного движения и т.п. Только вскользь идет речь о повышении качества и удешевления перевозок, обеспечение клиентов железных дорог специализированным подвижным составом, осуществлении перевозок «от двери до двери», о конкурентоспособности железнодорожного транспорта и развитии транспортной сети. Все это дает основание сделать следующий вывод: не смотря на изменение государственного строя, соответствующего изменения в политике железнодорожного хозяйства не произошло; для железнодорожного транспорта, во всяком случае, для подвижного состава (вагонов), советский период продолжается.

Основные закономерности и причины образования СССР и его железнодорожного транспорта мы разбирали в [1.1], но только вскользь отмечали о характеристике вагонов этого периода. В данной части нашего исследования мы, как раз, более подробно будем говорить о нем – представим вагоны этого периода развития страны, как предтечу того, с чего начинается или должен начаться новый этап развития в отечественном вагоностроении. В основу изложения мы поставили разработанный нами методклассификационного конструирования [1.1].

1. ОБЩАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ВАГОНОВ

Все многообразие вагонов (а их насчитывается у нас около 1,5 млн. шт.) можно классифицировать по следующим признакам (см. табл. 1.1):

- по назначению – пассажирские, грузовые, грузопассажирские, специальные;

- по возможности автономного движения – несамоходные и самоходные;

- по технической характеристике – в зависимости от габарита, скорости движения и ширины колеи;

- по месту эксплуатации – магистральные вагоны, промышленного и городского транспорта.

пп	Показатель классификации	В а р и а н т ы
	Назначение Вид вагонов Техническая характеристика Место эксплуатации	1)Пассажирские 2) Грузовые 3) Комбинированные 4) Специальные 5) Несамоходные 6) Самоходные 7) Габарит^* 8) Скорость движения 9) Колея* 10) Общесетевые 11) Вагоны промышленного транспорта 12) Вагоны городского транспорта
Исполнение
Примечание.^) Габариты Т –для новых и реконструированных линий, Т_Ц –для цистерн, Т_П –для полувагонов, 1-Т –для всех железных дорог России, 1-ВМ(О-Т) – для реконструированных железных дорог ОСЖД, 0-ВМ(01-Т) – для всех железных дорог ОСЖД, 02-ВМ(02-Т) – для всех железных дорог Европы, 03-ВМ(03-Т) – для железных дорог Азии; (максимальные размеры габаритов:ширина, 2В_С= 4900 мм,высота, h_c= 6400мм; 2В_Т= 3750 мм, h_Т= 5300 мм; 2В_03-ВМ= 3150 мм, h_03-ВМ= 4280 мм); ^⁾ Скорости движения грузовых/пассажирских поездов в км/ч : нормальные – 90/120; ускоренные – 100/140; скоростные – 140/200; высокоскоростные - -/более 200 км/ч. ^**)Ширина рельсовой колеи: узкая (менее 1000 мм), средняя –(1000 - 1435 мм), нормальная (1435 – 1524 мм), широкая (1600 – 1680 мм).

Табл. 1.1. Общая классификация вагонов

Рис. 1.1 Схематическое изображение классификационных признаков табл. 1.1.

Рис. 1.2.Современные вагоны (слева-направо): пассажирский, грузовой, грузопассажирский,

вагон-выставочный зал, вагон для перевозки кокса, самодвижущиеся вагоны

высокоскоростного поезда, прицепной вагон для перевозки почты.

В зависимости от объекта перевозок (назначения) различают пассажирские, грузовые, грузопассажирские (комбинированные) и специальные вагоны, не вписывающиеся в выше приведенный перечень.

Пассажирские (от фр. passager – проезжающий, совершающий поездку в общественном транспорте) вагоны 1 (табл. 1.1, рис. 1.1, рис.1.2) предназначены для перевозок людей, заключивших контракт в виде проездного билета для этого с железной дорогой. Обычно к пассажирским относят также вагоны, предназначенные для эпизодического, временного и квазипостоянного проживания людей, для размещения экспонатов музеев и личных коллекций (рис.1.2), выставок, культурных и культовых сооружений, а также объектов оказания медицинских, торговых и прочих услуг.

Грузовые (груз – товар, предназначенный для перевозок, в том числе и живой) или товарные вагоны 2 (табл. 1.1, рис. 1.1 и рис 1.2) служат для перевозок штучных (не изменяющих геометрии и веса при перевозках), навалочных (образующих кучу с углом естественного откоса), жидких (занимающих пространство подвижной, не изменяющей объема неразрывной субстанцией и газонаполненными средами) неживых и живых (люди и животные) грузов.

Грузопассажирские 3 (табл. 1.1, рис. 1.1, рис. 1.2) вагоны используются в ремонтных поездах, а также для перевозок пассажиров, как на морских паромах, со своими транспортными средствами или при перевозках небольших партий грузов (багажа) совместно с пассажирами и пр.

Класс специальных 4 (табл.1.1, рис. 1.1, рис. 1.2) постоянно расширяется по объему и ассортименту за счет специализированных вагонов. Их особенности и конструкции зависят от вида перевозимого груза, для которого они предназначены. Как правило, перевозка грузов другой номенклатуры в них не предназначена. На рис. 1.1, 4 представлена схема вагона для перевозок роторов гидравлических машин. Они вращаются при перевозке для предотвращения образования эффекта «бринелирования» на опорных поверхностях вала.

Техническая характеристика (от лат. character, свойство, признак, своеобразие) - описание совокупности отличительных свойств вагонов. Их, как правило, много и некоторые из них далее будут представлены. Здесь же рассматриваем такие наиболее значительные из них, как габарит, скорость движения и ширина колеи.

В настоящее время повсеместно на железных дорогах принята система габаритов, предельных очертаний 7 (табл. 1.1 и рис. 1.1, 1.2), устанавливающая определенные соотношения между размерами подвижного состава и инженерными сооружениями для гарантии безопасности на железных дорогах. Они впервые были сформулированы и установлены в 1860 году в Российской империи. Однако сейчас они называются французским словом габарит (от фр. gabarit – предельные очертания). Система габаритов облекается в форму государственных законов (стандартов). Им должны удовлетворять размеры эксплуатируемых вагонов. При использовании вагонов в межгосударственных перевозках их размеры должны соответствовать международным соглашениям и местным стандартам. Разновидности габаритов подвижного состава в современной России приведены в примечании к табл. 1.1 и на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Система габаритов на железных дорогах

Скорости движения вагонов 8 (табл. 1.1 и рис. 1.1, 1.2, 1.3, см. также п. 5 )на современных железных дорогах колеблются в широких пределах: от 4 – 5 км/ч (при перевозках негабаритных грузов и на промышленном транспорте) до рекордных. На сегодня абсолютный рекорд скорости на железных дорогах составляет 574,8 км/ч. Он установлен во Франции в апреле 2007 года поездом TGV. Это на сегодня самый быстрый рельсовый поезд мира. Безрельсовый поезд, японский поезд на магнитной подушке Maglev достиг в 2003 году скорости 581,2 км/час.

Вагоны предназначаются для движения с нормальными скоростями (пассажирские до 120, грузовые – до 90 км/ч), а также эксплуатируются в составах ускоренных (пассажирские до 140, грузовые – до 100 км/ч), скоростных (пассажирские – до 200, грузовые – до 120 км/ч) и высокоскоростных (пассажирские - более 200, грузовые – до 140 км/ч) поездов [1.4].

Некоторые особенные факты из истории скоростного и высокоскоростного движения на железных дорогах мира приведены ниже и в разделе 5.

Первый рекорд скорости на железных дорогах был зафиксирован в 1903 году. Тогда вагон с электрическим приводом немецкой фирмы «Сименс» развил скорость 210 км/ч. Значительно выросли скорости в 50-е годы ХХ века. Рекордной в те годы стала скорость 331 км/ч, достигнутая во Франции в 1955 году, поездом из двух электровозов СС7107 фирмы

Рис. 1.4. Поезда-рекодсмены по достижению максимальной скорости: слева - японский поезд на магнитной подвеске Maglev, рекорд которого, установленный в 2003 году составил 581,2 км/час; справа - TGV самый быстрый рельсовый поезд мира, установивший во Франции в апреле 2007 года абсолютный рекорд скорости 574,8 км/ч.

Alstom и ВВ 9004 компании Schneider и трех модернизированных пассажирских вагонов.

Последующие десятилетия прошли под знаком успехов японских специалистов. В 70-х годах ХХ века самой скоростной считалась железнодорожная магистраль Нью-Токайдо, проложенная между Токио и Осакой. Расстояние в 515 км поезд преодолевал за 3 ч 15 мин. со средней скоростью более 200 км/ч.

В 1980 году на железнодорожной линии Париж — Лион высокоскоростной поезд TGV достиг скорости 380 км/ч.

Затем в Западной Германии в 1988 году высокоскоростной поезд JCE достиг скорости 406,9 км/ч.

Французы в 1989 году довели рекорд скорости сначала до 482 км/ч, а затем в 1990 году – до 515,3 км/ч. Как уже указывалось, на сегодня самый быстрый железнодорожный поезд TGV POS 3 апреля 2007 года достиг абсолютного рекорда скорости 574,8 км/ч.

В настоящее время высокоскоростное железнодорожное сообщение распространено во многих странах Европейского сообщества. В перспективе видится создание единой европейской высокоскоростной железнодорожной сети со средней скоростью поездов 300 — 350 км/ч. Для этого предполагается проложить 9600 км новых железнодорожных путей. Ожидается, что огромные затраты быстро себя окупят, так как увеличение скорости на 1 км/ч обеспечивает рост пассажирооборота на 1%.

Большие перспективы имеет транспорт на магнитной подушке. В этой области законодателями выступают Япония и Германия. Так, уже в начале 80-х годов японцы на таком поезде достигли скорости — 337 км/ч, а затем – и 517 км/ч. В 1987 году в Германии поезда на магнитном подвешивании достигли скорости 500 км/ч.

Обобщение рекордных достижений на железных дорогах мира можно представить в следующем виде:

- самый быстрый рельсовый поезд TGV POS достиг скорости 574,8 км/ч 3 апреля 2007 года во Франции;

- рекордную маршрутную скорость имеет японский электропоезд «Нодзоми»; она составляет 261,8 км/ч (французский TGV — 259,4 км/ч);

- самую высокую среднюю маршрутную скорость 180 км/ч имеют английские дизель- поезда «Интер Сити 125» на маршруте Лондон — Эдинбург;

- самый быстрый поезд на воздушном подвешивании французский поезд «L’Aerotrain 180 Haute vitesse»; 5 марта 1974 года он достиг скорости 430,4 км/ч;

- самый быстрый поезд на магнитном подвешивании японский поезд MLX01. Он 2 декабря 2003 года на линии JR-Maglev разогнался до 581 км/ч;

- самая высокая скорость эксплуатируемых поездов на магнитном подвешивании достигнута в Китае; она составляет 431 км/ч;

- самый быстрый поезд, составленный из паровоза класса А4 № 4468 «Mallard» «Дикая утка» с составом из 6 пассажирских и одного динамометрического вагонов 3 июля 1938 года вблизи английского города Грэтем разогнался до скорости 202,7 км/ч;

- самой быстрой на реактивной тяге была американская автомотриса M-497, которая 24 июля 1966 года достигла скорости 295,8 км/ч;

- самый быстрый поезд с тепловозной тягой в 1993 году на участке Тверь-Клин (тепловоз ТЭП80-002) достиг скорости 271 км/ч.

Важнейшим параметром железной дороги является ширина колеи 9 (табл. 1.1, 1.2 и рис. 1.1) – расстояние между внутренними рабочими гранями рельсов, измеренному на 13 мм ниже поверхности катания колес по головке рельса.

Дж. Стефенсон (началом развития железнодорожного транспорта послужило открытие 25 сентября 1825 года действующей эксплуатации первой в мире железной дороги между Стоктоном и Дарлингтоном, построенной Джорджем Стефенсоном в Англии. Сегодня этот день во всем мире отмечается как день рождения железнодорожного транспорта) выбрал ширину колеи 4 фута 8,5 дюйма (1435 мм), основываясь на ширине колеи угольной вагонетки, которая в свою очередь исходит из ширины колеи римских колесниц; последняя, - определялась шириной крупа, использовавшихся тогда для вывоза грузов лошадей норийской породы (клейдесдали, першероны, битюги и т.п.). Такой же ширины была и первая дорога коммерческого назначения Ливерпуль-Манчестер протяженностью 50 км, построенная Стефенсоном в 1830 году. Его конкурент, Исламбард Кингдом Брюнель, предложил в 1833 году почти в полтора раза большую ширину колеи – 7 футов (2135 мм). Он понимал, что «стефенсоновская» колея имела некоторое начальное затратное преимущество, однако полагал, что более широкая колея в перспективе позволит увеличить скорость движения и поднять пропускную способность дорог. Брюнелю даже удалось построить Большую Западную дорогу большой ширины (кстати, для этой дороги Брюнель возвел в 1837 году мост через Темзу в Майнхеде, который стоит до сих пор и выдерживает вес поездов, вдесятеро больший, чем во время его постройки).

Однако для железнодорожного транспорта должна быть выбрана одна стандартная ширина колеи, и 12 августа 1846 года британский парламент принял «Билль о ширине колеи». Специальная комиссия установила, что строительные расходы при более широкой колее выше, но показать, как это компенсируется в процессе эксплуатации дороги, ей не удалось. Так в Великобритании, а впоследствии почти во всей Европе и Америке установился «стефенсоновский» стандарт ширины (в 1886 году американцы за два дня – 31 мая и 1 июня – перевели свою колею на стефенсоновский стандарт на участке протяженностью примерно 21 тыс. км).

Можно только гадать, как выглядел бы современный мир, окажись железнодорожная колея шире. Очевидно, что в полтора раза большая, условно говоря, пропускная способность привела бы к значительному увеличению роли железных дорог в техническом и экономическом отношении. Получив к тому же повышенную скорость движения, рельсовый транспорт мог бы составить еще более серьезную конкуренцию другим видам транспорта.

Первая российская железная дорога была построена чешским инженером Францем Герстнером между Санкт-Петербургом и Царским Селом. Движение по ней было открыто осенью 1837 года. Это событие произошло всего лишь 12 лет спустя после пуска первой в мире железной дороги в Англии. Ее длина составляла 26,7 км, а ширину колеи она имела 6 футов (1829 мм); В дальнейшем этот размер колеи больше не применялся.

В 1843 году началось строительство железной дороги Санкт-Петербург – Москва. Для нее была принята ширина колеи 5 футов (1524 мм), которая и утвердилась в качестве российского стандарта. В начале 70-х годов ХХ века в связи с внедрением прогрессивных видов тяги, повышением нагрузок на ось и ростом скоростей движения поездов ширину рельсовой колеи округлили до 1520 мм. Ожидалось, что новый размер будет способствовать улучшению взаимодействия пути и подвижного состава, повышению плавности движения поездов из-за уменьшения зазоров между колесами и рельсами и уменьшению боковых сил, действующих на рельсы. В целом ожидалось, что это приведет к повышению безопасности движения, комфортабельности езды пассажиров и к снижению затрат на содержание пути. Однако ожидания сбылись лишь для скоростей движения более 160 км/ч. Для меньших скоростей они принесли множество дополнительных проблем, не устраненных до сих пор.

Отличие российской ширины колеи от европейской (на 89 мм) было утверждено Комитетом устройства Петербурго-Московской дороги. Оно имело протекционистские и милитарные цели к сопредельным государствам. Первые, - как ожидалось, должны были препятствовать наплыву дешевых европейских

Табл. 1.2. Железные дороги мира(по состоянию на 1.01.2012 года)

пп	Колея, мм; общая длина, км	С т р а н а (протяженность железнодорожных линий данной колеи в стране в км)
		1676 мм (Аргентина-20594 км; Бангладеш-1676 км; Индия-40620 км; Иран-94 км; Пакистан-7718 км; Чили-2831 км; Шри-Ланка-1404 км). Всего 74937 км. 1668 мм (Испания-12781 км; Португалия-2576 км). Всего 15357 км. 1610 мм(Судан-716 км). Всего 716 км. 1600 мм (Австралия-3719 км; Бразилия-5679 км; Великобритания-342 км; Ирландия-1947 км; КНДР-240 км). Всего 11927 км. 1524 мм (Афганистан-25 км; Венгрия-36 км; Монголия-1815 км; Панама-76 км; Польша-646 км; Украина-23350 км; Финляндия-5865 км). Всего 31813 км. 1520 мм (Азербайджан-2125 км; Армения-852 км; Беларусь-5523 км; Грузия-1583 км; Казахстан-14400 км; Киргизия-370 км; Латвия-2379 км; Литва-2002 км; Молдова-1328 км; Россия-149000 км; Словакия-102 км; Таджикистан-480 км; Туркменистан-2187 км; Узбекистан-3380 км; Эстония-1018 км). Всего 186729 км. 1440 мм (Бразилия-194 км). Всего 194 км. 1435 мм (Австралия-15422 км; Австрия-5564 км; Албания-447 км; Алжир-3664 км; Аргентина-2739 км; Бельгия-3437 км; Болгария-4049 км; Босния и Герцоговина-1021 км; Ватикан-0,8 км; Великобритания-16536 км; Венгрия-7394 км; Венесуэла-584 км; Вьетнам-166 км; Габон-649 км; Гайана-139 км; Гвинея-279 км; Германия-40826 км; Гонконг-34 км; Греция-1565км; Дания-2859 км; Доминиканская Республика-375 км; Египет-4955 км; Израиль-610 км; Ирак-2032 км; Иран-5606 км; Испания-525 км; Италия-18071 км; Канада-36114 км; Китай-67524 км; Колумбия-150 км; КНДР-4095 км; Южная Корея-6240 км; Куба-10800 км; Лесото-3 км; Либерия-345 км; Лихтенштейн-18,5 км; Люксембург-274 км; Мавритания-750 км; Б.Р.Македония-699 км; Марокко-1907 км; Мексика-30958 км; Монако-1,7 км; Нигерия-52 км; Нидерланды-2739 км; Норвегия-4012 км; Парагвай-441 км; Перу-1608 км; Польша-21639 км; Румыния-10898 км; Саудовская Аравия-1390 км; Сирия-2423 км; Словакия-3507 км; Словения-1201 км; США-225750 км; Суринам-80 км; Тунис-471 км; Турция-8607 км; Уругвай-2073 км; Франция-31840 км; Хорватия-2296 км; Чехия-9350 км; Швейцария-3317 км; Швеция-12821 км; Югославия-4095 км; Ямайка-370 км; Япония-2893 км). Всего 710754 км. 1372 мм (Япония-90 км). Всего 90 км. 1067 мм (Австралия-14506 км: Ангола-2648 км; Ботсвана-888 км; Гондурас-349км; Доминиканская Республика-240 км; Замбия-2164 км; Зимбабве-2759 км; Индонезия-5961 км; Дем.Республика Конго-3987 км; Республика Конго-894 км; Коста-Рика-950 км; Либерия-145 км; Малави-789 км; Мозамбик-2988 км; Намибия-2382 км; Нигерия-3505 км; Н.Зеландия-3913 км; Свазиленд-297 км; Судан-4595 км; Сьерра-Леоне-84 км; Тайвань-4600 км; Танзания-969 км; Филиппины-492 км; Чили-117 км; Эквадор-965 км; ЮАР-20995 км; Япония-20657 км). Всего 102839 км. 1055 мм (Алжир-1156 км). Всего 1156 км. 1050 мм (Иордания-677 км; Сирия-327 км). Всего 1004 км. 1000 мм (Австрия-34 км; Аргентина-10154 км; Бангладеш-1822 км; Бенин-578 км; Боливия-3652 км; Бразилия-24666 км; Буркина-Фасо-620 км; Вьетнам-2249 км; Гана-953 км; Гвинея-807 км; Греция-961 км; Джибути-100 км; Индия-18501 км; Испания-644 км; Италия-112 км; Камбоджа-603 км; Камерун-1104 км; Кения-2778 км; Дем.Республика Конго-125 км; Кот-д^,Ивуар-660 км; Мадагаскар-883 км; Малайзия-1801 км; Мали-729 км; Мьянма-3991 км; Пакистан-445 км; Парагвай-60 км; Португалия-274 км; Пуэрто-Рико-96 км; Сенегал-906 км; Сингапур-39 км; Словакия-46 км; Суринам-86 км; Тайланд-3940 км; Танзания-2600 км; Того-525 км; Тунис-1687 км; Уганда-1241 км; Франция-99 км; Чили-3754 км; Швейцария-1165 км; Эфиопия-681 км). Всего 96171 км. 950 мм (Италия-1211 км; Эритрея-317 км). Всего 1528 км. 914 мм (Гайана-48 км; Гватемала-884 км; Гондурас-246 км; Колумбия-3154 км; Мексика-90 км; Панама-279 км; Перу-380 км; Сальвадор-602 км). Всего 5683 км. 800 мм(Швейцария-10 км). Всего 10 км. 785 мм (Польша-1135 км; Румыния-487 км). Всего 1622 км. 762 мм (Доминиканская Республика-142 км; Индия-3794 км; КНДР-665 км; Мозамбик-143 км; Непал-59 км; Сент-Китс и Невис-58 км; Шри-Ланка-59 км; Япония-31 км). Всего 4951 км. 760 мм (Австрия-497 км; Антигуа и Барбуда-64 км; Болгария-245 км; Боливия-39 км; Венгрия-176 км; Гаити-40 км; Чехия-94 км). Всего 1155 км. 750 мм (Аргентина-257; Греция-22 км; Индонезия-497 км; Китай-3600 км; Латвия-33 км; Словакия-5 км). Всего 4414 км. 610 мм (Антигуа и Барбуда-13 км; Бруней-13 км; Фиджи-597 км; ЮАР-436 км). Всего 1059 км. 600 мм (Ангола-123 км; Демокр Республика Конго-1026 км). Всего 1149 км. Итого в мире 1201 337 км железных дорог, из них 190000-195000 электрифицированы

товаров на российский рынок и созданию нездоровой конкуренции с более дорогими отечественными товарами, а вторые, - затрудняли бы беспрепятственное военное железнодорожное снабжение вражеских войск на нашей территории в случае возникновения военного конфликта и занятии части нашей территории врагом.

Милитарные предположения оказались верными, особенно вначале Великой Отечественной войны 1941-45 гг.

Протекционистские меры оказали отрицательное влияние на российскую экономику – перестановка вагонов на границах вызывает ничем не оправданную потерю времени и средств и затрудняет международную кооперацию железнодорожной техники.

В Западной Европе, США, Канаде железные дороги, а также новые линии в Японии имеют ширину колеи 1435 мм.

На железных дорогах стран Африки, Южной Америки, Индии и ряда других стран принята новозеландская ширина колеи 1067 мм.

В некоторых странах сохраняются узкоколейные железные дороги. Они играют определенную роль в развитии конструкции пути современных магистральных линий и в унификации ширины колеи.

Всего в мире на сегодняшний день зарегистрировано 267 государств, зависимых территорий и других самостоятельных образований. Из них в 160 странах имеются железные дороги.

Общая длина железных дорог в мире составила на сегодня 1 201 337 км; из них дороги широкой колеи имеют протяженность 251 153 км, стандартной - 710 754 км и узкой - 239 430 км.

Протяженность железных дорог в различных странах определяется многими условиями и колеблется от 225750 км (США) до 862 м (Ватикан).

В табл. 1.2 представлена характеристика железных дорог всех стран современного мира.Как видно, железные дороги могут иметь узкую (менее 1000 мм), среднюю (от 1000 до 1372 мм), нормальную (от 1435 до 1524 мм) и широкую (более 1524 мм) колею. Это определяет и размеры вагонов. При беспересадочном и бесперегрузочном железнодорожных сообщениях на пограничных станциях государств с различной шириной колеи устраиваются специальные перегрузочные пункты, на которых осуществляется перестановка вагонов с ходовых частей одной колеи на ходовые части вагонов другой колеи.

Вагоны общесетевого назначения 10 (табл. 1.1, рис. 1.1, 1.2) относятся к железнодорожному транспорту общего использования. С их помощью осуществляются внутри- и межгосударственные перевозки пассажиров и грузов в соответствии с существующими стандартами, правилами и соглашениями.

Вагоны промышленного транспорта 11 (табл. 1.1, рис. 1.1, 1.2, 1.5) относятся к железнодорожному транспорту не общего использования и не принадлежат холдингу ОАО «Российские железные дороги» (РЖД). Они, как правило, входят как составляющий элемент в технологические процессы работыразличного рода предприятий, производящих какую-либо продукцию, нуждающуюся в перевозках. С их помощью осуществляются внутри- и вне цеховые, а также внутри- и вне заводские перевозки, как правило, только грузов. Эти вагоны могут не отличаться от общесетевых. Однако, чаще – это узко специализированные грузовые вагоны, рассчитанные на малые скорости движения (в пределах 5 – 10 км/ч) и не допускаемые на железные дороги общего использования без специального разрешения ОАО РЖД.

Вагоны городского транспорта 12 (табл. 1.1, рис. 1.1, 1.2, 1.5) относятся к специализированным рельсовым системам и предназначены для массовой перевозки пассажиров в пределах населенных пунктов. Они входят, как правило, в систему городского хозяйства и соответствуют специфическим требованиям существования городов. Это вагоны метрополитена, городских железных дорог, обычного и скоростного (метротрам) трамвая.

Рис. 1.5. Вверху - вагоны промышленного транспорта (думпкары, коксосушильные вагон); внизу – вагоны городского транспорта (вагоны метро и трамвая)

Несамоходные вагоны 5 (в отличие от самоходных 6 табл. 1.1., рис. 1.1) не имеют внутреннего источника движения и для движения нуждаются в локомотивах (лат. lokus место + mōtio движение – силовая тяговая установка (машина на колесах), движущаяся по рельсовым путям и предназначенная для передвижения поездов). Эти вагоны по сложившейся традиции составляют основу вагонного парка любой страны, имеющей железнодорожный транспорт.

2. САМОХОДНЫЕ ВАГОНЫ

Вагоны метрополитена, трамвая, электро- и дизель поездов, автомотрисы, трансферкары, рельсовые автобусы и т.п. имеют внутренний источник передвижения и не нуждаются в локомотивах. Они относятся к широкому классу

Рис. 2.1.Самоходные вагоны (дизель- и электропоезда, автомотриса, трансферкар, рельсовый автобус, железнодорожный самоходный кран).

самоходных передвижных средств. Они используются практически на всех видах транспорта, кроме железнодорожного. На нем их пока не много. Они малочисленны в том числе и по следующим причинам:

- для управления каждым из них требуется высококвалифицированный специалист; от этого перевозки растут в цене;

- каждому вагону необходима силовая установка, которую использовать с другими вагонами и для других целей не удается;

- из-за силовой установки возрастает собственная масса вагона;

- вагон более сложной конструкции; поэтому высока цена его создания и эксплуатации;

- обычные вагоны используют по возможности всю длину станционных путей и блок-участков, а самоходные, - частично; от этого страдает провозная и пропускная способность железных дорог;

- эти вагоны можно использовать только при малых пассажиропотоках.

Положительные стороны самоходных вагонов могут создать:

- снижение емкости пунктов ожидания пассажиров, а за счет равномерности движения не создавать скопление пассажиров на остановках;

- условия для удовлетворения транспортного сообщения при малых пассажиропотоках;

- обстоятельства для использования большей мобильности самоходного транспорта и др.

Классификация самоходных вагонов приведена в табл. 2.1. На рис. 2.2 представлены схематические изображения самоходных вагонов, представленных в табл. 2.1, а на рис. 2.3 – реальные самоходные вагоны.

Самоходные вагоны классифицируются по:

- назначению – пассажирские городские, внегородские пригородные и междугородние, а также грузовые и комбинированные;

- составности – автономные и составные: секции и поезда;

- виду тяги - сосредоточенной в локомотиве и рассредоточенной по всем вагонам или по группам вагонов;

- энергетической передаче – электрическая, механическая, гидравлическая или другая;

- внутреннему источнику движения – электрический, ДВС, газотурбинный, паровой или другой;

- тяговому двигателю – электрический, механический, гидравлический или другой.

Среди самоходных пассажирских вагонов городского транспорта 1 (табл. 2.1, рис. 2.2) выделяются вагоны метрополитена и трамваи.

Вагоны метрополитена (от фр. metropolitain метро, городская подземная или надземная железная дорога для массовых скоростных перевозок пассажиров) – это моторные, самоходные вагоны для перевозок пассажиров. Отечественные вагоны приводятся в движение тяговыми двигателями, установленными на каждую колесную пару по схеме 12, 19 (рис.2.2), которые получают энергию через токоприемники, скользящие по контактному рельсу, расположенному сбоку от ходовых рельсов аналогично схеме 15 (рис. 2.2). На каждом вагоне установлено по четыре токоприемника – по два с каждой стороны. Управление тяговыми двигателями осуществляется дистанционно и из кабины машиниста.

Вагоны метрополитена развивают максимальную скорость до 90 км/ч и имеют 45 мест для пассажиров для сидения при максимальной вместимости 245 пассажиров.

Трамвайные (от имени изобретателя О’Трама – Трам уэй – дорога Трама) вагоны приводятся в движение тяговыми электродвигателями, получающими энергию через токоприемник от контактного провода 15 (рис. 2.2), подвешенного на высоте 5,5 – 6 м над рельсами, которые являются также и обратным проводом.

Рис. 2.2. Схематическое изображение классификационных признаков табл. 2.1.

Табл. 2.1. Классификация самоходных вагонов

пп	Показатель классификации	В а р и а н т ы
	Назначение Составность Вид тяги Энергетическая передача Внутренний источник движения Тяговый двигатель	1) Пассажирские 2) Пассажирские 3) Пассажирские 4) Грузовые 5) Комби городские внегородские внегородские пригородные междугородние 6) Автономные 7) Составные секции 8) Составные поезда 9) Сосредоточенная в локомотиве^*) 10) Рассредоточенная 11) Рассредоточенная по всем вагонам по группам вагонов 12) Электрическая 13) Механическая 14) Гидравлическая 15)Электрический 16) ДВС 17) Газотурбинный 18) Паровой 19) Электрический 20) Механический 21) Гидравлический
Исполнение
Примечание:^*)Lokomotive – фр. место+движение, самодвижущаяся по рельсам установка; впервые в 1803 году в Уэллсе и Англии изобрел Р. Тривитик. Трамвай – производное от имени изобретателя О^,Трама – трам уэй – дорога Трама. Autonomus, гр. – самоуправляющийся.

Современный трамвай имеет 2 ÷ 4 электродвигателя общей мощностью до 900 кВт, максимальную пассажировместимость до 360 чел. и может развивать скорость до 88 км/ч.

К самоходному железнодорожному транспорту для внегородских перевозок пассажиров относятся вагоны электро- и дизель-поездов и автомотрисы (рис.1.6).

Электропоезд получает энергию от внешней электрической сети. Он формируется из моторных (тяговых) и прицепных (немоторных) вагонов. Эти поезда реверсивного движения; для этого передний и задний вагоны имеют кабины машиниста.

Различают пригородные (скорость движения – до 130 км/ч) и междугородние (скорость – до 250 км/ч) поезда.

В вагоне пригородного электропоезда сообщения предусматривается перевозка сидящих и стоящих пассажиров, а в вагонах междугороднего сообщения - только сидящих.

Электропоезда в зависимости от системы электрификации железных дорог питаются постоянным или переменным током. На вагоны электропоездов отечественных железных дорог устанавливают коллекторные тяговые двигатели выпрямленного постоянного тока.

Число и взаимное расположение вагонов в отечественном электропоезде заключается в их буквенной формуле, отражающей композицию и составность поезда (секции). Так, секция из двух крайних моторных вагонов (М) и одного промежуточного вагона (П) имеет композицию (М + П + М), а составность – 2 М/П.

На пригородных железных дорогах наиболее распространены электропоезда постоянного тока ЭР-2 и переменного тока ЭР-9П составностью М и П из 10 и 12 вагонов.

Первый отечественный электропоезд междугороднего сообщения ЭР-200 имеет композицию (П + 12 М + П) и составность 14М/2П.

Дизель-поезд образуется из моторного (оборудованного дизелем) и из нескольких прицепных (немоторных) вагонов. Он используется в пригородном и местном сообщении на не электрифицированных железнодорожных линиях. Дизель-поезд может состоять из одной или нескольких секций, каждая из которых имеет 2 моторных (по концам состава) и 1 – 4 прицепных вагона. В моторном вагоне расположена кабина машиниста, силовая установка с необходимым оборудованием (внутри вагона или под ним) и салон для пассажиров. Ведущей (моторной) является первая тележка. Энергетическая передача от дизеля к ходовым частям – чаще всего гидравлическая или механическая. В прицепном вагоне, кроме пассажирского салона, иногда устраивается дополнительный пост управления поездом.

Автомотриса (фр. automotrice - самодвижущаяся) – это автономный (от гр. autonomus – самоуправляющийся) моторный самоходный вагон с двигателем внутреннего сгорания, предназначенный для пассажирских перевозок на железных дорогах с малыми пассажиропотоками. Как правило, это отдельные (автономные) вагоны с двумя кабинами управления по концам, пассажирским салоном на 60-90 мест и силовой дизельной установкой, расположенной под вагоном. Энергетическая передача от нее на колеса осуществляется, как правило,

через гидравлическую передачу и карданные валы и обеспечивает движение до 120 км/ч.

Грузовые самоходные вагоны имеют небольшое распространение. Они выполняются, как правило, в виде автономных вагонов, подобно автомотрисе, но в грузовом варианте. Наиболее характерный тип этих вагонов – трансферкар (от лат. transfero переношу, перемещаю и англ. car - вагон, тележка) – саморазгружающийся и самодвижущийся вагон, используемый на металлургических предприятиях для подачи сырья к доменным печам. Все колесные пары трансферкара имеют тяговые двигатели, которые питаются от внешней электрической контактной сети. Трансферкар в зависимости от размеров может иметь одну или две кабины управления. Скорость движения такого вагона не превышает 20 км/ч, а грузовой объем – 100 м³.

Грузопассажирские самоходные вагоны имеют, как правило, специальное назначение. Они немногочисленны и используются в основном как обсуживающий вспомогательный транспорт для различного рода ремонтных и восстановительных работ. Конструктивно они выполняются такими, какими требует их предназначение. Это, как правило, разнообразные комбинации пассажирских и грузовых самоходных вагонов, дополнительно оборудованных необходимыми системами для выполнения своего предназначения.

Различают автономные самоходные вагоны, секции и поезда.

Под автономными вагонами понимаются единичные вагоны, выполняющие роль поезда, т.е. они предназначены для самостоятельного движения (без локомотива) по железным дорогам (автомотрисы, трансферкары и им подобные).

Секция – это конструктивно законченная, способная к самостоятельному перемещению группа самоходных (с прицепными и без них) вагонов. Количество вагонов в секции колеблется от 2 до 12 (например, 2-вагонная секция вагонов метро, 4-вагонная (2М + 2П) секция электропоезда ЭР-22, 12-вагонная рефрижераторная секция 12РС и т.д.). Отличительная особенность секций – это чрезвычайно редкое самостоятельное, автономное их использование. Обычно они объединяются в поезда различной составности (рис.2.3).

Поезд из самоходных вагонов – это законченная композиция из самоходных (с прицепными и без них) вагонов, полностью использующая возможности железных дорог (длину станционных путей, пассажирских платформ и др.) с экономически целесообразной составностью по условиям перевозок пассажиров и грузов. Это 5- и 8-вагонные поезда метро, 10- и 20-вагонные пригородные электропоезда и т.д. Они, как правило, не расформировываются при эксплуатации и являются автономным образованием для самостоятельного перемещения по железным дорогам (рис.2.3).

Самоходные вагоны по своей концепции, конструкции и дизайну (от англ. design проектировать, конструировать – деятельность по проектированию внешнего облика различных изделий) выражают, прежде всего, вагонную доминанту (перевозку пассажиров и грузов), а не локомотивную, тяговую, вследствие чего их проектирование и создание осуществляется на вагоностроительных заводах.

Рис. 2.3. Двух- и пятивагонные самоходные секции, грузовые и пассажирские поезда.

3. НЕСАМОХОДНЫЕ ВАГОНЫ

Как уже отмечалось, несамоходные вагоны доминируют в вагонном парке; они составляют в нем примерно 92 – 93% [1.5, 1.6]. Положительные качества таких вагонов рассмотрены нами в разделе 2; условно их можно принять за отрицательные, для самоходных.

Среди несамоходных вагонов современного вагонного парка различают универсальные (лат. universalis – общий, всеобщий) и специализированные (лат. specialis – особый) вагоны.

Под универсальностью вагона понимается его способность перевозить разнообразные грузы или группы грузов без сколько-нибудь существенного изменения его конструкции. Этим достигается исключение или ограничение порожных пробегов вагонов в эксплуатации и ограничение количественного разнообразия типов вагонов в общем вагонном парке страны.

В универсальных вагонах трудно обеспечить оптимальные условия перевозок для всей их номенклатуры грузов (а их более 2000 наименований [1.7]). Желание осуществить перевозку какого-либо груза в наиболее оптимальных условиях побудило к созданию специализированных вагонов.

Обеспечивая оптимальные условия перевозок грузов, специализированные вагоны осложняют процесс маневрирования парком порожних вагонов, так как снижают степень его универсальности, увеличивают нехватку вагонов на отдельных направлениях, повышают порожний пробег вагонов этой категории, приводят в ряде случаев к увеличению размеров движения, что особенно нежелательно для железных дорог с большой грузонапряженностью.

Наибольший эффект от применения специализированных вагонов может быть только в условиях наличия резервов пропускной способности железных дорог и достаточного вагонного парка.

Несамоходные вагоны можно классифицировать (см. табл. 3.1 и рис. 3.1) по следующим признакам:

- по назначению – универсальные пассажирские 1, изотермические 2, и грузовые 3, специализированные по виду груза 4 и по конструкции кузова 5;

- по осности вагона – 4-х осные 6, 6-ти осные 7; 8-ми осные 8 и многоосные 9 вагоны;

- по изменяемости конструкции кузова – с изменяемой 10 и с неизменяемой 11 геометрией;

- по несущей способности конструкции – с частично несущим 15 и цельнонесущим 16 кузовом;

- по материалу конструкции – металлические 12, неметаллические 13 и композитные 14 кузова.

В универсальных пассажирских вагонах (см. рис. 1.2, 1.5, 2.1) перевозят пассажиров всех категорий, туристов, различный спецконтингент, почту, багаж, ценные грузы и т.п.

Грузовыми универсальными вагонами считаются следующие пять основных типов: крытые вагоны, полувагоны, платформы, цистерны и вагоны для перевозки скоропортящихся грузов (рис. 3.2).

Табл. 3.1. Несамоходные вагоны

пп	Показатель классификации	В а р и а н т ы
	Назначение Конструктивная схема: - осность - изменяемость кузова - материал конструкции - несущая способность	1) Универсальные^) 2) Универсальные 3) Универсальные 4) Специализиро- 5) Специализиро- пассажирские изотермические грузовые ванные^*) по виду ванные по кон- груза струкции кузова 6) 4-х осные 7) 6-ти осные 8) 8-ми осные 9) Многоосные 10) Изменяемый саморазгружающийся 11) Неизменяемый несаморазгружающийся 12) Металл 13) Неметалл 14) Комбинированный 15) Частичная 16) Полная
Исполнение
Примечание:^)Universalis – лат. общий, всеобщий. ^*)Specialis – лат. особый; stringer – анг. привязывать, скреплять – горизонтальный подкрепляющий элемент конструкции; gaufre– анг. лист с волнообразной поверхностью; spanthout –гол. – поперечное ребро конструкции. Нормативная нагрузка на колесную пару составляет: для пассажирских вагонов – 176,6 кН; для грузовых – 228 кН. Планируется выпуск пассажирских вагонов с нагрузкой 118 кН, грузовых – 245 кН.

Рис. 3.1. Схематическое изображение классификационных признаков табл. 3.1.

Рис.3.2. Основные типы универсальных несамоходных вагонов:

(крытый вагон, полувагон, платформа для универсальных

контейнеров, платформа, цистерна, автономный рефриже-

раторный вагон)

Крытые вагоны предназначаются для перевозок грузов, требующих защиты от атмосферных воздействий. Это ценные тарно-штучные грузы при повагонных отправках (промышленные товары), готовые изделия машиностроительных и других отраслей промышленности, ценные породы лесоматериалов и мебель, цветные металлы, часть продовольственных грузов, не требующих применения изотермического подвижного состава и незначительная доля насыпных грузов крытого хранения в таре (химикаты, химические и минеральные удобрения, цемент), а также зерно, овощи и другие сельхозпродукты во время сбора урожая.

Полувагоны целесообразны для перевозок навалочных грузов открытого хранения (преимущественно крупных фракций): каменного угля, кокса, минерально-строительных материалов, руды, торфа в брикетах, сланцев, а также штучных грузов (в порожнем направлении) – лесных грузов, металлических изделий, автомобилей, сельскохозяйственных машин, контейнеров.

Платформы используются для перевозок грузов, не боящихся атмосферных воздействий: машин и механизмов, строительных конструкций, лесных грузов, автомобилей, контейнеров.

Цистерны предназначены для перевозок жидких грузов всех наименований за исключением тех, которые перевозятся в собственной таре.

Изотермические вагоны используются для перевозок скоропортящихся грузов в режимах охлаждения или отепления.

Особенность или тип вагона определяется его конструктивной схемой. Она определяется осностью, особенностями кузова и его несущей способностью.

Осность или количество колесных пар, которые имеет вагон, определяет его максимальный вес в груженном состоянии, так как на каждую колесную пару (ось) установлена нормативная предельная нагрузка. Для грузовых вагонов она составляет 228 кН, для пассажирских – 176,6 кН (планируется выпуск грузовых вагонов с осевой нагрузкой 245 кН и пассажирских – 118 кН). Увеличить грузоподъемность вагона можно, если увеличить его осность или предельную нагрузку на колесную пару.

Рис. 3.3. Четырех- и восьмиосная цистерны, шестнадцати- и двадцатиосные транспортеры.

Для уменьшения динамических нагрузок приходится снижать предельную нагрузку на колесную пару или улучшать рессорное подвешивание вагонов. При этом, чем выше скорость движения, тем меньшая предельная нагрузка должна устанавливаться на колесную пару.

Рис. 3.4. Кузова вагонов на 2-осных (а), 3-осных (б), 4-осных (в), 5-осных (г) и 7-осных (д) тележках; L- длина кузова, ℓ- база вагона; ℓ_т- база тележки; 1 – кузов вагона, 2 – тележка; А, В – оси опирания кузова на тележки

В настоящее время практически весь вагонный парк нашей страны состоит из четырехосных вагонов. Имеется незначительное количество восьмиосных полувагонов и цистерн и многоосных транспортеров (рис. 3.3).

Кузов многоосного вагона для облегчения движения в кривых участках пути опирается на ходовые части в двух опорных узлах (А и В – на рис. 3.4).

Для этого все колесные пары объединяются в две специальные конструкции – тележки. В зависимости от количества колесных пар они могут быть двух-, трех-, четырех- и многоосными (рис. 3.4). Соединение кузова и тележек дает им возможность поворачиваться в опорных узлах относительно кузова в вертикальной плоскости при входе вагона в кривые участки пути.

Расстояние между опорными узлами кузова и тележки называется базой. Это один из главных размеров вагона.

За базу двухосной тележки принимается расстояние между осями колесных пар, трехосной – между осями крайних колесных пар, четырехосной – между серединами образующих ее двухосных тележек, пятиосной – между серединами двух- и трехосной тележек и т. д.

Кузов вагона является главной его частью и служит для размещения в нем пассажиров и грузов. Обычно по назначению и виду кузова устанавливается тип вагона. Каждый тип кузова имеет свою геометрию (очертания и планировку). Они могут изготавливаться из различных материалов.

Внешние очертания кузова бывают замкнутые (закрытые) и открытые.

К замкнутым конструкциям относят кузова, имеющие пол, стены и крышу. В них для осуществления погрузо-разгрузочных работ устраиваются открывающиеся двери и люки, а некоторых случаях – и бóльшие фрагменты конструкции (часть крыши, боковой стены, торцовые стены-двери, часть кузова из боковых стен и крыши и т.д.).

Для создания нормальных условий перевозок пассажиров в боковых стенах вагонов устраиваются проемы в виде окон и дверей. Такие кузова относят к категории конструкций с изменяемой геометрией 10 (табл. 3.1, рис. 3.1) – у них одни очертания в погрузо-разгрузочном состоянии, другие – в транспортном.

Открытые кузова, как правило, не имеют крыши (полувагоны) или крыши и стен (платформы и транспортеры), или крыши, стен и пола (контейнеровозы). Такие кузова могут иметь открывающиеся люки и двери (изменяемая геометрия) или не иметь их, как полувагоны с глухим (без дверей и люков) кузовом, платформы без бортов, контейнеровозы (рис.1.2, 1.6, 1.11, 1.12) и т.п. В последнем случае речь идет о кузовах с неизменяемой геометрией 11 (табл.3.1, рис. 3.1). Эти вагоны, как правило, являются несаморазгружающимися.

Под планировкой понимается фиксированное, характерное для данного типа вагона внутреннее расположение различных обустройств и приспособлений в кузове, обеспечивающее оптимальные условия перевозки пассажиров и грузов. Это различного рода перегородки, стены, полки, диваны, кресла, приспособления для крепления и замещения грузов и т.п.

Саморазгружающиеся вагоны - это вагоны, конструкция кузова которых позволяет производить их разгрузку без применения специальных погрузо-разгрузочных приспособлений, машин и механизмов. Это пассажирские вагоны, серийные грузовые полувагоны с люками в полу, цистерны с нижним сливом груза, бункерные вагоны и т.п.

Наиболее распространенным материалом для кузова являются металлы (стали) 12 (табл.3.1,рис.3.1). Они позволяют создавать прочные, надежные и технологичные конструкции, которые эксплуатируются в разнообразных условиях в течение длительного срока жизни вагона (до 30-50 лет).

До сих пор в конструкции кузовов используется древесина. Деревянными являются полы в крытых вагонах, универсальных платформах, рефрижераторных и пассажирских вагонах. Однако из-за возрастающей стоимости древесины ее применение ограничивается и постоянно снижается.

Попытки использования новых 13, 14 (табл.3.1,рис.3.1) для вагоностроения металлов (алюминия, титана и их сплавов) и искусственных материалов (неметаллов) пока не увенчались успехом из-за трудностей ремонта конструкций из таких материалов при непредвиденных обстоятельствах.

С кузовом вагона связаны рама, боковые и торцевые стены, крыша, пол и укрепленные на них обустройства, предназначенные для улучшения условий перевозок. Вне зависимости от назначения в вагоне принято различать основную несущую конструкцию, вспомогательные несущие элементы и ненесущие элементы, выполняющие специальные функции.

При этом под несущей способностью конструкции понимается ее возможность воспринимать назначенные ей эксплуатационные нагрузки в пределах требований нормативно-технической документации (НТД).

Основная несущая конструкция вагона – это совокупность его элементов, обеспечивающих необходимые жесткость, прочность и надежность при всех эксплуатационных режимах работы. К ней относятся рама, стены, крыша и пол.

Вспомогательные несущие элементы служат для восприятия некоторых нагрузок (собственного веса груза, сил инерции, распора сыпучих грузов и пр.) и передачи их на основную несущую конструкцию. К ним относят деревянный настил пола, деревянную обшивку стен, торцевые двери и крышки люков полувагонов, борта платформ, напольные решетки рефрижераторных вагонов и пр. Они, как правило, шарнирно или с помощью болтов (но не сварки!) укрепляются на основной несущей конструкции.

Ненесущие элементы выполняют специальные функции, они создают нормальные условия для перевозок пассажиров и грузов или для работы установленного на кузове оборудования, каких-либо агрегатов. Это - теплоизоляция, внутренние перегородки, двери, окна и т.д.

Рама вагона (рис. 3.5) является нижней частью основной несущей конструкции вагона. Она располагается под настилом пола. Рама, как правило, образуется из жестко соединенных (сваркой) элементов (стержней) разного сечения в плоскостную или пространственную конструкцию. Рама воспринимает большинство эксплуатационных нагрузок (продольные усилия, полезную нагрузку и пр.), действующих на вагон. Поэтому ее выполняют в виде жесткой, прочной и надежной конструкции.

Главными элементами рамы являются хребтовая и две шкворневые балки. Кроме того, раму образуют торцевые, боковые продольные и поперечные балки.

В концевых частях хребтовой балки размещается ударно-тяговое оборудование вагона. Поэтому ее основное предназначение заключается в восприятии продольных (растягивающих, усилий тяги и сжимающих, усилий торможения) нагрузок.

Шкворневые балки предназначены для восприятия вертикальных нагрузок от груза и передачи их на ходовые части через опорные узлы (пятники), которые находятся на пересечении с хребтовой балкой (А и В на рис. 3.5).

На торцевые и боковые балки устанавливаются стены кузова, вместе с которыми они образуют замкнутую силовую конструкцию вагона.

Рис. 3.5. Рама вагона: балки – 1 – хребтовая, 2 – шкворневые, 3 – боковые, 4 – торцевые (концевые), 5 – промежуточные; 6 – пятниковые узлы;

Т_р,с_.– растягивающие и сжимающие усилия;

А и В – вертикальные нагрузки от кузова на ходовые части

К промежуточным поперечным балкам крепится пол вагона и подвагонное оборудование. Частота размещения промежуточных поперечных балок, их количество и размеры определяются назначением вагона. В основном они воспринимают вертикальную нагрузку от груза и местное нагружение от прикрепленного на них оборудования.

Другие элементы кузова: стены, крыша и пол, - как правило, представляют собой металлический каркас с обшивкой (оболочкой) из металла или неметалла. Они формируются в ту или иную конструкцию в зависимости от назначения вагона.

Различают вагоны с частичной 15 и с полной 16 (табл.3.1, рис.3.1, 3.6) несущей конструкцией. Первые имеют конструкции, все элементы которой вхо-

дят в основную несущую конструкцию. Они имеют так называемые цельнонесущие кузова. Это пассажирские, рефрижераторные и цельнометаллические крытые вагоны. У вторых, - конструкция кузова или

Рис. 3.6. Частично несущие (а – несущая рама, б – несущая рама и боковые стены) и цельнонесущие (в) конструкции вагонов; жирным контуром изображены несущие элементы

открытая, или замкнутая (закрытая), но с элементами кузова (крышей, стенами), не являющимися основной несущей конструкцией. Это вагоны со свободно несущей рамой (платформенные вагоны, у которых только рама является основной несущей конструкцией вагона), с несущей рамой и боковыми стенами (полувагоны) и с несущей рамой и стенами (крытые вагоны с изменяемой геометрией крыши).

Если обшивка не соединена с подкрепляющими элементами жестко, то она будет воспринимать лишь напряжения, по величине равным критическим, т.е. тем, при которых элемент теряет устойчивость. Подкрепляющие элементы в этом случае воспринимают нагрузку, превышающую для обшивки критическую. При этом под устойчивостью принято понимать способность жесткой конструкции воспринимать нагрузки без изменения своей формы. Следует иметь в виду, что потеря устойчивости не означает разрушение материала.

В реальных конструкциях обшивка и подкрепляющие элементы всегда соединены жестко. В этом случае при совместной работе они поддерживают друг друга. Поэтому обшивка не только воспринимает постоянные критические напряжения, но и способна воспринимать дополнительную часть внешней нагрузки. Действительные напряжения в обшивке в этом случае будут выше критических, при этом больше в тех ее частях, которые располагаются ближе к подкрепляющим элементам. В такой конструкции обшивка включается в дополнительную работу лишь через закрепление (сварочный шов).

На обшивке, потерявшей устойчивость, появляются волны деформации. При этом форма, размеры такого нарушения обшивки зависят от размеров панели, соединения с подкрепляющими элементами и толщины обшивки. Так, тонкие листы обшивки (толщиной менее 1,5 мм) имеют при потере устойчивости ярко выраженные волнообразование по всей поверхности панели. Стены обшивки средней толщины (от 1,5 до 4 мм) теряют устойчивость только посередине панели. Остальная ее часть остается гладкой. У таких панелей начало волнообразования имеет место на удалении 40 – 80 мм от подкрепления. В некоторых случаях волнообразование такой обшивки могут быть незаметными для глаза.

При потере устойчивости лист обшивки перестает работать и панель превращается в рамку из подкрепляющих элементов без оболочки.

В реальных конструкциях кузовов гладкую обшивку можно найти крайне редко. Уже при изготовлении она имеет начальную погибь, которая и учитывается при проектировании.

Основная несущая конструкция кузовов современных вагонов представляет собой тонкостенную оболочку (толщиной от 1,5 до 4 мм), образующую стены, крышу и пол вагона, подкрепленную продольными, стрингерами (англ. stringer привязывать, скреплять – продольная связь кузова вагона (в виде особо прочных балок или специальных металлических конструкций), проходящая через весь корпус и придающая ему прочность и жесткость) или гофрами (фр. gaufre вафля – тонкие металлические листы с волнистой поверхностью) и поперечными (гол. spanthout – поперечное ребро судна, к которому крепится наружная обшивка) элементами (рис. 3.7).

Рис.3.7. Каркас кузова вагона: 1 – рама с настилом пола; 2 – боковые стены; 3 – крыша

Для расчета несущей способности такую конструкцию представляют в виде набора панелей.

Под панелью (рис.3.8) понимается участок тонкостенной оболочки (обшивки), заключенный в клетке, образованной двумя стрингерами (гофрами) и двумя шпангоутами силового набора кузова. При этом обшивка приваривается к стрингерам и шпангоутам.

Панели в зависимости от размеров бывают короткими (ℓ²/ Rδ < 1), средними (1 < ℓ²/ Rδ < 100) и длинными (ℓ²/ Rδ > 100). (Здесь ℓ - расстояние между

шпангоутами в панели, δ – толщина обшивки, R – радиус кривизны оболочки.) В конструкциях вагонных кузовов применяют, как правило, короткие панели.

В реальных конструкциях панели работают на сложное сочетание внешних нагрузок.

Часто в конструкциях вагонов роль стрингеров выполняют гофры. Работая с обшивкой, они хорошо воспринимают действующие на кузов нагрузки.

Графически реальная работа основной несущей конструкции с подкрепляющими элементами и листовой обшивкой представлена на рис.3.9. По мере потери устойчивости элементов кузова графическая зависимость разветвляется. На рисунке напряжения в элементах, потерявших устойчивость, изображены пунктиром. В остальных элементах, не потерявших устойчивость, напряжения с ростом нагрузок будут увеличиваться.

Рис. 3.8. Панель основной несущей конструкции кузова со стрингерами (а) и гофрами (б): 1-лист обшивки, 2-шпангоуты └ -профиля; 3-стрингеры └ -профиля, 4-гофры Ω-образного профиля

Рис. 3.9. Механика работы панелей основной несущей конструкции вагона

Литература к разделам 1…3

1.1. Чурков Н.А.,Соколов М.М., Морчеладзе И.Г.История вагоностроения. Москва. МБА, 2013. - с. 190.

1.2. "Стратегия развития железнодорожного транспорта до 2030 года", утверждена Распоряжением Правительства Российской Федерации от 17 июня 2008 года № 877-р.

1.3. Вагонный парк: в ожидании чистки рядов. Журнал "РЖД-Партнер", 16 ноября 2012 г.

1.4. Приказ Минтранса РФ №99 «О критериях определения категорий поездов для перевозки пассажиров в зависимости от скорости их движения и расстояния следования» от 18 июля 2007 г.

1.5. Аксененко Н.Е., Лапид