Классификация железнодорожных вагонов.

Железнодорожные вагоны

Типажный ряд железнодорожных вагонов представлен большим коли-чеством разнообразных по конструкциям и основным параметрам транспорт­ных сосудов.

Железнодорожные вагоны для открытых работ разделяются следую-щим образом:

• по условиям эксплуатации - на вагоны общей сети железных дорог и вагоны промышленного транспорта, габариты и осевые нагрузки которых допускают обращение только на промышленных путях без выхода на общую сеть;

• по типу конструкции - на крытые вагоны, открытые вагоны (полу-вагоны), платформы, цистерны и вагоны специального назначения;

• по способу передвижения - на перемещаемые локомотивами или имеющие собственные тяговые двигатели.

Вагоны различают также по габариту подвижного состава, ширине ко-леи, конструктивному исполнению.

 

2. Основные схемы железнодорожных вагонов.

 

Принципиальное конструктивное отличие вагонов заключается в способе их разгрузки. В конструкции вагона могут быть предусмотрены какие-либо устройства для поворота кузова, открывания люков и т.д. (это, так на-зываемые, саморазгружающиеся вагоны) или необходимые специальные ста-ционарные поворотные средства (вагоноопрокидыватели), устанавливаемые в пунктах приема горной массы (несаморазгружающиеся вагоны).

Универсальные полувагоны (гондолы) применяют для транспорти-рования легких мелкокусковых полезных ископаемых по внешней сети к по-требителю и на обогатительную фабрику. Кузов такого вагона имеет верти-кальные стенки и горизонтальный пол (рис. 1.1).

Разгрузка может осуществляться при открывании запирающихся меха-низмов крышек люков, расположенных в горизонтальном полу и образую-щих в положении разгрузки две наклонные плоскости, по которым груз под действием собственного веса ссыпается по обе стороны от пути (саморазгру-жающийся универсальный полувагон). Открывание и, главным образом, за-крывание разгрузочных люков представляет собой трудоемкую, в большей степени ручную операцию.

Универсальные полувагоны имеют относительно простую конструк-цию, технический коэффициент тары их невелик - 0,35-0,37.

Несаморазгружающиеся полувагоны (с глухим кузовом) предназна-чаются не только для традиционных грузов, но и для тяжелых руд. Для уп-рощения выгрузки материала в некоторых случаях находят применение по-лувагоны с подъемным кузовом (рис. 1 .2).

Вагоны-самосвалы (думпкары) - это вагоны, разгружаемые наклоном кузова в сторону при одновременном опускании или поднятии борта, а также комбинации этих двух движений. Наклон кузова производится пневматиче-скими цилиндрами, а открывание бортов - рычажным механизмом.

 

а б

Рис. 1.1. Универсальный полувагон: а - поперечное сечение в транс-портном положении; б - то же в положении разгрузки; 1 - верти­кальные стенки; 2 - горизонтальный пол; 3 - разгрузочные люки

 

а б

Рис. 1.2. Полувагон с подъемным кузовом: а - поперечное сечение

в транспортном положении; б - то же в положении разгрузки

- Думпкары используются для транспортирования вскрышных пород, а
на рудных карьерах - и полезного ископаемого. Наибольшее распростране-
ние получили думпкары с открывающимся бортом (рис. 7.3). Их используют
при загрузке одноковшовыми экскаваторами и выполняют повышенной
прочности, так как при загрузке возможно падение отдельных глыб до

3 т с высоты до 3 м.

 

а б

Рис. 1.3. Шестиосный думпкар с откидывающимся бортом (ВС-105): а - поперечное сечение в транспортном положении: 1 - автосцепка; 2 - лобо­вая стенка; 3 - продольный борт; 4 - нижняя рама; 5 - верхняя рама; 6 - те-лежка; 7 - пневматическая система; б - то же в положении разгрузки

Недостатком думпкаров с откидывающимся бортом является ограни-ченная устойчивость при разгрузке, поскольку горная масса, ссыпаясь по борту, создает значительный опрокидывающий момент. Поэтому высота бор-тов вагонов самосвалов не превышает 900-1500 мм.

У нас в стране основное распространение получили думпкары с дву-сторонней разгрузкой и откидывающимся бортом для транспортирования вскрышных пород и руд насыпной плотностью 1,9-2,2 т/м³.

Раму и кузов думпкаров выполняют массивными и с большой прочно-стью. Поэтому коэффициент тары таких думпкаров достаточно высок (0,4-0,5). Кузов думпкара состоит из верхней рамы (рамы кузова) с настилом по­ла, двух лобовых стенок и двух продольных бортов. Под настилом пола по-мещается амортизационная прокладка (например, из деревянных брусьев) для возможности погрузки крупных глыб. Наклон кузова производится пневматическими цилиндрами, закрепленными на кронштейнах нижней ра-

мы вагона. Штоки цилиндров шарнирно соединены с рамой кузова (верхней рамой).

Рама вагона (нижняя рама) опирается на ходовые тележки. При накло-не кузова борт (шарнирно соединенный с верхней рамой) при помощи ры-чажных механизмов (смонтированных в лобовых стенках кузова) откидыва-ется и составляет продолжение пола кузова.

Для обеспечения устойчивости думпкара открывание борта несколько опережает наклон кузова. В транспортное положение кузов возвращается под действием собственного веса или принудительно цилиндрами двойного дей-ствия.

Калининградский вагоностроительный завод выпускает думпкары гру-зоподъемностью 60, 85, 105, 145 и 180 т.

Большое распространение на карьерах получил вагон-самосвал 2ВС-105, предназначенный для перевозки рыхлых и скальных пород и руд с на-сыпной плотностью от 2 до 2,2 т/м при погрузке экскаваторами с ковшом вместимостью до 8 м. Конструкция допускает падение глыб массой 3 т с вы-соты до 3 м (на подсыпку горной массы мелких фракций). Ходовая часть ва­гона состоит из двух трехосных тележек типа УВЗ-11А, он оборудован авто-сцепкой СА-3 с усиленным фрикционным аппаратом и автоматическим тор-мозом. Наклон кузова осуществляется шестью пневматическими цилиндрами (по три с каждой стороны), из них два - двойного действия (по одному с ка-ждой стороны).

Вагон-самосвал ВС-145 (модель 34-66) предназначен для перевозки горной массы насыпной плотностью 1,7 т/м³ при погрузке экскаваторами с вместимостью ковша 12,5 м³. Днище и стенки кузова выдерживают нагрузку от падения глыб массой до 2 т с высоты 2 м на подсыпку из мелких фракций. Ходовая часть вагона представляет собой две четырехосные тележки, каждая из которых состоит из двух двухосных тележек, соединенных специальной балкой. Наклон кузова осуществляется восемью (по четыре с каждой сторо­ны) пневматическими телескопическими цилиндрами, из них два - двойного действия (по одному с каждой стороны).

Вагон-самосвал ВС-180 используется для перевозки мягких и скаль­ных пород и руд насыпной плотностью 1,75-2,25 т/м³ при погрузке экска­ваторами с вместимостью ковшей до 12,5 м. В случае погрузки особо круп-нокусковой горной массы - до 4 т в куске - необходима подсыпка слоем не менее 500 мм. Ходовая часть думпкара также состоит из двух четырехосных тележек.

Остальные виды думпкаров получили в нашей стране ограниченное применение.

Думпкары с подъемным бортом при разгрузке образуют щель (между поднявшимися бортом и наклонным днищем кузова) сравнительно ог-раниченных размеров, что может привести к застреванию крупных глыб и вызвать поломки бортов. Поэтому такие думпкары чаще эксплуатируются при транспортировании мягких и глинистых пород, а также угля. Калининградский вагоностроительный завод выпустил думпкар с поднимающимся при разгрузке

бортом ВС-50 для легких условий эксплуатации (рис. 1.4). Механизм наклона кузова состоит из четырех пневматических цилиндров (по два с каждой сто­роны). Вместимость кузова составляет 22,6 м³, собственная масса - 31,5 т, коэффициент тары - 0,63. Ходовая часть представлена двумя двухосными те-лежками.

 

Рис. 1.4. Думпкар с подъемным бортом ВС-50: 1 - тележка; 2 - механизм опроки-дывания; 3 - тормозной цилиндр; 4 - воздушный резервуар; 5 -нижняя рама; 6 - автосцепка; 7 - тормозная площадка; 8 - торцевая стенка; 9 - настил пола кузова; 10 - верхняя рама кузова; 11 - трансмиссия; 12 - опоры; 13 - продольные борта; 14 - механизм запора; 15 - механизм открывания борта

Думпкары с комбинированным бортом обладают теми же эксплуа-тационными преимуществами, что и думпкары с откидывающимся бортом, но имеют большую устойчивость, благодаря чему допускаются повышенные значения удельного объема кузова.

Саморазгружающиеся вагоны типа тальбот имеют седлообразное дно и крышки в боковых бортах, закрывающие разгрузочные люки (рис. 7.5). При от-крывании люков транспортируемый материал разгружается под действием собственного веса. Разгрузка осуществляется одновременно по обе стороны железнодорожного полотна в разгрузочные бункеры (ямы). Открывание лю­ков может производиться дистанционно.

Хоппер - это вагон с кузовом в форме бункера с наклонными торцовы-ми стенками, по которым груз ссыпается через разгрузочные люки. На от-крытых разработках хоппер используют для транспортирования угля и в ка-честве дозаторов балласта для путевых работ (рис. 7.6). Днепродзержинский вагоностроительный завод выпустил хоппер для угля грузоподъемностью 90 т (модель 22-4003).

 

Рис. 1.5. Полувагон тальбот

 

Рис. 1.6. Хоппер грузоподъемностью 65 т

Для хозяйственных грузов используются хопперы этого же завода гру­зоподъемностью 35 и 65 т.

Платформы (грузоподъемностью 63 и 90 т) используются на карьерах для доставки материалов, оборудования, при укладке звеньев пути кранами. Для перевозки тяжелого оборудования (экскаваторов и др.) применяются специальные многоосные платформы-транспортеры, грузоподъемность кото-рых достигает 300 т.

Находят применение на карьерах и четырехосные полувагон ТСВ-6 и вагон-самосвал УВС-22 (модель 47-641) для узкой колеи.

Полувагон ТСВ-6 имеет грузоподъемность 12,5 т (масса тары 5,3 т), геометрическую вместимость кузова 25 м³. Разгрузка его осуществляется че­рез четыре разгрузочных люка. Длина по осям автосцепок равна 8260 мм.

Вагон-самосвал УВС-22 имеет грузоподъемность 22 т (масса тары 11 т) при геометрической вместимости кузова 10 м³. Длина по осям автосцепок со-ставляет 6000 мм.

3. Основные параметры вагонов

Главными параметрами, характеризующими технические и эксплуата-ционные свойства вагонов, являются грузоподъемность, масса тары, ко-

ффициент тары, вместимость (геометрическая) кузова, число осей, нагрузка на ось, коэффициент сопротивления движению и линейные размеры.

Грузоподъемность вагона q, т, - это наибольшая, допустимая к пере-возке масса груза. Эта величина определяет рациональные параметры состава (число вагонов, длину, массу). С увеличением грузоподъемности вагонов, как правило, уменьшаются затраты на транспортирование, повышается произво-дительность погрузочных устройств (экскаваторов, погрузчиков и др.), уменьшается число вагонов в составе, а также длина состава в целом.

В настоящее время максимальная грузоподъемность думпкара состав-ляет 180 т и эта величина имеет тенденцию к увеличению. Факторами, огра-ничивающими увеличение грузоподъемности вагона, являются габарит под-вижного состава, нагрузка на рельсы, обусловленная состоянием верхнего строения пути, длина вагона, лимитируемая условиями вписывания в криво-линейные участки пути.

Масса тары q _T, т, - это собственная масса вагона. Одной из главных тенденций в области вагоностроения является снижение массы тары при всех прочих равных условиях и особенно сохранении прочности, что возможно при использовании специальных материалов, легированных сталей, рацио-нальной конструкции узлов.

Основным параметром, характеризующим техническое совершенство вагона, является технический коэффициент тары - отношение массы тары к грузоподъемности вагона:

k _Т = q _T /q. (1)

С уменьшением этого коэффициента повышается экономичность пере-возок, так как снижается доля бесполезной (относительно перевозимого гру­за) массы поезда.

Однако технический коэффициент тары не всегда отражает эксплуата-ционные качества вагона, так как не учитывает фактическое использование его грузоподъемности. Поэтому применяют погрузочный коэффициент тары k _ПТ, учитывающий фактический объем груза в вагоне V _ф, м³, и насыпную плотность транспортируемого материала γ _P, т/м³:

k пт = q _T/(V _ф γ _P). (2)

Так как насыпная плотность горных пород в карьерах колеблется в диа-пазоне 1-2,5 т/м, то для различных пород необходимо использование разных вагонов. Наибольший эффект дает применение вагона с техническим коэф-фициентом тары, близким к значению погрузочного коэффициента тары.

Число осей вагона обусловливается нагрузкой на ось, которая ограни-чивается несущей способностью железнодорожных путей. В карьерах, где земляным полотном служат различные горные породы и движение происхо-дит по балластированным и небалластированным путям, допустимое давле-ние на грунт составляет 0,25-0,3 МПа, что соответствует допустимым на-грузкам на ось [Р] = 250-320 кН.

Тогда число осей вагона п = (q + q _T )g/[P].

Для уменьшения жесткой базы вагона и улучшения вписывания в кри-вые малого радиуса при числе осей вагона более двух их объединяют (по две-три оси) в ходовые тележки.

Размеры вагона определяются принятым габаритом подвижного соста­ва. Устойчивость вагона ограничивает высоту бортов, так как с их увеличе-нием повышается положение центра тяжести.

Длина вагона определяется по заданной грузоподъемности, насыпной плотности, для которой рекомендуется вагон, и поперечному сечению кузова.

Геометрическая вместимость кузова вагона выбирается с таким рас-четом, чтобы при нормальной загрузке кузова грузоподъемность использова-лась полностью.

Фактический объем перевозимого груза складывается из двух частей: первая размещается в пределах геометрической вместимости, вторая пред-ставляет собой призму («шапку»), расположенную выше уровня бортов. Да-же при тщательной загрузке вагона использовать геометрическую вмести­мость можно только на 90-95 % из-за неполной загрузки торцовых частей кузова и неполного использования высоты бортов во избежание просыпания груза при движении поезда. Объем шапки составляет 20-25 % геометриче­ской вместимости кузова. Поэтому коэффициент использования геометриче­ской вместимости кузова К "_Н ≈ 1,1-1,2.

Таким образом, требуемая геометрическая вместимость кузова для гру-зов с насыпной плотностью γ _P при грузоподъемности q определяется по фор-муле

V _г = q /(К" _Нγ _P). (3)

Для производительного использования экскаватора линейная вмести­мость ковша должна быть меньше или равна удельной вместимости кузова (отношение вместимости вагона с «шапкой» к внутренней длине кузова).

Карьерные экскаваторы ЭКГ-5, ЭКГ-8, ЭКГ-12,5, ЭКГ-20 имеют ли-нейную вместимость ковшей, соответственно, 2, 3, 4, 6 м³/м.

Удельная вместимость думпкаров грузоподъемностью 60, 85, 105, 145 и 180 т составляет 3,0; 4,1; 4,2; 4,8; 4,1 м³/м.

Контрольные вопросы

1. Какие типы вагонов применяются в горной промышленности?

2. Каковы основные параметры вагонов?

3. Что такое коэффициент тары вагона и как он определяется?

4. Из каких основных элементов состоит думпкар?

5. Каков принцип действия автосцепки?