Удельный объём и удельная площадь

Рис. 3

Для предохранения тележек от попадания на них сыпучих грузов при разгрузке на вертикальных листах шкворневых и надтележечных промежуточных балок приварены специальные планки 7, 9, 11. На всех поперечных балках имеются упоры 10 и 12, ограничивающие угол открывания люков. У шкворневых балок упоры 8 совмещены со скользунами. В зоне приварки вертикальных листов шкворневых балок к стенкам хребтовой балки установлены стальные надпятниковые коробки для придания большей жесткости подпятниковыми листами и усиления соединения стенок хребтовой балки. Кроме того, к верхним и нижним полкам хребтовой балки в этом узле приварены усиливающие накладки 5 и 6. Рама снабжена двумя стальными литыми пятниками диаметром 450 мм и высотой 95 мм, с помощью которых осуществляется опора кузова на тележки.

Рис.4

Крышка люка (рис. 4) состоит из двух поперечных боковых 7, продольной передней 8 и средней 6 обвязок и усиливающей планки 3,

перекрытых штампованным листом 2 с гофрами, расположенными поперек вагона. Крышка шарнирно соединена, с двутавром хребтовой балки петлей 1. В открытом положении крышки люков размещаются к горизонтали под углом: над тележками – 23⁰, в средней части – 31⁰, над тормозным цилиндром – 27⁰. Каждая крышка люка оборудована торсионным устройством для облегчения ее поднятия после разгрузки вагона. Торсион 5, который одним концом прикреплен к крышке, а другим – к рычагу 4, шарнирно связанному с хребтовой балкой, закручивается при опускании освобожденной от запоров крышки под действием силы тяжести груза. После освобождения крышки от груза упруго деформированный торсион поднимает так, чтобы крышка люка полностью открывалась и удерживалась в этом положении до тех пор, пока не будет надобности в ее поднятии, для чего достаточно усилия одного человека.

Запор люка состоит из закидки 11, сектора 10 и планки 9. Закидка имеет два зуба. Обычно при ручном закрытии люка крышку ставят на первый зуб закидки, а затем ломом через скобу 12 поднимают ее так, чтобы запорные угольники 13 захватывались вторым, основным зубом закидки. Сектор 10 служит для исключения перемещения закидки во время движения вагона и самопроизвольного открывания крышки.

Боковая стена (рис. 5) состоит из металлической обшивки 1, верхней обвязки 2 замкнутого по всей длине сечения, нижней обвязки 3, двух угловых стоек 6, двух шкворневых 4, и восьми промежуточных 5 стоек.

Рис.5

прикрепленных к каркасу точечной сваркой.

Для большей жесткости и увеличения емкости кузова листы обшивки выштампованы в виде неглубоких корыт пологой формы, благодаря чему при выгрузке сыпучий груз не остается в углублениях. Все промежуточные стойки имеют - образную форму. К боковым стенам приварены скобы для увязки грузов и для стоек, устанавливаемых при перевязке лесоматериалов, загружаемых с «шапкой».

Торцовая дверь полувагона (рис. 6 ) состоит из двух створок, каждая из которых закреплена шарнирно на угловых стойках кузова тремя петлями. Верхняя обвязка двери 1 выполнена из гнутого профиля, нижняя 8 и боковые 7 обвязки – из уголка. Средняя обвязка 6 правой створки состоит из двух сваренных между собой гнутых Z – образных профилей, образующих коробчатое сечение. Средняя обвязка 2 левой створки выполнена из - образного профиля. Каркасы створок обшиты металлическим гофрированным листом 9. Для удержания в закрытом положении, дверь снабжена верхними и нижними запорами. Нижний запор 10 в виде шарнирно прикрепленной закидки расположен на левой створке: у закрытой двери закидка заходит за порог и не позволяет створке открываться.

Правая створка удерживается в закрытом положении левой створкой посредством верхнего запора. Этот запор состоит из запорного клина 5, скрепленного с верхней обвязкой правой створки, направляющих 4 и планки 3, которые соединены с верхней обвязкой левой створки двери. Верхний запор, при закрытии створок, замыкается сам и не позволяет им под действием распирающих усилий груза выжиматься наружу вагона. Кроме того, запор препятствует распору боковых стен полувагона. При открытом нижнем запоре, верхний запор не препятствует открыванию двери внутрь вагона.

Рис. 6

Для фиксации в открытом положении на створках имеются специальные скобы 11. Створки торцовых дверей также оборудованы скобами для лесных стоек.

Nbsp;   Рис.1

· тележки тройного и четырехкратного подвешивания (применяются для некоторых пассажирских вагонов).

Плавность хода зависит не от количества последовательно расположенных рессорных систем, а от их суммарного статического прогиба, его распределения между центральным и буксовым подвешиванием и от других факторов.

Передача нагрузки от кузова вагона на раму тележки может осуществляться через:

· среднюю поперечную раму тележки, жестко связанную с ее боковыми рамами (рис.2а). Этот способ применяется в тележках с буксовым рессорным подвешиванием;

· балку, свободно опирающуюся концами на рессоры, расположенные на раме тележки (рис.2б). Такой способ применяется в тележках с центральным рессорным подвешиванием, главным образом грузовых вагонов;

· балку, опирающуюся на продольно расположенные листовые рессоры, шарнирно подвешенные к раме тележки (рис.2в). Этот способ подвешивания не получил большого распространения, так как листовые рессоры не могут упруго воспринимать горизонтальные нагрузки;

· балку, опирающуюся на рессоры, установленные в так называемой люльке (рис.2г). Такое подвешивание позволяет применять все известные упругие элементы и широко используется в тележках пассажирских вагонов.

Рис.2

Нагрузка от кузова на надрессорную балку может передаваться центрально (от пятника кузова на подпятник тележки), рис.3а или через боковые опоры (скользуны), рис.3б. При передаче нагрузки через подпятник обеспечивается свободный поворот тележек под кузовом вагона, что значительно облегчает прохождение кривых участков пути. При передаче нагрузки через боковые опоры силы трения, возникающие между скользунами рамы кузова и надрессорной балки тележки, способствуют гашению извилистого движения тележек, которое является основной причиной боковых колебаний вагона. Наряду с положительным влиянием на плавность хода опора кузова на скользуны позволяет облегчить шкворневые балки рамы кузова и надрессорные балки тележек.

В тележках грузовых вагонов нагрузка обычно передается через центральную опору - подпятник, а в современных тележках пассажирских вагонов - через скользуны.

1-пятниковое устройство; 2- скользун; 3-кузов вагона; 4- надрессорная балка

Рис.3. Способы опирания кузова на тележки

По способу связи рамы тележки с колесными парами различают следующие конструкции:

· рама тележки непосредственно соединена с буксами (рис.4а). Такую конструкцию имеет большая часть тележек грузовых вагонов и некоторые тележки пассажирских вагонов;

· между рамой тележки и буксами расположены упругие элементы (рис.4б). В таком случае необходимы направляющие (челюсти) для ограничения перемещений букс относительно рамы;

· упругие элементы размещены между рамой тележки и балансирами, которые опираются непосредственно на буксы. Балансиры могут быть длинными, опирающимися концами на две буксы, или короткими, располагающимися над каждой буксой (рис.4в). Балансиры являются необрессоренными частями вагона. Поэтому предпочтительны короткие балансиры, при которых, кроме того, меньше изнашиваются корпуса букс и направляющие (челюсти);

· рама тележки опирается на буксы через упругие элементы при отсутствии направляющих - бесчелюстная конструкция (рис.4г). Функции направляющих в этом случае выполняют сами упругие элементы, обладающие достаточной жесткостью в горизонтальной плоскости. Такое подвешивание отличается отсутствием трущихся частей, но оно требует постановки специальных гасителей колебаний и устройства, ограничивающего большие перемещения буксы в горизонтальной плоскости. Бесчелюстное подвешивание имеют практически все тележки пассажирских вагонов железных дорог СНГ;

· рама тележки соединена с буксами посредством упругих шарниров и поводковых направляющих, ограничивающих перемещение букс в горизонтальной плоскости (рис.4д). Если трение шарниров поводков большое, то можно обходиться без гасителей колебаний;

· рама тележки шарнирно соединена с буксой при помощи отлитого заодно с корпусом буксы горизонтального рычага: упругий элемент расположен между буксой и рамой (рис.4е). Такая конструкция смягчает горизонтальные толчки, уменьшает износ гребней колес и улучшает плавность хода вагона. Резинометаллический шарнир может выполнять функции гасителя колебаний. Недостатком этой конструкции является возможное проскальзывание колес по рельсам при коротких рычагах букс вследствие изменения расстояния между колесными парами при колебаниях рамы тележки.

Рис.4. Схемы соединения рамы тележки и букс

Рамы тележек выполняют литыми или сварными из штампованных или прокатных профилей.

Тележки грузовых вагонов изготовляют с литыми боковыми рамами (боковинами) и цельнолитой надрессорной балкой.

В тележках пассажирских вагонов целесообразны рамы с балками коробчатого закрытого сечения, которые имеют малую массу и хорошо сопротивляются изгибу и кручению. Литые рамы требуют в эксплуатации незначительного ремонта, но обладают большой массой. Они преимущественно применяются в тележках грузовых вагонов. В настоящее время четырехосные грузовые вагоны железных дорог СНГ строят с тележками типа ЦНИИ – ХЗ, рис.5. Тележка типа ЦНИИ – ХЗ состоит из двух боковых рам, двух колесных пар с буксами, двух комплектов центрального рессорного подвешивания, надрессорной балки и рычажной тормозной передачи.

Под восьмиосными грузовыми вагонами применяются четырехосные тележки (рис.6), состоящие из двух двухосных тележек типа ЦНИИ-Х3, объединенных с помощью соединительной балки.

9-скользун

Рис.5. Тележка типа ЦНИИ-Х3

Рис.6

Применяется два типа соединительных балок – литая и штампосварная. Литая балка представляет собой отливку коробчатого сечения из мартеновской стали, аналогичной стали для боковых рам и надрессорных балок. Штампосварную балку изготавливают из прокатной стали марки 09Г2С. Литые балки имеют массу примерно на 500 кг большую, чем штампосварные балки. Балки штампосварной конструкции более трудоемки, а стоимость их серийного изготовления почти в 2,5 раза выше, чем литой балки.

Боковые рамы и надрессорные балки тележек ЦНИИ – ХЗ отлиты из низколегированной стали, имеющей предел прочности не менее 500 МПа, предел текучести не менее 300 МПа, относительное удлинение не менее 18 %, поперечное сужение не менее 25 %, ударную вязкость при + 20⁰ С не менее 0,5 МДж/м², при -60⁰ С не менее 0,25 МДж/м². Уральский вагоностроительный завод, например, отливает эти части из стали марки 20 ГФЛ; химический состав и механические свойства: углерода не более 0,27 %, марганца – 0,9 %, фосфора и серы не более 0,05 % каждого. Если содержание углерода более 0,27 %, то на боковине отливается буква «С».

Рессорный комплект тележки ЦНИН–ХЗ состоит из пяти, шести и семи двухрядных пружин, расположенных под каждым концом надрессорной балки. Количество пружин зависит от грузоподъемности вагона. Крайние боковые пружины комплекта поддерживают клинья гасителей колебаний, отлитые из стали и подвергнутые нормализации. На нижней опорной поверхности клина имеется кольцевой выступ, который входит внутрь поддерживающей пружины. Клинья располагаются в гнездах надрессорной балки, упираясь в ее наклонные плоскости и прижимаясь вертикальной стороной к стальным фрикционным планкам, укрепленным на боковых рамах тележки. При прогибах пружин создается необходимое трение в гасителях колебаний. Боковые перемещения надрессорной балки амортизируются поперечной упругостью пружин. Клиновые гасители колебаний служат одновременно упругой связью надрессорной балки с боковыми рамами тележки. Рессорное подвешивание тележки ЦНИИ–ХЗ имеет гибкость 0,13 – 0,232 м/МН, статический прогиб 46 – 50 мм,

Соединительная балка четырехосной тележки показана на рис.7.

Эта балка снизу по концам имеет пятники и скользуны, которыми она опирается на подпятники и скользуны надрессорных балок двухосных тележек. Сверху с вредней части соединительной балки расположены подпятники диаметром 450 мм, на который опирается пятник рамы кузова, и скользуны, поддерживающие кузов при действии боковых сил. Центральный подпятник четырехосной тележки имеет длинный шкворень, а крайние пятники центрируются короткими шкворнями с буртом в средней части, который препятствует выходу конца шкворня за пределы верхней плоскости соединительной балки. Сложность формы соединительной балки тележки обусловлена необходимостью восприятия больших вертикальных нагрузок и стесненными габаритами размещения. Нижнее очертание балки сделано таким, чтобы обеспечивались над осями внутренних колесных пар тележки зазоры 120 мм, которые требуются на случай полного сжатия пружин рессорных комплектов, допустимой разности диаметров колес и неблагоприятного совпадения допусков на изготовление. Верхнее очертание балки обусловлено стремлением уменьшить эксцентриситет между продольными осями хребтовой балки и автосцепки, а также обеспечить зазоры, необходимые для безопасного прохода вагоном сортировочной горки. Конфигурация соединительной балки в плане выбрана по условиям обеспечения свободного поворота двухосных тележек при проходе кривых и при возможном забегании боковых рам.

Тележка пассажирского вагона обычно состоит из следующих основных частей: колесных пар, букс, рамы, объединяющей колесные пары, рессорного подвешивания (буксового, расположенного между рамой тележки и буксами, и центрального, размещенного между надрессорной балкой и рамой тележки), возвращающих (люлечных) устройств, надрессорной балки с опорами кузова (подпятником и скользунами), тормозной передачи. На рис.8 показан общий вид тележки типа КВЗ-ЦНИИ-I.

Рис.8

Тележка КВЗ-ЦНИИ, обеспечивающая нормальную эксплуатацию вагонов со скоростью 160 км/ч, является типовой для большинства пассажирских вагонов. Тележка КВЗ-ЦНИИ выпускается двух типов: КВЗ-ЦНИИ-I и КВЗ-ЦНИИ-II. Первая подкатывается под кузова вагонов с массой брутто до 60т, а вторая от 60 до 72т. различаются эти тележки по жесткости рессорного подвешивания (у тележки КВЗ-ЦНИИ-II оно более жесткое). По внешнему виду тележки отличаются числом гасителей. У тележки КВЗ-ЦНИИ-I с каждой стороны ставят по одному гидравлическому гасителю колебаний, а в КВЗ-ЦНИИ-II – по два.

Для обеспечения необходимой плавности хода и безопасности движения вагона необходимо, чтобы тележка удовлетворяла определенным требованиям. Она должна обладать малой массой, особенно необрессоренных частей. Колесные пары должны иметь достаточно жесткую связь с рамой тележки в горизонтальном направлении. Тележки должны иметь минимальный момент инерции относительно вертикальной оси.

Рис.1

Анализ погрузки грузов показывает, показывает, что вагонный парк должен состоять из пяти основных типов вагонов:крытых, полувагонов, платформ, цистерн и изотермических. Из них только полувагоны не определяются "обязательными" грузами. Однако перевозка в полувагонах многих грузов более экономична, чем в других типах вагонов, и поэтому на них приходится свыше половины грузооборота дорог страны.

В перечисленных пяти типах вагонов перевозят грузы широкой номенклатуры и в этом смысле такие вагоны можно назвать универсальными.Наибольшей универсальностью обладают крытые вагоны.

Кроме универсальных вагонов, используют также специальные (спе­циализированные) вагоны, предназначенные для перевозки отдельных видов грузов (цемент, кислоты, молоко, сжиженные газы, живая рыба, тяжёлые и громоздкие грузы и т. п.), отличающихся особыми условиями перевозок. Эти грузы либо не могут перевозиться в универсальных вагонах, либо их доставка крайне нецелесообразна в этих вагонах. По­этому в парке имеются транспортёры, цементовозы, вагоны для пере­возки скота, живой рыбы, минеральных удобрений и другие спе­циальные вагоны. Структура инвентарного парка грузовых вагонов Национальной компании «КТЖ» (по состоянию на 1 августа 2002 г.) приведена в табл. 1.

Таблица 1. Инвентарный парк грузовых вагонов (в физич. ед.)

Дальнейшая специализация вагонного парка может ещё больше улучшить использование грузоподъёмности, обеспечить наибольшую сохранность груза, максимальную механизацию и ускорение погрузочно-разгрузочных операций, во многих случаях простоту конструкции, малую строительную стоимость вагона, минимальные затраты на его ремонт, сокращение расходов на подготовку вагона к перевозкам, луч­шее удовлетворение требований клиентуры.

Однако узкая специализация уменьшает возможность замены одних типов вагонов другими, усложняет регулировочную работу, повышает порожний пробег вагонов, обычно увеличивает парк вагонов и затраты на развитие пропускной способности дорог, необходимые для данного объёма перевозок, увеличивает капитальные вложения в вагонный парк и расход металла на его постройку.

Поэтому при решении вопросов универсализации и специализации вагонного парка необходимо в каждом конкретном случае всесторонне оценивать все существенные факторы, причём не только относящиеся к железнодорожному транспорту, но и к другим отраслям народного хозяйства.

Необходимо также учитывать зарубежный опыт строительства уни­версальных и специальных вагонов. Большая дальность перевозок в нашей стране может существенно сказаться на целесообразности уни­версализации или специализации вагонного парка по сравнению с выводами, справедливыми для зарубежных стран.

1.2. Параметры грузовых вагонов

Основными параметрами вагона, характеризующими его эффектив­ность, являются: грузоподъёмность, тара, число колёсных пар (осность), объём кузова, площадь пола, длина и другие линейные размеры вагона. Для сравнения вагонов между собой пользуются параметрами, пред­ставляющими отношения этих величин: удельным объёмом кузова, удельной площадью пола, коэффициентами тары, нагрузкой от колёсной пары на рельсы, нагрузкой на метр пути. Важными показателями, оце­нивающими вагон в эксплуатации, являются средняя статическая и средняя динамическая нагрузки вагона.

Правильный выбор основных параметров грузовых вагонов основыва­ется на учёте экономического развития страны, размещения производи­тельных сил, роли железных дорог в общей системе транспорта, что находит своё выражение в объёме и составе грузооборота, дальности перевозок, величине отправок грузов, размере порожнего пробега. Кроме этих факторов, существенное значение имеет уровень технического оснащения дорог, в частности, конструкция и состояние пути и мостов, длина станционных путей, вид тяги, типы локомотивов, механизмы, применяемые при погрузочно-разгрузочных операциях, а также габариты подвижного состава, формы эксплуатации вагонов, нужды обороны страны. Так как вагоны имеют длительный срок службы, вновь создаваемые конструкции должны удовлетворять не только существую­щим, но и перспективным условиям эксплуатации. Правильный выбор параметров обеспечивает наименьшие затраты общественного труда на перевозки грузов при полном обеспечении сохранности последних и безопасности движения поездов.

Перечисленные факторы по-разному влияют на параметры вагона, причём некоторые зависимости имеют противоречивый характер. Поэтому оптимальные величины основных параметров вагона следует выбирать, пользуясь определяющим фактором, т.е. фактором, всесто­ронне оценивающим рассматриваемую задачу. Таким определяющим фактором,как и при выборе типов вагонов, являются приведенные затраты.Минимум их соответствует наивыгоднейшим параметрам вагона. Рассмотрим понятия и значения основных параметров.

Удельный объём и удельная площадь

Удельным объёмомназывают отношение объёма кузова к грузоподъ­ёмности

(1.1)

где V — полный или геометрический объём кузова, м³;

Р — грузоподъёмность вагона, т.