Четырехосный саморазгружающий полувагон модель 55-320

Размещено на http://www.allbest.ru//

ВВЕДЕНИЕ

Постройку первых вагонов, предназначавшихся для строившейся Петербург-Московской железной дороги, решено было организовать на одном из лучших заводов того времени - Александровском чугунолитейном заводе, расположенном в Петербурге на берегу реки Невы. В связи с этим в 1843 г. Александровский чугунолитейный завод был передан из Департамента горных и соляных дел Министерства финансов Главному управлению путей сообщения и вскоре был переименован в Александровский механический завод. Руководили им американцы Гаррисон и Уайненс, с которыми был заключен контракт на 6 лет. Контракт предусматривал перестройку и оснащение завода необходимыми машинами, станками и инструментом, подготовку кадров для обслуживания поездов, а также строительство 162 паровозов и 2720 вагонов.

В 1868 г. Александровский завод был передан главному обществу России железных дорог. Новый управляющий завода, инженер путей сообщения Рахневский внес большой вклад в разработку оригинальных конструкций тележек, в совершенствование организации производства и подготовку отечественных специалистов по подвижному составу.

В пятую годовщину Великой Октябрьской социалистической революции Петроградский совет переименовал Александровский завод в пролетарский. В 1931г. он был разделен на два самостоятельных завода - паравозоремонтный и вагоноремонтный, которому в 1932 г. было присвоено наименование Октябрьский вагоноремонтный завод.

Первые Российские товарные вагоны появились на Петербурго-Московской железной дороге в 1846 году.

Первые крытые вагоны имели две двухосные тележки. Все несущие элементы кузова делали деревянными. Рама кузова крытого вагона состояла из продольных и поперечных брусьев. Объединенные ударно-тяговые приборы обеспечивались сцепление вагонов между собой, а также передачу продольных сжимающих и растягивающих усилий. Приборы располагали по центру и на концевых брусьях рамы и стягивали друг с другом двумя боковыми болтами, проходив по всей длине. Вагон был оборудован тормозным устройством с ручным приводом. Грузоподъемность вагона составляла 8,2 т., тара 7,8 т.

Кроме крытых вагонов, завод выпускал четырехосные платформы, оборудованные стойками. Борта отсутствовали. Другие платформы строились с постоянными или откидными бортами без стоек. Грузоподъемность платформы - 10 т., тара - 6 т.

Для перевозки грузов, не требующих защиты от атмосферных осадков, а также перевозки скота в России стоили отрытые вагоны. В 1859 г. завод начал строить открытые вагоны для перевозки экипажей, карет, военных санитарных фургонов, походных кухонь, артиллерийских двуколок.

С 1861 г. стоились первые полувагоны. Они были без верхних обвязочных брусьев боковых стен, двери открывались в низ, что было удобно для загрузки с помощью тачек. Грузоподъемность составляла 8,5 т.. затем достигла до 10 т., тара - 4,5-5,2 т.

С 1867 г. строились двухосные тормозные платформы. В 1874 г. появились турникетные ( две сцепленные) платформы, предназначенные для перевозки длинномерного груза, который не размещался на одной платформе. С 1892 г. все платформы строились только нормального типа.

В 1872 г. железнодорожные мастерские Московско-Нижегородской и Грязе-Царицинской дорог начали строить отечественные цистерны. Они были двухосные. Грузоподъемность - 8-11 т., тара - 5.00-6.25 т.

Тележки служат для направления движения вагона по рельсовому пути, распределения и передачи всех нагрузок от кузова на путь, а также восприятия тяговых и тормозных сил и обеспечения движения вагона с минимальным сопротивлением и необходимой плавностью хода.

Для первых тележек вагонов характерна небольшая осевая нагрузка, использование эллиптических рессор, состоящих из листовых, в центральном подвешивании для гашения колебаний в вертикальной плоскости, наличие балансиров, передача вертикальных нагрузок с пятника вагона на подпятник тележки, наличие зазоров в скользунах. Первые тележки строились челюстными с буксами скольжения.

Тележка первых вагонов, сконструированная американцем Уайненсом (рис. 1) и носившая его имя, была универсальной, т.е. эксплуатировалась как под товарными, так и под пассажирскими вагонами. Тележки эти, одинаковые для пассажирских и грузовых вагонов, были очень жестки, т.к. имели только упорные рессоры без подвески на них кузова. В таком виде тележки работали до 1963 г., когда конструкция их была улучшена.

Рисунок 1. Тележка первых вагонов конструкции Уайненса.

В 70-х годах начальником Александровского завода инженером Рехневским была спроектирована тележка новой системы (рис. 2). К жёсткому соединявшему буксы брусу была на серьгах подвешена продольная рессора. На эту рессору, обращённую выгнутой стороной кверху, опиралась другая плоская рессора, выгнутая в противоположную сторону, на которой лежал шкворневой брус с ползунами. К ней же на серьгах подвешивался кузов вагона.

Рисунок 2. Тележка системы Рехневского.

На тележке инженера Рехневского впервые было осуществлено двойное подвешивание вагона на рессорах, чем ослаблялись толчки и достигался более плавный ход вагона. Она была поставлена под многими пассажирскими вагонами Петербурго-Московской ж. д. Распространения тележка Рехневского не получила, так как четырёхосные вагоны в это время уже не строились.

Под пассажирскими вагонами наибольшее распространение получили тележки с двойной (двухступенчатой) системой рессорного подвешивания.

В России первые тележки Пульмана были сконструированы Александровским заводом по рисункам американских журналов (рис. 3). В 1873 году они были применены на Петербурго-Московской ж.д. под пассажирскими вагонами I и II классов. В 1879 году по заказам Главного общества российских железных дорог Ковровские мастерские строили четырёхосные вагоны на пульмановских тележках.

Рисунок 3. Тележка Пульмана.

По типу тележки Пульмана Александровским заводом была спроектирована и построена в 1885 году первая четырёхосная тележка (рис. 4) для двух вагонов длиной 25250 мм.

Рисунок 4. Первая четырёхосная тележка для пассажирских вагонов.

В 1882 году на Русско-Балтийском заводе в риге стали строить четырёхосные пассажирские вагоны на тележках нового типа .

В 1894 году была построена тележка для багажных вагонов с одинарным подвешиванием.

Попытка введения с 1902 г. товарных (грузовых) вагонов большей подъемной силы, чем нормальный тип двухосного вагона грузоподъемностью 12,5-15 т., вызвали постройку нескольких новых тележек. В 1902 г. для четырехосных крытых вагонов и платформ была построена двухосная тележка на спиральных рессорах. Так же широкое распространение получила диагональная тележка, построенная в 1902 г.

Бывшее Международное общество спальных вагонов применяло только тележки с тройным рессорным подвешиванием . Трёхосные тележки не получили широкого распространения на российских железных дорогах и строились преимущественно для служебных вагонов. Применение трёхосных тележек объясняется необходимостью уменьшить давление колёс на рельсы.

В 1912 году была запущена в серию тележка Фетте, которая получила большое распространение в пассажирских вагонах (рис. 5).

Рисунок 5. Тележка Фетте.

Дальнейшее развитие тележек вагонов проходило в послереволюционный период. Первой тележкой совершенно нового типа стала безбалансирная тележка цельносварной конструкции, построенная Ленинградским заводом имени Егорова (рис. 6).

Рисунок 6. Безбалансирная тележка завода им. Егорова.

Дальнейшее развитие конструкция тележки завода имени Егорова нашла в тележке цельнометаллических пассажирских вагонов ЦМВ. На рисунке 7 показана первая такая тележка, конструкция которой аналогична конструкции безбалансирной тележки.

Рисунок 7. Тележка ЦМВ челюстная.

Впервые вопрос о введении автосцепки на железных дорогах России возник на ХХ совещательном съезде представителей дорог в 1898 г. Советские изобретатели предложили много конструкций автосцепок, опытные партии которых были изготовлены.

В 1931 г. в Институте конструкции тяги (ИРТ) НКПС начались работы по созданию автосцепки. Было разработано четыре варианта, лучшим из которого явился третий (ИРТ-3). Он был создан И.Н. Новиковым, В.Г. Головановым, В.А. Шашковым и А.Ф. Пуховым под руководством профессора В.Ф. Егорченко.

В 1932 г. под руководством инженера В.И. Ладыгина пятью системами автосцепок отечественной конструкции были оборудованы опытные вагоны. Повторные испытания автосцепок, проведенные на станции Ховрино Октябрьской дороги в июле-августе 1934 г. Было принято решение от 03.11.1934 г. "Признать автосцепку типа ИРТ-3, как удовлетворительно показывающую себя в условиях работы на железных дорогах, той автосцепкой, которой должен быть переоборудован вагонный парк НКПС". Эта автосцепка, в последствии названная СА-3 (советская автосцепка, 3-й вариант). Отечественная автосцепка СА-3 была признана лучшей в мире. Ей были присущи следующие преимущества: полная автоматичность, большой захват сцепления, повышенная прочность и износоустойчивость, возможность установки механизма в выключенное положение (целесообразно при маневровой работе), сцепление с вагонами , не имеющими автосцепки, при помощи простого и надежного переходного приспособления.

Автотормозная система является одним из важнейших элементов железнодорожного транспорта, от уровня развития и состояния этой техники в значительной мере зависит провозная способность дорог и безопасность движения поездов.

О надёжности торможения и об автоматичности тормоза заботились ещё первые паровозостроители. Они пытались приводить в действие тормозные колодки давлением пара, но такой способ не дал успеха. Вскоре после этих опытов был предложен вакуумный тормоз, получивший значительное распространение. Суть его заключалась в том, что установленный на паровоз воздушный насос выкачивает воздух из тормозных цилиндров и соединяющих их труб. Стоит машинисту несколько повысить давление в трубах, как одна половина цилиндра сейчас же сообщается с наружным воздухом, и атмосферное давление, действуя на поршень и его передаточный механизм, прижимает колодки к колёсам.

Достоинство такого вакуум-тормоза не только в простоте, но и в том, что торможение сосредоточивается в руках самого машиниста. Тормоз этот, кроме того, автоматически действует в случае разрыва состава или порчи системы, так как каждое повреждение магистральных труб вызывает естественное повышение давления в магистрали и приводит к тем же результатам.

Вакуумный тормоз был вытеснен воздушным тормозом Вестингауза. Джордж Вестингауз -- американец, изобретатель, а впоследствии владелец большого промышленного предприятия, снабжавшего весь мир тормозами

В 1872 г. Д. Вестингауз разработал систему автоматического торможения сжатым воздухом, которая отличалась от неавтоматической системы тем, что для торможения в первой системе надо было повысить давление в воздухопроводе, т. е. впустить воздух, а во второй - понизить давление в воздухопроводной магистрали, т. е. выпустить из магистрали воздух. Для торможения поезда машинист пускал из главного резервуара через трубопровод сжатый воздух в тормозные цилиндры и, действуя на поршни, заставлял их прижимать тормозные колодки к колёсам. Всё это очень просто и хорошо, но приводить в действие такой тормоз может только машинист, а значит, в случае порчи труб и разрыва состава тормоз, естественно, бездействует. Важно не только самоторможение состава в случае разрыва, каковым свойством обладал вакуумный тормоз, но и то, чтобы в случае возникшей необходимости, не известной машинисту, -- падения кого-либо из вагона, пожара и т. п. могли привести в действие тормоза прямо из вагонов проводники и любой пассажир, заметивший беду. Только такой тормоз и может вполне обеспечить безопасное следование поезда.

Через несколько лет был предложен другой вариант воздушного тормоза. Автоматичность действия в нём достигается изменением давления в тормозном воздухопроводе, проходящем вдоль всего поезда. Повышение давления ведёт к отпуску тормозов, а. понижение, наоборот, вызывает торможение. При таком принципе всякое разъединение воздухопровода, скажем, при разрыве состава, сопровождается быстрым понижением в нём давления до атмосферного и вызывает обязательное самоторможение. Такая автоматичность действия достигается тем, что каждый вагон, как и локомотив, имеет запас сжатого воздуха, накопляемого в запасных резервуарах во время отпуска тормозов. Запасный воздух при торможении проходит в тормозной цилиндр, где воздействует на рабочую сторону поршня. Привести в действие тормоз можно из каждого вагона, для чего в них устроены особые краны. Повернув рукоятку, мы выпускаем воздух из трубопровода и, понизив таким образом давление в нём, заставляем тормоз действовать.

Такая система тормоза, действующего сжатым воздухом, была бы безукоризненной, если бы при её помощи можно было осуществлять постепенно торможение и, главное, если бы не истощался запас воздуха при повторных или длительных торможениях. С этими недостатками, и прежде всего с истощимостью запаса воздуха, конструкторы боролись упорно и долго и в последнее время добились успеха. Самыми выдающимися из них являются советские изобретатели Флорентий Пименович Казанцев и Иван Константинович Матросов, бывшие машинисты, отлично изучившие на практике все недостатки воздушного тормоза и сумевшие их преодолеть. Благодаря значительным преимуществам воздушных тормозов системы Казанцева и особенно Матросова перед заграничными советская тормозная техника признана передовой.

Тормоза Казанцева и в особенности Матросова обладают неистощимостью и плавностью торможения. Это достигнуто благодаря новому принципу в их устройстве, заключаюшемуся в том, что действие тормоза происходит в результате уравновешивания трёх давлений: в воздухопроводе, в тормозном цилиндре и в особой камере постоянного давления. В прежних же системах тормоз действовал под влиянием равновесия только двух давлений -- в воздухопроводе и в запасном резервуаре.

В 1925 г. взамен их на грузовых поездах был применен тормоз с воздухораспределителем Ф.П. Казанцева, а с 1931 г. стал использоваться воздухораспределитель И.К. Матросова. В настоящее время грузовые вагоны и локомотивы оборудованы усовершенствованным воздухораспределителем высокой чувствительности.

Весь подвижной состав железных дорог РФ оборудован автоматическими тормозами. В соответствии с требованиями ПТЭ тормоза должны обладать хорошей управляемостью, надежно действовать в различных условиях эксплуатации и обеспечивать плавность торможения.

Вагоны и локомотивы, предназначенные для перевозки пассажиров, оборудованы автоматическим непрямодействующим пневматическим тормозом и электропневматическим тормозом, а вагоны и локомотивы грузового парка -- автоматическим прямодействующим тормозом.



1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Классификация вагонов

Современный вагонный парк характеризуется большим многообразием типов и конструкций вагонов. Это вызвано необходимостью удовлетворения ряда требований при перевозках: защиты грузов от атмосферных воздействий и сохранения их качества, обеспечения комфортных условий для пассажиров, максимального использования грузоподъемности, универсальности и др.

Все многообразие вагонов, а их насчитывается в мире более 5 млн. штук, можно классифицировать по следующим основным признакам:

- по возможности автономного движения: несамоходные и самоходные;

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

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

- по месту эксплуатации: вагоны общесетевой принадлежности, промышленного и городского транспорта.

Пассажирские вагоны делятся на несамоходные, не имеют внутреннего источника движения и перемещаются локомотивами, и самоходные, имеющие свою энергетическую установку или получающие энергию от контактной сети, имеют внутренний источник передвижения и не нуждаются в локомотивах.

К несамоходным пассажирским вагонам относятся вагоны дальнего следования, межобластного и пригородного сообщений, вагоны-рестораны, багажные, почтовые, почтово-багажные и специальные.

Самоходные пассажирские вагоны - это вагоны электро-и дизельных поездов, а также автомотрисы, которые используются в пригородном и местном сообщении, а также для служебных целей.

Пассажирские (от фр. passager - проезжающий, совершающий поездку в общественном транспорте) вагоны 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, 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 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 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 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.

В настоящее время повсеместно на железных дорогах принята система габаритов, предельных очертаний, устанавливающая определенные соотношения между размерами подвижного состава и инженерными сооружениями для гарантии безопасности на железных дорогах. 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. Скорости движения вагонов 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 581 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. Поэтому вагоны предназначаются для движения с нормальными скоростями (пассажирские до 120, грузовые - до 100 км/ч), а также эксплуатируются в составах ускоренных (пассажирские до 140, грузовые - до 100 км/ч), скоростных (пассажирские - до 200, грузовые - до 140 км/ч) и высокоскоростных (более 200 км/ч) поездов.

Важнейшим параметром железной дороги является ширина колеи - расстояние между внутренними рабочими гранями рельсов, измеренному на 13 мм ниже поверхности катания колес по головке рельса. Железные дороги могут иметь узкую, среднюю, нормальную и широкую колею. Это определяет и размеры вагонов. При беспересадочном и бесперегрузочном железнодорожных сообщениях, на пограничных станциях государств с различной колеи, устанавливаются специальные перестановочные пункты, на которых осуществляется перестановка вагонов с ходовых частей одной колеи на ходовые части другой колеи.

Вагоны общесетевого назначения 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 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 работы различного 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 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.

1.2 Основные особенности конструкций всех типов вагонов

Особенность или тип вагона определяется его конструктивной схемой. Она характеризуется, прежде всего, осностью, особенностями кузова и его силовой несущей конструкцией.

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

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. В настоящее время выпускаются грузовые вагоны с осевой нагрузкой 245 кН и пассажирских - 118 кН). Увеличить грузоподъемность вагона можно, если увеличить его осность или предельную нагрузку на колесную пару. 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.

Кузов многоосного вагона для облегчения движения в кривых участках пути опирается на ходовые части в двух опорных узлах (А и В - на рис. 8).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. 8). Соединение кузова и тележек дает им возможность поворачиваться в опорных узлах относительно кузова в вертикальной плоскости при входе вагона в кривые участки пути.

Рисунок 8. 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; lт- база тележки; 1 - кузов вагона, 2 - тележка; А, В - оси опирания кузова на тележки

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 бульшие 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 - 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 и т.п. В последнем случае речь идет о кузовах с неизменяемой геометрией. 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. Они позволяют создавать прочные, надежные и технологичные конструкции, которые эксплуатируются в разнообразных условиях в течение длительного срока жизни вагона (до 40-50 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 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 в неприспособленных условиях (без специальной оснастки и персонала) на станционных путях (особенно на малых станциях). Поэтому их дальнейшее использование будет прямо зависить от возможностей такого на всей сети железных дорог.

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 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 конструкцией.

Отличительной особенностью рам большинства платформ является переменное сечение по высоте боковых продольных балок, имеющих наибольшую высоту в середине. К концевым поперечным балкам для опоры откидного торцевого борта приварены кронштейны. Хребтовая балка выполнена из двухтавровых балок, связанных между собой ребрами жесткости.

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.

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

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.

У полувагонов промежуточные поперечные балки сварены из вертикальных листов, верхних и нижних накладок. Снизу на всех поперечных балках, включая шкворневые и концевые балки, установлены опоры, ограничивающие угол наклона люковых крышек при их открытом положении. В отличие от рамы крытого вагона у полувагона сверху по всей длине хребтовой балки приварен двутавр, к которому прикреплены ушки петель крышек люков. По концам шкворневых балок, кроме скользунов, имеются опорные места для установки вагона на домкраты.

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. Для поддержания настила пола у всех типов вагонов, кроме полувагонов, в раме предусмотрены вспомогательные, продольные и поперечные балки. У полувагонов эти функции выполняют подкрепляющие элементы крышек люков. Рама через пятники опирается на подпятники тележек и соединена с ходовыми частями посредством шкворней.

Различают вагоны с частичной и с полной несущей конструкцией. Первые имеют конструкции, все элементы которой входят в основную несущую конструкцию. Они имеют так называемые цельнонесущие кузова. Это пассажирские, рефрижераторные и цельнометаллические крытые вагоны. У вторых, - конструкция кузова или 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).

1.3 Описание конструкции вагона указанного в задании

Рисунок 9. Четырехосный саморазгружающий полувагон модель 55-320

Четырехосный саморазгружающий полувагон модель 55-320 и 55-32-01 начал выпускаться Великолукским ТРЗ с 1992 г. Полувагон предназначен для общесетевого пользования на железных дорогах России , стран СНГ и Балтии колеи 1520 мм .

Четырехосный саморазгружающий полувагон модели 55-320 имеет грузоподъемность 72 т. и емкость кузова 45 м3. Длина полувагона 11530 мм. Полувагон выполнен по габариту 1-Т. Полувагон предназначен для перевозки и механизированной разгрузки химически не активных сыпучих и кусковых грузов не более 100 мм. Полувагон модели 55-320 саморазгружающийся. Полувагон для сыпучих и кусковых грузов состоит из: открытого цельнометаллического кузова (1), открытый сверху кузов позволяет максимально механизировать погрузку, установленного на раме (10), имеющего две боковые вертикальные (2), две торцовые стены (3) с углом наклона 45° к горизонту. Рама кузова состоит из хребтовой балки, двух концевых, шкворневых и поперечных балок. Полувагон имеет продольные и боковые стены, которые в нижней части вместе с полом образуют два разгрузочных люка (11) размером 2600х350 мм. Пол составляют две плоскости, образующие при разгрузке угол с вершиной 90°; имеют наклон на обе стороны пути, обеспечивающие выгрузку сыпучих продуктов самотеком. С боков полувагон оборудован крышками разгрузочных бункеров.

Элементы конструкции вагона:

1.Ходовые части предназначены для безопасного движения по рельсовому пути, с необходимой плавностью хода и наименьшим сопротивлением движению. Ходовые части объединены в самостоятельные узлы - тележки (4). В качестве ходовых частей полувагона используются двухосная тележка мод. 18-100. Тележка состоит из двух колесных пар (5), четырех букс (7), двух литых боковых рам (8), двух комплектов центрального рессорного подвешивания (6), литой надрессорной балки и тормозной рычажной передачи (9). Тормоз тележки -- колодочный с односторонним нажатием колодок. Связь рамы с буксами -- непосредственная челюстная, опора кузова на тележку через подпятник надрессорной балки, а при наклоне кузова -- дополнительно через скользуны. Тележка допускает осевую нагрузку до 230 кН (23,5 тс) при скорости движения 120 км/ч и 235 кН (24 тс) при скорости 100 км/ч.

2. Ударно-тяговые приборы (автосцепное устройство) (13)предназначены для сцепления вагонов между собой и с локомотивом, для передачи и смягчения действия растягивающих и сжимающих усилий от локомотива и от одного вагона к другому.

3. Тормозное оборудование предназначено для создания искусственного сопротивления движению поезда или отдельного вагона с целью регулирования скорости движения или остановки, а также удержания их на месте. (12)

Техническая характеристика полувагона 55-320 и 55-320-01

Таблица 1

номер проекта	320
технические условия	ТУ32-ЦТВР-15-91
модель вагона	55-320	55-320-01
тип вагона	-
изготовитель	Великолукский ТРЗ
грузоподъемность, т	72
масса тары вагона, т	21
нагрузка:
статическая осевая, кн(тс)	230 (23,5)
погонная, кн/м(тс/м)	80 (8,16)
объем кузова, м3	45	41
скорость конструкционная, км/ч	120
габарит	1-т
база вагона, мм	7200
длина, мм:
по осям сцепления автосцепок	11520
по концевым балкам рамы	10300
ширина максимальная, мм	3206
высота от уровня верха головок рельсов максимальная, мм	3875	3730
количество осей, шт.	4
модель 2-осной тележки	18-100
наличие переходной площадки	есть
наличие стояночного тормоза	есть
количество разгрузочных люков, шт.	2
размер разгрузочных люков в свету, мм	2600х350	2600х500
угол наклона, град.:
пола бункеров	45
торцовых стен к горизонту	45
количество бункеров, шт.	1
число разгрузочных цилиндров, шт.	1
необходимое давление воздуха в разгрузочной магистрали, мпа(атм .)	0,6 (6)
год постановки на серийное производство	1992
возможность установки буферов	нет
наличие ручного открытия крышек разгрузочных люков	есть	нет

1.4 Описание конструкции элемента вагона - Тележка грузовых вагонов ЦНИИ-Х3, модель 18-100

Тележка модели 18-100, рассчитанная на конструкционную скорость движения до 120 км/ч, предназначена для грузовых вагонов. До 1972 г. название - ЦНИИ-Х3 (ЦНИИ - прежнее название ВНИИЖТа, разработавшего конструкцию тележки, Х - первая буква фамилии автора (Ханин), 3 - третий вариант).

Эта тележка подкатывается под все грузовые четырехосные магистральные вагоны, кроме изотермических, с осевыми нагрузками до 230 кН (23,5 тс) и скоростями движения до 120 км/ч.

Рисунок 10. Боковая рама тележки модели 18-100

Рисунок 11. Надрессорная балка и скользун тележки модели 18-100:

а -- надрессорная балка; б -- скользун

Рисунок 12. Рессорный комплект тележки модели 18-100:

а -- общий вид;

б,в,г -- схемы установки семи, шести и пяти двухрядных пружин соотвественно

Строение тележки: (рис. 10) две колесные пар 1, четыре букса 5, две литые боковые рамы 2, два комплекта центрального рессорного подвешивания 3, литая надрессорная балка 4 и тормозная рычажная передача 6. Тормоз тележки -- колодочный с односторонним нажатием колодок. Связь рамы с буксами -- непосредственная челюстная, опора кузова на тележку через подпятник 7 надрессорной балки, а при наклоне кузова -- дополнительно через скользуны 8. Тележка допускает осевую нагрузку до 230 кН (23,5 тс) при скорости движения 120 км/ч и 235 кН (24 тс) при скорости 100 км/ч.

По бокам среднего проема расположены направляющие б, ограничивающие поперечные перемещения фрикционных клиньев, а внизу имеется опорная поверхность с бонками и буртами 7 для размещения и фиксирования пружин рессорного комплекта. С внутренней стороны этой поверхности имеются полки 9, являющиеся опорами для наконечников и удержания триангеля в случае обрыва подвесок. В местах расположения фрикционных клиньев в каждой колонке 5 рамы приклепано по одной планке 8. На верхнем поясе боковой рамы расположены кронштейны 4 для крепления подвесок тормозных башмаков. Буксовые проемы имеют в верхней части кольцевые приливы 2, которыми рама опирается на буксы, а по бокам -- челюсти 1.

На внутренней стороне верхнего пояса (с 1984 г.) или внутренней стороне наклонного пояса рамы (до 1983 г.) отлиты пять шишек 3, которые служат для подбора боковых рам при сборке тележек. Данный подбор производят по числу оставленных (несрубленных) шишек, соответствующему определенному размеру А между наружными челюстями буксовых проемов. Это обеспечивает соблюдение параллельности осей колесных пар. Размер А имеет шесть градаций: от № 0 до № 5. Если все шишки срублены, то рама имеет градацию № 0 с размером между наружными челюстями 2181±1 мм, при одной несрубленной шишке -- градацию № 1 с размером 2183±1 мм и т.д., увеличиваясь на 2 мм.

Надрессорная балка (рис. 11) отлита из стали 20ГЛ или 20ПФЛ в виде бруса равного сопротивления изгибу замкнутого коробчатого сечения. Она имеет подпятник 1, полку 7 для крепления кронштейна 2 мертвой точки рычажной передачи тормоза, опоры 3 для скользунов, выемки (гнезда) б для размещения фрикционных клиньев, бурты 5, ограничивающие смещение внутренних пружин рессорного комплекта, и выступы 4, удерживающие наружные пружины от смещения при движении тележки.

На подпятник 1 опирается пятник кузова, через центры которых проходит шкворень. Опорой для шкворня является поддон 11, который располагается под подпятником посередине надрессорной балки. Шкворень служит осью вращения тележки относительно кузова, а также передает тяговые и тормозные силы от тележки кузову и обратно. Боковые перемещения надрессорной балки амортизируются поперечной упругостью пружин, на которые она опирается. 

Скользун тележки (рис. 11, б) -- боковая опора кузова -- состоит из опоры 3, отлитой заодно с надрессорной балкой, колпака 8, надетого на опору, прокладок 9 для регулировки зазоров между скользунами рамы вагона и тележки, болта 10, предохраняющего колпак от падения. Зазор между скользунами для основных типов четырехосных вагонов должен быть в пределах 6-16 мм. 

Рессорное подвешивание состоит из двух комплектов, размещенных в рессорных проемах левой и правой боковых рам. В каждый комплект (рис. 12, а) входит пять, шесть или семь двухрядных цилиндрических пружин 2 и 3 и два клиновых 1 фрикционных гасителя колебаний. Каждая двухрядная пружина состоит из наружной и внутренней пружин, имеющих разную навивку -- правую и левую соответственно. Количество двухрядных пружин в комплекте зависит от грузоподъемности вагона. Пять пружин ставят в тележки, подкатываемые под кузова вагонов грузоподъемностью до 50 т, шесть -- до 60 т и семь -- более 60 т. В связи с этим и расположение пружин в комплекте будет разное (рис. 12, б, в, г). Крайние боковые пружины комплекта поддерживают клинья гасителей колебаний. Снизу клинья имеют кольцевые выступы, не допускающие смещения их относительно пружин в горизонтальной плоскости, а верхней своей частью входят в направляющие надрессорной балки. Клинья отливают из стали 20Л. Пружины изготавливают из стали 55С2, а фрикционные планки -- из стали марок 45 ЗОХГСА или 40Х. Статический прогиб рессорного подвешивания от тары -- 8 мм, от массы брутто -- 46-50 мм. Коэффициент относительного трения гасителя колебаний -- 0,08-0,10. 

Техническая характеристика тележки 18-100:

Таблица 2

Число осей	2
Масса, т	4,8
База, мм	1850
Конструктивная скорость, км/ч	120
Расстояние от уровня головок рельсов до опорной поверхности подпятника, м	0,806
Тип рессорного подвешивания	Одинарное центральное
Гибкость рессорного подвешивания, м/МН	0,125
Статический прогиб от массы брутто, мм	48

К недостаткам рессорного подвешивания относятся большая жесткость пружин для порожнего или малозагруженного режима работы вагона, а также большие силы трения покоя, низкая стабильность и недостаточная горизонтальная демпфирующая способность гасителей колебаний. Большие силы трения покоя клиновых фрикционных гасителей колебаний приводят к тому, что рессорные комплекты практически не работают при скорости движения до 60-70 км/ч. Поэтому почти во всем диапазоне эксплуатационных скоростей грузовых вагонов рессорное подвешивание выключено и вагон представляет собой одну необрессоренную массу. Низкая стабильность работы гасителя приводит либо к завышению, либо к занижению сил трения против расчетной. 

Недостатком тележки является также то, что боковые рамы нежестко связаны между собой надрессорной балкой и рессорными комплектами. Поэтому в ней возникают продольные забегания рам относительно друг друга, достигающие 15-20 мм. Величина их обусловлена зазорами в буксах и величиной горизонтальной деформации пружин. Такая конструкция рам вызывает также маятниковые колебания их относительно собственных продольных осей. В результате забегания рам возрастает интенсивность виляния тележки, что ухудшает плавность хода вагона. Маятниковые колебания рам приводят к перекосам подшипников, неравномерной передаче нагрузок на его элементы и снижению срока службы буксовых узлов.

вагон тележка рессорный

1.5 Габариты подвижного состава

Подвижной состав, в том числе и вагоны, строятся по определенному габариту. Соблюдение габаритов на железнодорожном транспорте является одним из важнейших условий обеспечения безопасности движения поездов. Локомотивы и вагоны должны свободно проходить по железнодорожному пути мимо различного рода путевых сооружений, станционных платформ, зданий и других устройств, а также не задевать подвижной состав, расположенный на смежных путях, и различные искусственные сооружения. Это требование обеспечивается соблюдением установленных государственным стандартом габаритов приближения строений и подвижного состава.

Габаритом подвижного состава называется предельное поперечное (перпендикулярное оси пути) очертание, в котором должен помещаться установленный на прямом горизонтальном пути как в порожнем, так и в нагруженном состоянии не только новый подвижной состав, но и подвижной состав, имеющий максимальные нормируемые допуски и износы (за исключением бокового наклонения на рессорах).

На железнодорожном транспорте был введен ГОСТ 9238-83 на габариты приближения строений и подвижного состава для линий со скоростями движения не более 160 км/ч (для линий и участков со скоростями движения поездов свыше 160 км/ч габаритные нормы устанавливаются специальными указаниями ОАО "РЖД"). Этот ГОСТ распространяется на железные дороги общей сети колеи 1520 мм (для новых линий) и колеи 1524 мм (для существующих линий впредь до перевода их на колею 1520 мм), а также на подъездные пути железных дорог и промышленных предприятий.

Взамен ГОСТ 9238--83 разработан Открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта» (ОАО «ВНИИЖТ») и внесен Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) , а также принят Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 14 ноября 2013 г. №44) и утвержден Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 22 ноября 2013 г. №1608-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 9238--2013. Он введен в действие непосредственно в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 июля 2014 г. 5 Настоящий стандарт может быть применен на добровольной основе для соблюдения требований технических регламентов Таможенного союза «О безопасности железнодорожного подвижного состава» и «О безопасности высокоскоростного железнодорожного транспорта».

На железных дорогах Российской Федерации установлены: габарит приближения строений, габарит подвижного состава и габарит погрузки.

Габарит подвижного состава неразрывно связан с размерами колеи железных дорог: чем шире колея, тем шире и выше может быть подвижной состав, обращающийся по этой колее. ГОСТ установлены следующие габариты подвижного состава:

- 1-T и Т для железных дорог колеи 1520 мм стран СНГ и Монголии;

- 1-BM (0-Т), 0-ВМ (01-Т), 02-ВМ - для подвижного состава, допускаемого к обращению как по железным дорогам СНГ, так и по железным дорогам европейских государств колеи 1435 мм;

- 03-ВМ - для железных дорог стран СНГ, европейских и некоторых азиатских стран.

Основные параметры габаритов подвижного состава:

Таблица 3

Габарит	Высота	Ширина	Габарит	Высота	Ширина
1-Т	5300 мм	3400 мм	0-ВМ	4650 мм	3250 мм
Т	5300 мм	3750 мм	02-ВМ	4650 мм	3150 мм
1-ВМ	4700 мм	3400 мм	03-ВМ	4280 мм	3150 мм

Подвижной состав габарита 1-T допускается к обращению по всем путям общей сети железных дорог СНГ, подъездным путям и путям промышленных предприятий, а габарита Т - по путям общей сети железных дорог СНГ, подъездным путям и путям промышленных предприятий, сооружения и устройства на которых отвечают требованиям габаритов С и Сп. Габарит Т в основном применяется для вагонов пригородных электропоездов, вагонов-транспортеров и самосвалов, ширина которых больше ширины вагонов остального подвижного состава.

В настоящее время на железнодорожном транспорте применяются дополнительные габариты для отдельных типов подвижного состава: Тц, Тпр и др.

Рисунок 14. Совмещенные габариты приближения строений и подвижного состава:

Т - очертания габарита подвижного состава;

С - очертания габарита приближения строений;

УГР - уровень верха головки рельса.

Вписывание вагона в габарит

При вписывании вагона в эксплуатационный габарит подвижного состава производят уменьшение горизонтальных размеров этого габарита на величину зазоров и износов ходовых частей, исчисляемых в горизонтальном направлении, и выносов частей вагона в кривых, а вертикальных размеров -- на величину статического прогиба (осадки) рессорного подвешивания и измеряемых в вертикальном направлении износов ходовых частей вагона. В результате такого уменьшения получают строительные очертания вагона.

Горизонтальные смещения вагона, параллельные оси пути в одну сторону из его центрального относительно оси пути положения, обусловленные зазорами и износами ходовых частей, определяются формулой

Е03 = sk -- dГ + q + w, (1)

где 2sK -- наибольшая ширина колеи в рассматриваемых условиях

(обычно в кривой расчетного радиуса);

2dr -- наименьшее расстояние между наружными гранями предельно изношенных гребней колес;

sк -- dr -- максимальный разбег изношенной колесной пары между рель- сами (смещение из центрального положения в одну сторону);

q -- наибольшее возможное поперечное перемещение в направляющем сечении их центрального положения в одну сторону рамы тележки относительно колесной пары вследствие зазоров при максимальных износах в буксовом узле. Например, для букс с подшипниками скольжения оно слагается из перемещений подшипника по шейке оси, вкладыша по подшипнику, корпуса буксы по вкладышу и буксовых направляющих относительно корпуса буксы;

w -- наибольшее возможное поперечное перемещение в направляющем сечении из центрального положения в одну сторону кузова относительно рамы тележки вследствие зазоров при максимальных износах и упругих колебаний в узле сочленения кузова и рамы тележки, например, смещение надрессорной балки двухосной тележки, возникающее вследствие поперечной упругости пружин центрального рессорного подвешивания или перемещений люльки, а также зазоров и износов в сочленениях пятников и подпятников.

Выносы частей вагона в кривых участках пути определим вначале для двухосного вагона при центральном относительно оси пути расположении его колесных пар. Такой вагон и при указанном расположении принимается в качестве эталона -- расчетного вагона, по которому устанавливаются уширения габарита приближения строений в кривых.

Наибольшая высота строительного очертания проектируемого вагона, которую он может иметь в ненагруженном состоянии, определяется верхней линией габарита подвижного состава.

Наименьшие допускаемые вертикальные размеры строительного очертания вагона, которые он может иметь в загруженном состоянии и при наличии износов ходовых частей, измеряемых в вертикальном направлении (уменьшение толщины обода колеса, радиуса шейки оси, толщины подшипника и вкладыша буксы, толщины пятника и подпятника и т. п.) и допускаемых правилами его содержания, устанавливают путем увеличения соответствующих вертикальных размеров нижней части контура габарита подвижного состава.

При проектировании новых вагонов величины возможных понижений и горизонтальных перемещений устанавливают в соответствии с особенностями их конструкции.

Если рамы, кузова и другие подобные элементы конструкций вагонов имеют существенные прогибы от тары и полезной нагрузки вагона, то такие прогибы также учитывают.

Проектное очертание вагона (номинальные конструктивные размеры) получают изменением размеров строительного очертания на величину допускаемых при постройке технологических отклонений. Например, наибольшая высота проектного очертания вагона получается из соответствующей высоты строительного очертания путем ее уменьшения на величину плюсового допуска высоты автосцепки и допускаемого при постройке вагона увеличения высоты кузова; ширина проектного очертания кузова равна соответствующей ширине строительного очертания, уменьшенной на итоговую величину суммарных технологических и конструктивных отклонений в горизонтальных размерах кузова; вертикальные размеры нижней части проектного очертания кузова равны соответствующим размерам строительного очертания, увеличенным на минимальный допуск высоты автосцепки.

Для удобства постройки и эксплуатации вагонов стены кузова обычно выполняют плоскими. Поэтому ширину строительного и проектного очертания таких вагонов устанавливают по наибольшей величине ограничений полуширины, т. е. ширину вагона определяют по наименьшему поперечному сечению. В этом случае возможности габарита недоиспользуются, особенно вблизи направляющих сечений.

...