Кузова пассажирских вагонов

Кузов пассажирских вагонов по конструкции и размерам основных типов унифицирован. Он выполняется цельнометаллическим, сварным. Несущая конструкция выполнена в виде замкнутой оболочки с оконными и дверными проемами в стенах, длиной 23.6 м. Расположение и размеры проемов обусловлены архитектурно-планировочными решениями при проектировании вагонов. Такие цельнонесущие кузова наиболее рациональны, так как при минимальной массе они обеспечивают наибольшую прочность, устойчивость и долговечность.

-52-

Для несущих элементов конструкции кузова применяются низко-легированные и углеродистые стали различных марок с широким использованием в качестве подкрепляющих элементов обшивки, гнутые профили рациональных форм. В практике вагоностроения кузова пассажирских вагонов имеют две разновидности: со сквозной хребтовой балкой и с хребтовой балкой только в консольных частях рамы, так называемые кузова без хребтовой балки. Вагоны отечественной постройки выпускались с хребтовой балкой постоянного сечения и выпускаются в настоящее время с хребтовыми балками переменного сечения. Вагоны купейные с жесткими местами постройки Германии, изготовлены с рамами без хребтовых балок. Они состоят из несущей металлоконструкции кузова, теплоизоляции, внутренней обшивки, окон, дверей внутреннего оборудования и санитарно-технических обустройств (отопления, вентиляции, водоснабжения), а также системы энергоснабжения и освещения вагона.

Металлоконструкция кузова некупейного спального вагона, модели 61-821 (рис. 29), состоит из рамы 9 со сплошной хребтовой балкой и металлическим настилом пола 14, боковых 2 и торцевых 5 стен и крыши 1. В боковых стенах 2 кузова предусмотрены проемы 3 для окон и проемы 12 для дверей, оборудованные подножками 11 и поручнями 13. Под полом кузова размещен ящик 8 для хранения постельного белья, бывшего в употреблении. На торцевых стенах кузова также имеются проемы 7 для перехода пассажиров из вагона в вагон при движении поезда, которые со стороны тамбура закрывают дверями. Снаружи по контуру проема 7 установлена металлическая рамка 6 для крепления на ней уплотнительного элемента (суфле) упругой переходной площадки. Для подъема на крышу на торцевой стене с котловой стороны вагона

-53-

установлена откидывающаяся лестница 4. Для соединения кузова с тележками предусмотрены пятники 10. Естественная вентиляция помещения вагона осуществляется через дефлекторы 15.

Рис. 29 Кузов пассажирского вагона с хребтовой балкой

Рама кузова (рис. 30) образована хребтовой балкой 10, двумя шкворневыми 11,двумя концевыми 6 и тремя поперечными балками, размещенными между шкворневыми. Хребтовая балка 10 состоит из трех частей: двух концевых – из швеллера № 30В с толщиной стенок 9.5 мм и средней – из швеллера № 30а с толщиной стенок 6.5 мм. Применение мощного в консолях и более легкого профиля в средней части хребтовой балки обусловлено тем,

что продольные усилия, возникающие в поезде, непосредственно воспринимаются консольными частями, а в средней – частично, так как здесь в восприятии этих сил участвуют боковые стены и крыша кузова. Швеллеры средней части хребтовой балки на всей своей длине связаны между собой поперечными диафрагмами 15, а по концам

-54-

они соединены задними 4 и передними 2 упорами автосцепки, объединенными с розеткой 1. Для ограничения перемещения тягового хомута вверх к хребтовой балке сверху приварены планки 17. К вертикальным стенкам швеллеров хребтовой балки на участках между упорами 2и 4 приклепаны планки 3,защищающие стенки швеллеров от истирания поглощающими аппаратами. На участке между задними упорами и шкворневыми балками хребтовая усилена листом 16 толщиной 10 мм.

Рис. 30 Рама пассажирского вагона с хребтовой балкой

Шкворневая балка сварная, коробчатого сечения. Она состоит из двух вертикальных листов 12 толщиной 8 мм, переменной высоты по длине, нижнего фигурного листа 11 толщиной 10 мм и верхнего горизонтального листа. К нижнему листу в пересечении с хребтовой балкой на болтах крепится пятник 5, а по бокам – скользуны. Зоны размещения скользунов шкворневой балки усилены двумя ребрами 13, а надпятниковая зона – крестовиной 14, диафрагмами 21 и ребрами 22.

-55-

Концевая балка 6 выполнена из двух швеллеров №30, соединенных в середине с хребтовой балкой ударной розеткой 1 автосцепки. С хребтовой балкой снизу она связана фигурным листом 9, имеющим отбортовку 18 высотой 58 мм. Для придания достаточной жесткости концевым балкам в местах постановки на них буферов упругих площадок эти зоны усилены ребрами 8, 19 и 20 и планкой 7.

Основные поперечные балки рамы выполнены из штампованных листов Г-образной формы переменной

высоты по длине толщиной 6 мм.

Настил пола 2 (рис. 31) в консольных частях изготовлен из гладкого листа толщиной 3 мм, а на участках между шкворневыми балками 3 – из гофрированного 4 толщиной 2 мм. Соединенные сваркой концевые 1, шкворневые 3, хребтовая, основные 8 и вспомогательные поперечные, а также боковые продольные 6 балки с настилом пола 2 и 4 и подкрепляющими его поперечными балками 5 и 13 образуют жесткую конструкцию, обеспечивающую необходимую прочность кузову при действии эксплуатационных нагрузок. К вспомогательным балкам относятся: балка 7 для крепления тормозного оборудования, 9 – для высоковольтного контакторного ящика и др. Поддерживающие пол балки 5 в средней части кузова выполнены из гнутых профилей высотой 65 мм и толщиной 3 мм, а в местах расположения тамбурных перегородок – из омегаобразных профилей 13 высотой 85 мм и толщиной 3 мм. Балки 11 для крепления котла изготовлены из зетобразных профилей высотой 85 мм и толщиной 3 мм, у продольной оси рамы они стыкуются с поддерживающими пол балками такого же профиля и размера, что и балки 5 (зет № 6.5). Пол в тамбурах покрыт гладким фигурным листом 12 с вырезами для размещения подножек. Пространство над подножками на уровне пола

-56-

перекрываются откидывающимися крышками.

Рис.31 Рама пассажирского вагона с настилом пола

Боковая стена (рис. 32) кузова состоит из гофрированных листов, подкрепленных с внутренней стороны каркасом – вертикальными стойками и продольными обвязками. Обшивка надоконного пояса 3 имеет толщину 2 мм, а подоконного 5 и межоконных простенков 4 – 2.5 мм.

-57-

Рис.32 Боковая стена кузова пассажирского вагона

Каркас стены образован набором стоек 2 (зет 55х65х40х3 мм) и продольной верхней 1 и нижней 6 обвязок, выполненных из зетобразных профилей размером

соответственно 70х50х20х3 и 100х75х65х3 мм. Дверные стойки сварные из двух зетобразных профилей № 6.5 и планок, образуя омегаобразный профиль размером 200х55х65х3 мм. По их высоте приварено по три коротких уголка, а над окнами к обшивке – по три зетобразных элемента для крепления деревянных брусьев.

Торцевая стена (рис. 33) котлового конца вагона изготовлена из двух крайних гофрированных листов 7 толщиной 2 мм и среднего наддверного листа толщиной 1.4 мм. По высоте стены обшивка с внутренней стороны подкреплена ребрами 8 толщиной 2 мм, кромки которых имеют отбортовку высотой 20 мм. Сверху листы 7 приварены к дуге 2 уголкового профиля 60х50х2 мм, снизу – к обвязке 10 толщиной 2 мм, а по краям – к обшивке, подкрепленной стойками 13 и 14 зетобразного профиля 55х40х30х3 мм, в зоне дверного проема торцевая стена усилена двумя мощными противоударными стойками 11 из двутавров № 26Б1. Стойки снизу приварены к концевой балке 9 рамы, а вверху – поперечной балке 6 (швеллер №

-58-

30), образуя конструкцию, обеспечивающую жесткую связь стен и крыши. К стойкам 11 приварена П-образная рамка для крепления резинового суфле упругой площадки. Она состоит из стоек 12 и балки 4. Над балкой 4 расположен элемент 3, на который крепится козырек суфле. Балки 3, 4 и 12 выполнены из зетобразных профилей толщиной 1,4 мм. Наружная полка профиля стоек 12 по высоте подкреплена ребрами 19. Емкости для хранения угля в вагоне образованы пространством между наружной обшивкой 7, специальным листом 17, приваренным со стороны тамбура к элементам 15 и 18 и листу 16, образующим дно. Для размещения сигнальных фонарей в стене предусмотрено три выреза 5, а для безопасности подъема на крышу – поручни 1.

Рис.33 Торцевая стена пассажирского вагона

-59-

Крыша (рис. 34) состоит из металлического каркаса,

обшитого снаружи в средней части гофрированными вдоль вагона листами 1 толщиной 2 мм, а по скатам – гладкими листами 2 толщиной 2 мм. Каркас крыши сварен из боковых продольных обвязок 4 уголкового профиля 56х56х3 мм и дуг 3 зетобразного профиля 45х65х40х2.5 мм. По концам продольные обвязки соединены с поперечными балками 6, выполненными из швеллера №30. Концевые дуги 5 изготовлены из гнутых уголков 60х50х2 мм. В крыше предусмотрены отверстия с усиливающими армировками для дефлекторов, а также армированные люки для монтажа и демонтажа котла отопления, калориферов, бака для воды и вентиляционного агрегата.

Рис. 34 Крыша кузова пассажирского вагона

-60-

Рама кузова изготовлена из низколегированной стали 09Г2Д, стойки стен и дуги – из углеродистой стали 20кп, обшивка стен и крыши, а также настил пола вместе с подкрепляющими его элементами – из углеродистой стали 15кп и отдельные ненесущие элементы кузова – из стали ВСт3кп.

Для обеспечения необходимой коррозионной стойкости кузова места прилегания к нему элементов покрывают токопроводящим грунтом. Стены, пол и крышу тщательно очищают от ржавчины, окалины и сварочных брызг, обезжиривают, просушивают и покрывают грунтовкой ФЛ-ОЗк. Зоны кузова, подвергающиеся в эксплуатации интенсивной коррозии (настил пола, подоконные пояса боковых стен), покрывают грунтом ВЛ-02 или ВЛ-08, а затем антикоррозонными мастиками № 213 или № 579.

Металлоконструкция кузова без хребтовой балки незначительно отличается от кузова рассмотренной конструкции, имеющей хребтовую балку. Особенности в основном заключаются в конструктивной схеме рамы и перераспределении металла по ее элементам. Исключив хребтовую балку из средней части рамы, сделано

необходимое усиление ее консольной части и боковых балок, а также связи между продольными боковыми балками в средней части. Поэтому в консольную часть рамы (рис. 35) дополнительно введены раскосы 3 и поперечные балки 2. Концевая 1 и шкворневая 4 балки сверху и снизу перекрыты листами толщиной 10 мм. Листы имеют вырезы, форма которых соответствует конфигурации элементов консольной части рамы. Боковые продольные балки 5 рамы усиленной конструкции – уголок 160х160х14 мм, а не зетобразный профиль 100х75х6.5 мм, как у кузова с хребтовой балкой. В средней части они дополнительно связаны поперечными балками 6. В зоне

-61-

подвески подвагонного оборудования эти балки выполнены из прокатного швеллера № 14, а в остальных местах – из штампованных корытообразных элементов размером 140х60х4 мм. Увеличена также жесткость и прочность настила гофрированного металлического пола в средней части рамы, причем гофры имеют более рациональную трапецеидальную, а не радиальную форму. Толщина листов 2.5 мм, а не 2 мм, как у кузова с хребтовой балкой. Укороченные хребтовые балки 7 и шкворневые балки 4 замкнутого коробчатого сечения, сварены из листов толщиной 10 мм и усилены диафрагмами в зоне их соединения. Концевые балки 1 сварены в форме швеллера из листов толщиной 10 мм, поперечные балки 2 и раскосы 3 сварены в форме двутавров из листов толщиной 8 и 10 мм, настил пола от концевых до шкворневых балок гладкий, из листов толщиной 3 мм. Материал металлоконструкции кузова – углеродистые и низколегированные стали, аналогичные сталям, применяемым для кузова с хребтовой балкой.

Рис. 35 Рама кузова пассажирского вагона без хребтовой балки

Вместе с тем в конструкции кузова имеются непринципиальные отличия. Обшивка стен его как над окнами, так и в межоконных простенках имеют толщину 2

-62-

мм. Под окнами она осталась, как и у вагонов с хребтовой балкой, толщиной 2.5 мм. Для большей жесткости боковой обшивки под окнами поставлен подкрепляющий продольный пояс. Обшивка крыши выполнена из гладких листов (1.5 мм в средней части и 2.5 мм – на скатах), что потребовало для обеспечения ее устойчивости введения продольных зетобразных подкрепляющих элементов.

Рассмотренные конструкции кузовов, строящихся из углеродистых и низколегированных сталей, обладают недостаточной коррозионной стойкостью металлоконструкции. Поэтому в начале 90-х годов была разработана и прошла опробацию новая модель 61-836 пассажирских вагонов с кузовами из низколегированных и легированных (нержавеющих) сталей. Нижний пояс кузова выполнен из нержавеющей стали 12Х13Г18Д (ДИ-61), а межоконные простенки и верхний пояс – из низколегированной стали 10ХНДП. Обшивка надоконного пояса боковой стены и крыши выполнена из листов толщиной 2 мм, межоконных простенков – из листов толщиной 2.5 мм, а подоконного (нижнего) пояса боковых стен и настила пояса – из листов толщиной 1.5 мм. Стойки и дуги каркаса изготовлены из зетобразных профилей толщиной 2 мм, верхняя обвязка боковой стены – из зетобразного профиля толщиной 3 мм, а нижняя обвязка – из специального профиля толщиной 5 мм. Эксплуатация кузовов с обшивкой из этих сталей показала высокую их коррозионную стойкость. Срок окупаемости вагонов от удорожания их строительства находится в пределах установленных нормами – 7 лет. Однако широкого распространения эта модель не получила и была снята с производства.

Новое поколение пассажирских вагонов постройки Тверского вагоностроительного завода для скоростей движения до 160 км/ч имеют универсальную конструкцию

-63-

кузова длиной 23.974 м, выполненного в виде несущей оболочки, подкрепленной каркасом стоек, поперечных балок и продольных связей, с применением низколегированных и углеродистых сталей. На основе базового кузова созданы купейные (61-820, 61-4179, 61-4186) и некупейный (61-4177), спальные вагоны, вагоны открытого типа с креслами для сидения (61-4178), вагон-салон (61-4167), вагон-бар (61-4166), багажный и др. Металлоконструкция кузова, защитные его покрытия, отделочные материалы, системы жизнеобеспечения, а так же пожарной безопасности в вагоне получили дальнейшее развитие, отвечающее требованиям по качеству международным стандартам качества серии ИСО-9001.

Рама этих кузовов выполнена с хребтовой балкой переменного сечения (рис. 36). В консольных частях 1 она состоит из двух швеллеров № 30В-1, а в средней части 5 – из одного двутавра № 30Б-2. Боковые балки 2 выполнены из уголка № 10, балки 3 для поддержания настила пола – из гнутых швеллеров 100х60х3 мм, а несущие поперечные балки 4 – их штампованных листов переменной высоты толщиной 6 мм.

Рис. 36 Рама кузова вагона нового поколения

-64=

Конструкция кузова также изменена. В ней поддерживающие настил пола балки 1 (рис. 37,б) перенесены с внутренней поверхности кузова (рис. 37,а) наружу, что обеспечивает лучшую его защиту от коррозионных повреждений и улучшает теплотехническую изоляцию пола благодаря сокращению переходных мостиков. Нижние обвязки 2 боковых стен выполнены из уголка 100х100х8 мм, который полностью открыт для нанесения антикоррозионных покрытий по всем его поверхностям, что способствует повышению надежности работы участка стыковки пола со стенами. Стойки 3 боковых стен совмещены с дугами 4 крыши и образуют единый шпангоут. В прежних конструкциях (61-425, 61-821

и 61-836) они были смещены друг относительно друга, что ухудшало работу каркаса кузова. Пол сделан плавающим, то есть с опорой деревянного настила на металлический через резиновые амортизаторы. Такая конструкция пола позволяет гасить вибрацию металлического пола и снижать шум внутри вагона.

-65-

Рис. 37. Схемы поперечного сечения кузова:

а) вагонов старого поколения;

б) вагонов нового поколения

Кузов вагона модели 61-4170 для скоростей движения до 200 км/ч отличаются от кузова вагона для скорости движения до 160 км/ч своей формой, линейными размерами, материалом и конструкцией рамы. Его длина 24,924 м, имеет обтекаемую форму и раму с более развитой консольной частью.

Рама (рис. 38) кузова имеет хребтовую балку переменного сечения: в консольной части 6 она выполнена из двух швеллеров № 30В-1, а в средней части 3 – из двух швеллеров № 14. Боковые балки 1 выполнены из неравнопрочных уголков № 14/9, а балка 2 для поддержания пола – из гнутых швеллеров 140х50х4 мм.

-66-

Средняя часть рамы благодаря такой конструкции лежит в одной плоскости, что благоприятствует более рациональному размещению оборудования в подвагонном пространстве. Консольные части рамы усилены двумя швеллерами 5 № 30 и поперечными балками 7. Шкворневая 4 и концевая балки типовые: соответственно замкнутого коробчатого сечения и швеллер № 30.

Рис. 38 Рама кузова скоростного вагона

Пол и боковые стены кузова выполнены из нержавеющей стали, причем боковые стены – двухслойные. Наружный слой выполнен из гладких листов толщиной 1 мм, а внутренний – из гофрированных листов толщиной 1.5 мм. Оба слоя листов сварены между собой контактной сваркой.

Проведенный комплекс работ по совершенствованию противокоррозионной защиты кузовов (пароструйное обезжиривание для подготовки поверхности

-67-

с одновременным фосфотированием кузовов, комплексное покрытие внутренних поверхностей эпоксидной грунтовкой и мастикой АБМ, принципиально новая для вагоностроения технология шпатлевочно-шлифовальных работ с использованием двухкомпонентной полиэфирной шпатлевки и быстросохнущей пентофталевой краски, использование водно-дисперсионных (акрилатных) красок различной цветовой гаммы) позволяет увеличить срок службы покрытия до 20 лет.

-68-