Краткий исторический обзор возникновения и развития железнодорожного транспорта в России и за рубежом 15 страница

Начиная с 2005 г. предполагается переход к применению сталей с повышенным, до 420 Н/мм², классом прочности (табл. 3.11).

Таблица 3.11

Необходимо также понизить центр тяжести вагона, что улучшит его устойчивость в порож­нем режиме и позволит создать дополнительные объемы для перевозки сыпучих грузов. При разработке конструкции кузова вагона необходимо выполнение требований быстроты и удоб­ства выгрузки и погрузки, исключающими применение ручного труда, а также сохранности гру­зов при транспортировке.

Нефтебензиновая цистерна требует существенной модернизации. Используя накоплен­ный опыт создания и эксплуатации 8-осных безрамных цистерн на отечественных железных дорогах, принято решение использовать безрамную конструктивную схему цистерны. Ее пре­имущества состоят в существенном понижении центра тяжести, наиболее полном использова­нии пространства между тележками за счет возможного увеличения диаметра котла в сред­нем сечении, что позволит сохранить длину вагона по осям сцепления при увеличенном объеме котла и использовать существующие устройства по наливу и сливу без их модернизации.

Главным направлением совершенствования крытых вагонов предусмотрено максимальное удовлетворение требований грузоотправителей в части удобства погрузки-выгрузки, крепления и сохранности перевозимых грузов. Предусмотрено также увеличение объема кузова, усиление устройства пола наборными металлическими секциями, оборудование внутреннего помещения подвижными съемными перегородками. Разрабатывается новая конструкция дверей с устрой­ствами, предотвращающими навал груза, улучшается теплоизоляция кузова, обеспечивается воз­можность установки усовершенствованного оборудования для перевозки людей.

Основным направлением совершенствования универсальных платформ является со­гласование их размеров и технических характеристик с требованиями на перевозку новой номенклатуры грузов. Намечается повысить прочность пола за счет применения набор­ных металлических секций с усиленным покрытием. В связи с исключением перевозки сы­пучих грузов на платформах они будут выпускаться безбортными.

Платформы для перевозки контейнеров, предназначенные для эксплуатации в пассажир­ских и грузобагажных поездах, по ходовым качествам и воздействию на путь не должны отли­чаться от пассажирских вагонов. Предусмотрено оборудование их пневматическими тормозами с грузовым и пассажирским режимами. Разработана скоростная платформа для перевозки кон­тейнеров, предназначенная для эксплуатации в ускоренных грузовых поездах. Предусмотрено оборудование всех платформ поглощающими аппаратами повышенной энергоемкости.

Вагоны-хопперы с повышенными осевыми нагрузками обеспечивают значительное сокращение расходов и трудозатрат за счет улучшенных технических параметров новой конструкции. При этом время выгрузки за счет усовершенствованной конструкции раз­грузочных люков сократится на 20—25 %. Универсальность их конструкций повышается за счет возможности промывки кузова, что позволит использовать этот подвижной состав для перевозки более широкой номенклатуры сыпучих грузов.

Главное требование к кузову вагона минераловоза — повышенные антикоррозион­ные свойства. Этим требованиям в полной мере отвечает нержавеющая сталь. В случае применения углеродистых сталей должно быть использовано специальное защитное по­крытие, обеспечивающее безремонтный пробег до планового ремонта.

3.8.2. Тележка грузовых вагонов нового поколения

Отличительной особенностью создаваемой тележки вагонов нового поколения, раз­работанной Уралвагонзаводом, является широкое использование конструктивных реше­ний, направленных на улучшение ходовых качеств как в порожнем, так и в груженом режи­мах, значительное повышение ее эксплуатационной надежности.

В тележке применено рессорное подвешивание повышенной гибкости с билинейной харак­теристикой, изменен фрикционный гаситель колебаний. Между трущимися поверхностями фрик­ционного клипа, фрикционной планки и наклонной поверхностью иадрессорной балки установ­лены износостойкие прокладки. Опору боковой рамы на буксу принято выполнять в двух вари­антах: через износостойкую прокладку на кассетный подшипник; через упругую прокладку и специальный адаптер (полубуксу) на двухрядный конический подшипник кассетного типа.

9 Вагоны 19Q

В подпятниковом узле установлены износостойкая прокладка и приварное кольцо. Предус­мотрена конструкция упругих или упруго-роликовых скользунов. Тележка оборудована устрой­ством торсионного типа для отвода тормозных колодок при отпущенном тормозе. Mhoi не из пред­лагаемых конструктивных решении были испытаны на экспериментальном кольце ВНИИЖТа.

Модернизация тележки модели 18-100. Двухосные тележки грузовых вагонов модели 18-100 являются в настоящее время типовой конструкцией ходовых част ей грузового вагонного парка железных дорог колеи 1520 мм России. Вместе с тем многолетний опыт эксплуатации нескольких миллионов таких тележек, а также результаты специальных теоретических и экспериментальных исследований дают основание полагать, что конструкция тележки модели 18-100 имеет ряд недо­статков, основным из которых является ограниченный срок службы пар трения ее элементов.

Для повышения срока их службы потребовалась комплексная .модернизация конст­рукции тележки и технологии ее изготовления.

Надрессориая балка. К числу основных недостатков тележки модели 18-100 является недоста­точная износостойкость подпятникового узла надрессорной балки, что вызывает необходимость частых ремонтов узла сваркой и уменьшает безотказность тележки. Кроме того, повышенные пз- носы в данном узле ухудшают динамико-прочностные характеристики вагонов, что отрицательно сказывается не только на состоянии самих вагонов, но и увеличивает износ колес и рельсов.

В результате разработок принята конструктивная схема, при которой износостойкие полукольца устанавливаются по всей высоте наружного бурта, а прокладка (диск) свобод­но располагается па опорной поверхности подпятника. Полукольца изготовляются из ста­ли марки 20ХГСА толщиной 6,5 мм. Твердость полуколец — 255—341 НВ. Прокладка (диск) изготовляется из стали марки 30 ХГСА толщиной 6,5 мм. Эксплуатационные испы­тания подтвердили, что данная модернизация обеспечивает увеличение износостойкости подпятникового узла в 3—5 раз. Кроме того, с целыо повышения срока службы на наклон­ные трущиеся поверхности надрессорных балок устанавливаются износостойкие планки.

Одним из способов улучшения динамических качеств тележек является совершенство­вание конструкции боковых опор — скользунов. При разработке боковых опор тележки была принята конструкция скользунов двойного действия (упруго-роликовых). Для выявле­ния эффективности установки упруго-роликовых скользунов на тележку модели 18-100 пла­нируется проведение ходовых динамических испытаний тележек с такими скользунами.

Боковая рама тележка. На основании анализа данных о повреждениях трещинами литых боковых рам тележки модели 18-100, обнаруженных в эксплуатации, выявлено, что основная доля повреждений приходится на наружный угол буксового проема (~ 75 %) и надбуксовую зону (« 5 %). В целях повышения их эксплуатационной надежности Г'УП «ПО Уралвагонза­вод» была разработана конструкция боковой рамы с коробчатым сечением концевых частей, опирающихся на буксы.

Расчетами и проведенными испытаниями установлено, что прочность сечения буксо­вого проема в надбуксовой зоне увеличивается на 15—25 % по сравнению с боковой ра­мой, имеющей тавровое сечение. Кроме того, с целыо повышения износостойкости фрик­ционных планок сталь 45 заменена сталью 40Х.

Изготовление пружин рессорного подвешивания из шлифованного прутка повысило усталостную долговечность пружин.

Внедрение всех перечисленных мероприятий в целом должно в значительной степени повысить межремонтные сроки службы вновь изготовляемых тележек модели 18-100 и их эксплуатационную надежность.

Конструкция тележки модели 18-100 рассчитана на возможность массового производства, позволяющего высоко механизировать и автоматизировать изготовление ее деталей и узлов.

Производство тележек модели 18-100 на Уралвагонзаводе, включая отливку, штам­повку и механическую обработку деталей, а также сборку узлов, осуществляется поточ­ным методом с применением наиболее рационального оборудования и оснастки.

Стабильность технологии изготовления основных литых деталей тележки и оценка их прочности периодически проверяется прочностными и усталостными испытаниями.

В качестве альтернативной тележки АО «Ижорские заводы» создает штампосварную конструкцию, в которой гашение вертикальных и горизонтальных колебаний осуществля­ется с помощью гидравлических гасителей.

3.8.3. Букса с подшипниками кассетного типа

Взамен цилиндрических роликовых подшипников в настоящее время в буксах грузо­вых и пассажирских вагонов внедряются кассетные подшипники. Такой буксовый узел имеет существенные преимущества перед обычным узлом. В их числе компактность конструк­ции, уменьшенная масса, возможность реализации скоростей движения более 200 км/ч, повышенная ремонтопригодность, увеличенная эксплуатационная надежность за счет рез­кого сокращения числа отказов по торцевому креплению, износам и разрушению се­параторов, повышенная гарантийная ответственность изготовителя (до 8—10 лет), сокра­щение не менее чем в 2 раза площади колесно-роликовых производственных участков и штата обслуживающего персонала.

Рис. 3.64. Кассетный буксовый узел: 7 — уп­лотнительный кожух (передний и задний); 2 — упорное кольцо (переднее); 3 —стопор­ная шайба; 4 — болт; 5 — передняя крепи­тельная крышка; 6 — внутреннее кольцо; 7 — наружное кольцо; 8 — сепаратор; 9 — дистанционное кольцо; 10 — конический ро­лик; 11 — задняя крепительная крышка

Отечественный буксовый узел кассетного типа для грузовых и пассажирских вагонов в га­баритах 130 х 230 х 150 мм (130 — диаметр шейки оси, 230 — наружный диаметр. 150 — дайна) показан на рис. 3.64.

При подкатке в грузовую тележку модели 18-100 колесной пары с напрессованными в холодном состо­янии на ее шейки буксовыми узлами кассетного типа необходима специальная деталь — полубукса. Она предназначена воспринимать от боковой рамы тележ­ки радиальные и осевые нагрузки, передавать их па кассетный буксовый узел, а также ограничивать пе­ремещение колесной пары поперек и вдоль вагона.

В качестве материала полубуксы использован алюминиевый сгшав АМгб ГОСТ 4784-65, поскольку к этому времени был выполнен большой комплекс проектно-конструкторских и технологических работ по созданию алюминиевых корпусов букс грузовых вагонов, изготовлены опытно-промышленные их партии, проведены стендовые и длительные эксплуатационные испытания.

Наружная поверхность полубуксы в верхней ее части выполнена так же, как и в алюмини­евых корпусах букс из прессованных труб ТФ-2, ТФ-5 и из штампованной заготовки. Потолок между опорными выступами в поперечном сечении имеет переменную толщину, уменьша­ющуюся от центральной вертикальной плоскости к опорным выступам.

Рис. 3.65. Полубукса (адаптер) кассетного буксового узла тележки грузового вагона

Это обеспечивает оптимальную податливость верхней части и способствует более равномерному распределению нагрузки между роликами двухряд­ного конического подшипника, увеличивая его долговечность. Фактическая масса такой полубук­сы составляет 12,7 кг. Одновременно был разрабо­тан адаптер (полубукса) из стальной литой заготов­ки (рис. 3.65), масса которого равна 32 кг.

Колесные пары вагонов нового поколения. Коле­са устанавливаются на подступичные части оси методом прессовой посадки, обеспечивающей на­дежную работу на весь срок службы. Зоны перехо­дов от ступицы к диску и от диска к ободу выпол­няются без «перегибов» для максимального сниже­ния концентраторов напряжений. Диск упрочняет­ся наклепом дробью, толщина обода обеспечивает возможность многократного восстановления про­филя поверхности катания.

Материал колес обеспечивает повышенную твердость после термообработки до 350— 380 НВ, позволяющую поднять в 1,5-2 раза износостойкость гребня колеса и в 1,5-2 раза снизить выщербинообразование.

При обточке колесной пары при всех видах ремонта не требуется демонтажа эле­ментов торцевого крепления и буксового узла в целом, центр колесотокарного стан­ка проходит через специальное отверстие в передней крышке узла в торец оси.

3.8.4. Автосцеиное устройство нового поколения

Для грузовых вагонов нового поколения разработано автосцеиное устройство полу- жесткого типа с новым механизмом сцепления, исключающим саморасцепы поездов. Кон­троль исправного состояния автосцепок в эксплуатации может производиться теми же ме­тодами и с использованием тех же инструментов и шаблонов, которые применяются для контроля автосцепки СА-3. Новый механизм обеспечивает большую надежность работы за счет исключения возможности опережения включения предохранителя.

Для повышения прочности шарнирное соединение с тяговым хомутом выполнено с увеличенным радиусом контакта клина с перемычкой хвостовика. В целях предотвраще­ния падения на путь автосцепки применен расцепной рычаг с двумя цепочками.

В качестве базового варианта автосоединителя тормозных магистралей принята кон­струкция с боковым воздухопроводом по совместному проекту УВЗ-ВНИИЖТ (табл. 3.12).

Разработанная автосцепка с новым механизмом сцепления позволяет обеспечивать сцепление вагонов с разностью между продольными осями автосцепок до 140 мм перед сцеплением, исключить падение автосцепки на путь при обрыве, увеличить безремонтный срок службы за счет применения износостойких покрытий в контуре зацепления и на хво­стовике автосцепки, повысить прочность зоны перехода от головы к хвостовику корпуса на 5—10 %, а также в зоне перемычки хвостовика, снизить массу автосцепки (на 10 %) за счет уменьшения размеров головной части корпуса по вертикали, автоматически соеди­нять тормозные рукава при сцеплении вагонов.

Новый механизм сцепления существенно отличается от механизма автосцепки СА-3. Замок подпружинен и перемещается поступательно, а предохранитель располагается на стер­жне валика подъемника и его перемещение (поворот) не зависит от движения замка. Не­желательное воздействие вертикальных сил заблокировано кромкой ударной стенки зева. Такая конструкция предохранителя практически исключает его повреждение в эксплуатации.

При действующих нормативах новый механизм в процессе сцепления обеспечивает устойчивую работу без каких-либо поломок деталей. Механизм с поступательно переме­щающимся замком позволяет уменьшить размеры головы корпуса автосцепки и снизить его массу на 15 кг. Перспективное автосцепное устройство позволяет при необходимости заменять его серийным как в комплекте, так и по узлам.

В процессе совершенствования автосцепного устройства подробно рассматривалась проблема создания автосоединителя тормозных магистралей. При этом было установлено, что, несмотря на усложнение конструкции автосцепки, внедрение автосоединителя экономи­чески целесообразно за счет сокращения простоя поездов в парках отправления, на стан­циях погрузки и выгрузки.

Это позволит уменьшить до минимума количество случаев травматизма, связанных с ручным разъединением и соединением тормозных рукавов.

3.8.5. Поглощающие аппараты нового поколения

На основе анализа условий эксплуатации, показавшего значительные различия тре­бований в зависимости от рода перевозимых грузов, был разработан типоразмерный ряд поглощающих аппаратов автосцепного устройства грузовых вагонов (табл. 3.13).

К классам Т1 и Т2 относятся пружинно-фрикционные аппараты, в которых поглоще­ние энергии удара происходит преимущественно за счет трения на рабочих поверхностях. Характеристики, отвечающие требованиям классов ТЗ и Т4, могут быть реализованы только в конструкции гидравлических или эластомерных поглощающих аппаратов.

В конце 90-х годов отечественными заводами были разработаны эластомерные поглоща­ющие аппараты, удовлетворяющие техническим требованиям МПС России и превосходящие по своим показателям зарубежные аналоги. ВНИИЖТом совместно со специалистами авиа­ционной промышленности и заводом «Авиаагрегат» (г. Самара) создан аппарат АПЭ-120-И, ГУП «Уралвагонзавод» — аппарат АПЭ-95-У ВЗ ОАО «БМЗ-Вагон» — аппарат ЭПА-120. Од­новременно испытывается и аппарат 73ZW21M, разработанный фирмой «КАМАКС» (Польша), серийное производство которого предусматривается на совместном российско- польском предприятии «ЛЛМЗ-КАМАКС».

В 1997 г. ГУП «ПО «Уралвагонзавод» совместно с ВНИИЖТом начал работы по со­зданию собственной конструкции эластомерпого поглощающего аппарата автосцепного устройства грузовых вагонов.

В качестве рабочего тела был выбран материал на основе высокомолекулярного и кремнийорганического каучука — эластомер. Этот материал обладает рядом уникаль­ных свойств: низкой зависимостью механических свойств от температуры, долговечно­стью при воздействии циклических механических нагрузок, экологической безопаснос­тью и др.

Итогом выполненных работ стала конструкция аппарата АПЭ-95-УВЗ, успешно выдер­жавшая предварительные (включающие климатические и ресурсные испытания) и приемоч­ные испытания.

Поглощающий аппарат АПЭ-95-УВЗ состоит из эластомерпого амортизатора (рис. 3.66) и литого корпуса, внутренняя поверхность которого служит опорой сколь­жения для амортизатора при его сжатии.

При воздействии на аппарат внешней сжимающей силы полый шток б амортизатора, скользя по на­правляющему стержню 4, утапливает­ся внутрь рабочей камеры А, уменьшая объем рабочего тела — композиции АДК. Одновременно под воздействи­ем перепада давления происходит пе­ретекание эластомера из предпоршне- вой А в запоршневую Б полости через калиброванный кольцевой зазор меж­ду поршнем 3 и внутренней поверхно­стью корпуса У амортизатора. Таким образом, при ударном сжатии аппара­та сила гидросопротивления налагает­ся на силу сопротивления эластомера объемному сжатию, что обеспечивает высокий коэффициент полноты сило­вой характеристики и значительную энергоемкость. После прекращения действия внешней силы потенциальная энергия, накопленная в объемно-де- формированпом эластомере, возвра­щает аппарат в исходное состояние.

Согласно указанию МГ1С России опытная партия из 20 аппаратов АПЭ-95-УВЗ про­шла эксплуатационную проверку на полувагонах в замкнутом маршруте.

Одновременно с испытаниями АПЭ-95-УВЗ на ГУП «ПО Уралвагонзавод» были начаты работы по созданию конструкции эластомерного поглощающего аппарата АПЭ-120-УВЗ, имеющего рабочий ход 120 мм и повышенную энергоемкость.

Применение литого основания в конструкции аппарата АПЭ-120-УВЗ вместо литого корпуса у АПЭ-95-УВЗ позволило более эффективно использовать стандартный проем хребтовой балки, увеличить объем рабочей камеры амортизатора и реализовать рабочий ход 120 мм, повысить энергоемкость.

Помимо высокой энергоемкости эластомерные поглощающие аппараты, по сравне­нию с пружинно-фрикционными, обладают существенными преимуществами:

— отсутствие периода приработки у эластомерных поглощающих аппаратов позво­ляет обеспечить надежную защиту конструкции вагона непосредственно с момента их ус­тановки, в то время как фрикционному аппарату требуется не менее года работы для дос­тижения проектной энергоемкости;

— отсутствие явлений заклинивания у эластомерных аппаратов существенно снижает вероятность возникновения аварийной ситуации как в поезде, так и при выполнении маневровых работ;

—■ гладкая силовая характеристика эластомерного аппарата снижает воздействие на конструкцию вагона высокочастотных нагрузок, характерных для работы фрикционного аппарата вследствие схватывания и срыва поверхностей трения;

— безремонтный срок службы эластомерного аппарата достигает более 16 лет.

Характеристики эксплуатируемых и намечаемых к серийному производству ап­паратов приведены в табл. 3.14. Для фрикционных аппаратов значения энергоемкос­ти и безопасной скорости соударения вагонов определены при среднем значении максимальной силы 2 МН.

Возможность широкого применения недорогих аппаратов для поездных условий экс­плуатации обусловлена маршрутизацией перевозок с применением поездов постоянного формирования.

Для грузов высокой стоимости и чувствительных к динамическим нагрузкам целесо­образно обеспечить белее надежную защиту вагона от действия продольных сил и ускоре­ний. Однако это возможно только при условии узкой специализации такого подвижного состава, введения специального тарифа и организации транспортных структур, которые будут арендаторами или собственниками вагонов. Выбор поглощающего аппарата для вагонов, предназначенных для перевозки опасных грузов, осуществляется с учетом их воз­действия на окружающую среду.