Общие требования к грузовым вагонам

При переходе к вагонам нового поколения предусматривается улучшение их потребительских свойств и технико-экономических параметров. В этой связи МПС России и ВНИИЖТ совместно с научными организациями и заводами вагоностроительной промышленности разработаны основные критерии, обеспечивающие повышение эффективности вагонов нового поколения:

—соответствие действующим нормативным документам заказчика и прогнозам развития экономики в течение назначенного срока службы;

—обеспечение сохранности грузов, возможность механизации погрузки и выгрузки;

—улучшение не менее чем на 5 % показателей производительности (грузоподъемности) по сравнению с лучшими из имеющимися в эксплуатации прототипами;

—сокращение капитальных вложений (не менее 5 %) на поставки новых вагонов для требуемого объема перевозок;

—экономия (не менее 10 %) эксплуатационных расходов;

— применение тележек с усовершенствованными системами рессорного подвешивания и автоматических тормозов, безремонтными конструкциями пар трения в течение пробега до капитального ремонта, снижением динамических нагрузок в несущих узлах вагонов и элементах верхнего строения пути;

—уменьшение удельной металлоемкости на единицу грузоподъемности, объема кузова и площади пола;

—экологическая безопасность, возможность утилизации после окончания срока службы, предотвращение потерь груза через неплотности кузовов и выветривание с открытой поверхности;

— повышение производительности труда за счет сокращения на 19—20 % затрат на обслуживание.

Исходя из этих критериев сформулированы общие требования к грузовым вагонам нового поколения (табл. 3.10). При этом вагоны с увеличенной нагрузкой на ось 25—30 тс должны иметь повышенную прочность и коррозионную стойкость листового проката и профилей за счет применения новых марок сталей. Это позволит снизить тару вагона, а следовательно, увеличить массу перевозимого груза, а также уменьшить эксплуатационные расходы на ремонт. Для всех типов вагонов нового поколения будут применены новые марки листовой и профильной сталей, класс прочности которых повышен с 345 до 390 Н/мм².

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

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 — длина) 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 на кассетный буксовый узел, а также ограничивать перемещение колесной пары поперек и вдоль вагона.

В качестве материала полубуксы использован алюминиевый сплав 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.

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.
Автосцепное устройство нового поколения
Для грузовых вагонов нового поколения разработано автосцепное устройство полужесткого 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.
Особенности тормозного оборудования вагонов нового поколения
На новых вагонах с нагрузкой на ось 25 тс предполагается установка тормозного оборудования в традиционном исполнении — с односторонним нажатием композиционных колодок на колесо, или с двумя тормозными цилиндрами, воздействующими на отдельные тележки; с нагрузкой на ось 30 тс — колодочный с двусторонним нажатием колодок на колесо. Для отвода тормозных колодок при отпущенном тормозе тележки оборудуются новыми устройствами торсионного типа. Крепление тормозных башмаков на триангеле будет осуществлено без применения резьбовых соединений, что существенно снизит затраты на их обслуживание и ремонт. В шарнирных соединениях будут применены износостойкие втулки, что повысит надежность работы этих узлов и упростит их ремонт.