Создание и развитие пассажирских и грузовых вагонов

Вагон («франц. wagon, англ. waggon - повозка) – единица подвижного состава железной дороги; колесный экипаж открытого или закрытого типа, оборудованный необходимыми средствами для включения в состав поезда и предназначенный для перевозки грузов и пассажиров.

Прототипом вагона была 4х-колесная тележка (в Европе называлась "вагонетка", в России – "собака"). Вагоны, передвигавшиеся по деревянным рельсам, использовались еще в средние века. В начале XIX века в повозках с конной тягой стали перевозить грузы и пассажиров. С появлением железных дорог на рельсы поставили экипажи гужевого транспорта – кареты. В первое время работы железных дорог пассажирские вагоны напоминали почтовые дилижансы или кареты, не имели окон и крыш, отопления, освещения, пассажиры страдали от тряски и шума.

До 1870-х годов в Европе широко использовались вагоны английского типа: они делились поперечными стенками на три отделения по шесть мест в каждом отделении. Багаж пассажиров располагался на крыше вагона. Английская система предусматривала деление вагонов на три класса, в зависимости от удобств в них. Пассажирские вагоны в США («американского типа») на первых дорогах не разделялись на классы и отделения, были проходными, вмещали по 60 –70 человек. Эти вагоны назывались «клетушками», «дребезжалками» (дребезжали всю дорогу под аккомпанимент поскрипывающего и стонущего вагонного кузова). В 1836 г. появились прототипы спальных вагонов: в них были устроены трехъярусные полки, пассажирам выдавались соломенные матрацы и подушки. В 1867 г. на заводах инженера Дж. Пульмана (США) были построены вагоны, в которых имелись мягкие сиденья. На ночь они превращались в спальные места.

В России для первых железных дорог вагоны вместе с паровозами закупались за границей. В 1850-е годы под руководством профессора Н.Л. Щукина были созданы пассажирские вагоны I, II, III классов, различавшиеся внутренним оборудованием. Большое внимание уделялось удобству пассажиров и защите их от зимних холодов с учетом климата страны.

По мере развития ж.-д. транспорта вагоны совершенствовались: оборудовались местами для сидения и подъемными спальными диванами, специальными местами для багажа. Рессорное подвешивание обеспечивало необходимую плавность хода. Вагоны имели внутри кузова сквозной проход, закрытые тамбуры по концам вагона, хорошую теплоизоляцию кузова, окна с двойными рамами. С 1863 года пассажирские вагоны стали оборудоваться туалетами и умывальниками, печами сухого отопления (использовались нагретые кирпичи, заключенные в металлические кожухи, позже дровяное и угольное отопление). В 1866 г. были построены вагоны с индивидуальным для каждого вагона отоплением, в 1877 г. – вагоны с водяным или паровым отоплением от центрального котла. Для освещения сначала использовали фонари со свечами, керосиновые лампы, с 1877 г. их заменили газовым, с 1887 г. – электрическим освещением. С 1870-х годов на заводах Пульмана начали строить вагоны-столовые, вагоны-рестораны, салон-вагоны.

Наряду с внутривагонным оборудованием менялась конструкция вагонов. В XIX веке использовались 2-осные вагоны, в XX веке – 4-осные. В конце XIX века Пульман разработал стандартную конструкцию 4-осного длинного пассажирского вагона, в котором пассажиры могли ехать со всеми удобствами.

В СССР основным типом вагона пассажирского парка был вагон с кузовом длиной 20,2 м, спроектированный в 1928 г. Вагоны имели стальную раму, остальные части кузова были деревянными. С 1950-х гг. выпускались цельнометаллические вагоны с кузовом длиной 23,6 м. В современных вагонах увеличение пассажировместимости достигается путем удлинения кузова (26-27 м), конструирования двухэтажных вагонов (населенность поезда повышается на 50-60%). С целью повышения надежности кузова, устранения его коррозии в вагоностроении используются алюминиевые сплавы, нержавеющая сталь, пластмассы. Повышается уровень комфорта, техническое оснащение пассажирских вагонов.

Совершенствование грузовых вагонов происходило по трем направлениям: 1) повышение грузоподъемности и вместимости вагонов; 2) приспособление конструкций вагонов к перевозкам различных видов грузов, включая условия для погрузо-разгрузочных работ; 3) оснащение вагонов средствами механизации и автоматизации.

Конструкция грузового вагона создавалась в течение длительного периода. В начальный период существования железных дорог грузовые вагоны подобно гужевым повозкам были 2-осными, имели грузоподъемность 8 – 10 тонн при массе тары вагона 6 – 7 т. В 40-е годы XIX века начали выпускать 4-осные вагоны, получившие наибольшее распространение в США. В России первые серийные грузовые вагоны начали выпускать в 1846 г. на Александровском заводе для магистрали Петербург – Москва. Вагоны были 4-осными на двух 2-осных тележках, рамы и кузов вагонов были деревянными, что снижало их грузоподъемность. В 1855 г. были построены 2-осные вагоны, как западноевропейские, грузоподъемностью 6,5 – 10 т.

Грузоподъемность вагонов зависит от числа осей и массы тары, поэтому постоянно велась работа по повышению числа вагонных осей. В Германии перед 1-й мировой войной имелись вагоны на двух 3-осных тележках грузоподъемностью до 63 т. В СССР в 1955 г. были созданы 6-осные вагоны, в 1969 г. – 8-осные цистерны и полувагон грузоподъемностью по 120 – 130 т. Наибольшая грузоподъемность вагона была достигнута в США – приближалась к 80 т, в СССР – примерно 65 т. Для снижения массы тары вагонов используются конструктивные решения, также более легкие материалы: применяются алюминиевые сплавы в строительстве вагонов, некоторые детали делают из стекловолокна.

Второе направление совершенствования грузовых вагонов – создание специализированных вагонов для перевозки отдельных грузов. Первые грузовые (товарные) вагоны были универсальными: в крытых вагонах перевозились грузы, боящиеся атмосферных осадков, на платформах – другие грузы. С сер. 60-х гг. XIX в. начали выпускать специализированные вагоны для перевозки отдельных грузов. В России с 1860-х г. выпускали вагоны-ледники, вагоны с опрокидывающимся кузовом (думпкары), с 1872 г – вагоны-цистерны, главным образом для перевозки нефти и нефтяных продуктов, а также специализированные вагоны для живой рыбы, молока, сыпучих грузов (песка и других промышленных материалов).

В XX веке были созданы двухъярусные платформы для перевозки легковых автомобилей, саморазгружающиеся вагоны для перевозки угля, сыпучих грузов. С 1960-х годов начали использовать вагоны-хопперы с опрокидывающимися кузовами. В настоящее время существует более 100 типов специализированных вагонов. Особый тип подвижного состава для перевозки особо тяжелых грузов представляют транспортеры – 8-, 12- и 16-осные вагоны, позволяющие перевозить грузы массой до 250 т. Существует 32-осный транспортер грузоподъемностью 500 т. В настоящее время доля специализированных вагонов в ряде стран достигает 90% вагонного парка.

Третье направление совершенствования грузовых вагонов – развитие элементов конструкций, которые облегчают выполнение операций при следовании вагонов в составе поезда и маневровой работы на станциях, сцепных устройств, тормозов, приспособлений для погрузочно-разгрузочных работ. Наиболее важным был переход к автотормозам, автосцепке и роликовым подшипникам.

3. Железнодорожные тормоза и сцепные приборы

Железнодорожные тормоза – комплекс устройств, создающих искусственное сопротивление движению поезда с целью регулирования скорости его движения или остановки. Тормозные устройства появились еще в колесных экипажах для регулирования скорости, например, в Англии на почтовых дилижансах в конце ХVIII века. Тормоза рельсового транспорта в ХVIII веке были ручными, приводились в действие тормозильщиками. Тормозное устройство состояло из рычага, вручную прижимаемого к колесу вагона или к полотну дороги сбоку от рельсового пути. Первые тормоза поездов с паровой тягой приводились в действие по такому же принципу.

Применение силы пара дало толчок к быстрому развитию тормозной техники в XIX веке. На смену ручным пришли механические тормоза. Один из таких тормозов приводился в действие энергией спиральных пружин на торцовых стенках вагонов. Специальные тормозильщики заводили пружины на станциях отправления, для торможения машинист тянул за веревку, привязанную к каждой пружине вдоль всего поезда. Тормоза срабатывали через систему рычагов, прижимали колодки к ободам колес.

К сер. XIX в. были созданы: паровой тормоз, передающий давление пара от небольшого парового цилиндра через рычажную передачу на тормозные колодки и колеса (1833 г. конструктор Стефенсон), затем – тормоза, использующие действие разреженного (вакуумные) или сжатого (пневматические) воздуха.

Патент на первый воздушный тормоз был выдан в 1859 г. российскому инженеру О. Мартину, но он не смог реализовать проект практически. В 1869 году американский изобретатель и промышленник Дж. Вестингауз получил патент на воздушный (пневматический) тормоз, организовал производство тормозов и их внедрение на подвижном составе в США, Западной Европе и в России. В 1872 г. фирма "Вестингауз" приступила к выпуску тормозов с автоматическим управлением, были широко распространенные и в XX веке.

К 1930-м гг. произошло разграничение тормозного оборудования на пассажирские и грузовые тормоза. Такое деление тормозов было вызвано разными длиной и максимальными скоростями движения грузовых поездов, а также разным соотношением массы тары и груза у пассажирского и грузового вагонов. К сер. XX в. наметилось два направления в развитии тормозной техники, условно названные “европейское" и "американское". Различия зависят от вида сцепки и длины тормозного пути.

В СССР в конце 1920-х гг. на грузовых поездах взамен тормозов фирмы "Вестингауз" начали применять тормоз с воздухораспределителем конструкции Ф.П. Казанцева. С 1931 г. в тормозных системах грузовых вагонов и локомотивов стал использоваться воздухораспределитель И.К. Матросова. В 1952 г. было начато изготовление воздухораспределителя для длинносоставных и тяжеловесных поездов; с 1959 г – воздухораспределителя высокой чувствительности.

В настоящее время в тормозных системах для высокоскоростного движения применяют не только колодочный, но и так называемый дисковый или магнитно-рельсовый тормоз. В скоростных и пригородных электропоездах применяют также электропневматическое торможение. Прибором, обеспечивающим безопасность следования поезда, является автостоп, установленный в кабине локомотива. Он вызывает экстренное торможение автоматически, если машинист не реагирует своевременно на запрещающий сигнал светофора.

Сцепные приборы, соединяющие отдельные единицы подвижного состава, также имеют свою историю. Вначале это была ручная винтовая сцепка. Винтовая упряжь, изобретенная в США, состояла из петель и серег, свободно укрепленных на крюке вагона, и нарезного винта, вращая который можно сближать и раздвигать серьги. Ручная винтовая сцепка сдерживала рост объема перевозок из-за недостаточной прочности. Велика была опасность травматизма сцепщиков, которые осуществляли винтовую стяжку, находившись между вагонами. В конце XIX века взамен ручной сцепки стали применять автосцепку. С 1890 г. железные дороги США перешли на автосцепку типа Джени, изобретенную еще в 1876 г. Затем автосцепка внедрялась и в других странах, в том числе в России.

Практически перевод подвижного состава советских железных дорог на автосцепку проходил с 1935 по 1957 г. В 1932 г. в Институте реконструкции тяги под руководством В.Ф. Егорченко была разработана автосцепка СА-З, имеющая двузубый контур зацепления.

Применяемая в настоящее время автосцепка за период эксплуатации претерпела значительные изменения, направленные на повышение эксплуатационных показателей. Например, у автосцепки СА-З рабочая нагрузка повысилась в 3 раза (с 0,8 до 2,5 – 3 МН). Дальнейшее развитие автосцепки направлено также на повышение ее долговечности и прочности.