Принципиально кузов крытого вагона выполнен в виде металлического каркаса рамной или ферменной конструкции жестко соединенными продольными, поперечными или наклонными элементами (стрингерами, шпангоутами, раскосами), обтянутых оболочкой. В качестве оболочки может использоваться металлический лист, деревянные доски специального профиля, искусственные материалы и др.
Как правило, металлическая оболочка прикрепляется к каркасу кузова сваркой.
В этом случае она приобретает свойства несущего элемента и работает совместно с каркасом кузова на восприятие внешних нагрузок.
В кузов крытого вагона процедуры, связанные с погрузо-разгрузочными операциями затруднены. Как уже указывалось (см. п. 9.3) для их уменьшения предпринимаются различные меры (см. рис. 9.2). Однако конструкций саморазгружающих кузовов крытых вагонов 1 (табл. 9.3, рис. 9.4) не так много и они сложные. Создание саморазгружающихся крытых вагонов затруднено в основном перевозимым в этих вагонах грузом. Он нуждается при перевозках в максимальной сохранности, чего не могут пока обеспечить предлагаемые способы саморазгрузки.
Рис. 9.1. Некоторые типы кузовов крытых вагонов (слева-направо, сверху-вниз): с деревянной обшивой, с цельнометаллическим кузовом, с открывающейся крышей; с изменяемой конструкцией кузова; со сменным кузовом;
со сдвигающейся частью кузова.
Большинство крытых вагонов относится к несаморазгружаемым 2 (табл. 9.3, рис. 9.4). Для облегчения производства погрузо-разгрузочных работ стараются все сделать, чтобы обеспечить при их производстве максимальную доступность груза: увеличивают размеры боковых дверей 2 (рис. 9.2, 9.4), делают открывающиеся (раздвижные) крыши и их части 4 (табл. 9.3, рис. 9.2 и 9.4) и
Рис. 9.2. Некоторые способы погрузо-разгрузочных работ в крытых вагонах (слева-направо и сверху-сниз): с использованием пакетов, фронтальных погрузчиков, вакуумных насосов, гравитационным и ручным способом
необычные конструкции боковых стен и кузова 5, 6 (табл. 9.3, рис. 9.1, 9.2, 9.4). Это позволяет использовать различные средства механизации (погрузчики, краны, вакуумные и гравитационные приспособления и пр.), в том числе и ручной труд (см. рис. 9. 2).
Кузова крытых вагонов в зависимости от способов соединений с рамой могут включаться в несущую способность вагона, под которой понимается способность конструкции воспринимать без отказов в работе эксплуатационные нагрузки, предписанные нормативно-технической документацией (НТД). Различают не несущие кузова (рис. 9.1, 8 табл. 9.3, рис. 9.4), частично несущие кузова (рис. 9.1, 9 табл. 9.3, рис. 9.4) и цельнонесущие кузова (рис.9.1, 7 табл. 9.3, рис. 9.4). Последние, как правило, выполняются еще и цельнометаллическими 10 табл. 9.3. В настоящее время в конструкциях кузовов находят применение различные неметаллические материалы, пленки и композиты, которые могут и не могут участвовать в работе несущих конструкций вагонов.
Крытые вагоны железных дорог России имеют, в основном, четырехосную конструкцию.
Классическим типом не саморазгружающегося крытого вагона является вагон, схема кузова которого представлена на рис. 9.4.
На крыше такого вагона могут быть несколько загрузочных люков. На боковой стене в средней ее части располагаются навесные шиберные двери, которые при смещении в сторону открывают грузовое помещение для погрузо-разгрузочных операций. В районе направляющих сечений (возле шкворневых стоек) устроены многофункциональные люки, которые в зависимости от рода перевозимого груза могут выполнять роль загрузочных отверстий (при перевозках сыпучих грузов), вентиляционных отверстий (при перевозках «живых» грузов), оконных проемов (при людских перевозках) и т.д.
Рис. 9.3. Схематическое изображение классификационных признаков табл. 9.3.
 |
Табл. 9. 3. Разновидности крытых вагонов
| пп | Показатель классификации | В а р и а н т ы |
| Тип кузова Состояние геометрии кузова Несущая способность Материал конструкции | 1) Саморазгружающийся 2) Несаморазружающийся 3) Неизменяемая 4) Изменяемая крыша 5) Изменяемые 6) Смешанное изменение боковые конструкции стены 7) Цельнонесущий кузов 8) Кузов с несущей рамой 9) Кузов с несущей рамой и боковыми стенами 10) Цельнометаллический 11) Смешанный (металлический каркас и неметаллическая обшива) | |
| Исполнение | ||
| Примечание. Hopper –анг.- прыгать – грузовой вагон в виде бункера для сыпучих грузов; Крытые вагоны изготавливаются преимущественно 4 осной конструкции |
9.4.2. Полувагоны
Полувагоны относятся к наиболее распространенному в России типу универсального грузового подвижного состава с открытым кузовом.
До 50-х годов ХХ века они назывались по аналогии с американскими вагонами «гондолами» (ит. gondola корзина, емкость для экипажа и различных механизмов – саморазгружающийся вагон без крыши, оснащенный открывающими частями кузова), затем за таким вагоном закрепилось название «полувагон». Оно произошло от преобразованной платформы (наиболее сохранившегося после Великой Отечественной войны типа подвижного состава) на Калининском (теперь Тверском) вагоностроительном заводе в вагон с низкими стенами для перевозки железной руды с Кольского полуострова. В начале такой вагон назывался «калинками» (см. рис. 9.5), а уж потом его из-за невысоких стен стали называть «полувагоном». В настоящее время – это официальное обобщенное название вагонов без крыши, предназначенных для перевозок массовых грузов, не боящихся атмосферных воздействий, несанкционированного проникновения в вагоны и уноса сыпучего груза.
На сегодня – это самый массовый тип грузового подвижного состава в нашей стране. Полувагоны можно классифицировать по следующим признакам (см. табл.9.4, рис.9.5, 9.6, 9.7):
- по осности: на четырех-, шести- и восьмиосные;
- по разгрузке: само- и несаморазгружающиеся;
- направление разгрузки: через люки в полу и боковых стенах, под вагон и на обочину;
- по материалу кузова: цельно- и нецельнометаллические.
В настоящее время полувагоны имеют в основном четырехосную 1 (табл. 9.4, рис. 9.5, 9.6, 9.7) конструкцию.
В начале 70-х годов ХХ века была предпринята попытка увеличить на треть вес поезда за счет использования шестиосных 2 полувагонов. Они должны были полнее использовать длину станционных путей и мощность локомотивов. Однако конструкция вагона оказалась неудачной из-за высокого расположения центра тяжести, недостаточно жесткой и прочной конструкции кузова. Вагоны имели серьезные нарекания от эксплуатационников. Поэтому после эксплуатации опытной партии от таких вагонов впоследствии отказались.
После принятия решения о строительстве Байкало-Амурской магистрали, БАМа, по которой планировалось вывозить углеводороды Сибири на тихоокеанское побережье страны, стали создавать восьмиосные цистерны. По аналогии с ними строились и восьмиосные 3 полувагоны. Однако, в связи с изменившимися условиями и невысокими технико-экономическими параметрами эти вагоны пока не нашли широкого применения.
Первые отечественные четырехосные полувагоны для облегчения проведения погрузо-разгрузочных работ имели люки в полу, двери и люки в боковых, стенах, двухстворчатые, открывающиеся во внутрь вагона, торцевые стены-двери. Затем по многим причинам от многих решений начали последовательно отказываться. В начале,- от дверей и люков в боковых стенах, затем, – в торцовых стенах, а сейчас, – и от люков в полу.
Наибольшее распространение на российских железных дорогах получили саморазгружающиеся четырехосные универсальные полувагоны с торцевыми дверями и разгрузочными люками в полу 4 (рис. 9.5, 9.6, 9.7).
Торцевые двухстворчатые двери открываются внутрь вагона и при необходимости обеспечивают возможность перевозок длинномерных (превышающих длину кузова) грузов в сцепе из нескольких полувагонов. Пол полувагона – это набор крышек люков, которые закрывают отверстия в раме вагона, образованные продольными (хребтовая и нижняя обвязка боковой стены) и поперечными балками рамы. Для разгрузки люковые крышки открываются под кузов вагона на угол до 33о и сыпучий груз «вытекает» из кузова вагона.
Есть разновидности полувагонов, у которых разгрузка осуществляется через люки в боковых стенах 7, 10, а также комбинированно через люки в боковых стенах и полу.
На замкнутых регулярных маршрутах при перевозках сыпучих массовых грузов (например, каменный уголь для крупных ТЭЦ) выгодным представляется использование вагоноопрокидывателей (рис. 9.6). Поэтому для такого типа перевозок целесообразны полувагоны с «глухим» кузовом. У таких вагонов торцевые стены и пол изготавливаются сплошными в виде открытого жесткого короба, без вырезов и люков 5 рис. 9.7.
Рис. 9.7. Схематическое изображение классификационных признаков табл. 9.4.
 |
Рис. 9.5. Переоборудованный из платформы вагон Калининского вагоностроительного завода «калинка – полувагон» (вверху) и традиционный четырехосный цельнометаллический полувагон (внизу)
Рис. 9.6. Некоторые типы полувагонов (справа-налево, сверху-вниз): 4 осные с «глухими» торцевыми стенами и люками в полу; с «глухим» кузовом; 6 осный с торцевыми дверями и люками в полу; с разгрузкой на вагоноопрокидывателе; с разгрузкой «под себя»; с разгрузкой на обочину; с наклоняемым кузовом; 8 осный вагон с люками в полу.
Табл. 9.4. Полувагоны
| пп | Показатель классификации | В а р и а н т ы |
| Осность Тип кузова Разгрузка Материал кузова | 1) Четырехосные 2) Шестиосные 3) Восьмиосные 4) Саморазгружающийся 5) Несаморазгружающийся (глухой кузов) 6)Через люки 7) Через люки в 8) Наклоняемый кузов 9)Разгрузка хоппера 10) Разгрузка хоппера в полу боковых стенах (думпкар) под вагон на обочину 11) Цельнометаллический 12) Нецельнометаллический | |
| Исполнение | ||
| Примечание. Dumpcar – анг. – саморазгружающийся полувагон с кузовом опрокидывающего типа. Полувагоныв основном саморазгружающиеся с несущей рамой и боковыми стенами четырехосной конструкции |
Современные полувагоны изготавливают цельнометаллическими. Кузов такого вагона образуют боковые стены, соединенные с рамой вагона. Боковые стены выполняются в виде рамной конструкции, которые образованы вертикальными стойками и горизонтальными верхней и нижней обвязками. К ней приваривается металлическая оболочка толщиной до 4 мм, которая для придания устойчивости гофрируется.
Универсальные полувагоны имеют преимущественно четырехосную конструкцию.
9.4.3. Резервуарные вагоны
У нас эту категорию подвижного состава называют цистернами (лат. cisterna водоем, водохранилище – открытый водоем с водонепроницаемыми стенками и дном). По нашему мнению для них больше подходит наименование резервуарные (лат. reservare сохранять, сберегать – емкость для жидкостей и газов) вагоны, так как они имеют закрытую емкость для груза.
В начале резервуарные вагоны относили к специализированному подвижному составу, так как в них перевозились только жидкости. Затем, когда их приспособили для перевозок грузов, обладающих способностью течь (это грузы, подобные пылевидным, мелко- и крупнозернистым, кусковым и вообще сыпучим), эти вагоны были отнесены к универсальным или, в крайнем случае, к специализированным вагонам по выбранной конструкции кузова 32 табл. 9.2.
Отличительной особенностью резервуарных вагонов является наличие замкнутого несущего кузова-резервуара с загрузочно-разгрузочным устройством (одним или неколькими), закрепленного на раме вагона, предназначенным для перевозок грузов в разных климатических зонах под избыточным давлением. Несущую способность таким кузовам создают их форма (цилиндрическая, сферическая, конусообразная) «сваренная» из металлических листов толщиной от 9 до 45 мм. Эти кузова называют еще котлами, у которых выделяют нагрузочную часть от груза, образованную так называемыми броневыми, повышенными по толщине, листами стали. В зависимости от перевозимого груза и внешних условий котлы изнутри и снаружи покрывают разнообразной изоляцией. Такие особенности кузовов резервуарных вагонов способствовали включению их в несущую конструкцию вагона.
Тормозное, ударно-тяговое оборудование и ходовые части для резервуарных вагонов используются типовыми, как и для всех универсальных вагонов.
Рис. 9.8. Резервуарные вагоны с горизонтально расположенным котлом (вверху),
налонно- и вертикально расположенными резервуарами (внизу)
Все многообразие резервуарных вагонов мы классифицировали по следующим признакам (см. табл. 9.5 и рис. 9.9):
- по осности: четырех-, шести- и восьмиосные;
- по количеству резервуаров: один или несколько;
- по расположению резервуаров: горизонтальные, вертикальные и наклонно расположенные;
- по несущей способности вагона: с несущей рамой, вагоны с «неполной» рамой и вагоны безрамной конструкции;
- по материалу котла: металлические и неметаллические;
- по перевозимому грузу: жидкости, не жидкости и смеси;
- по степени влияния груза на вагон и окружающую среду: токсические и нетоксические, агрессивные и неагрессивные, с нормальным и повышенным внутренним давлением.
Наиболее распространенным типом резервуарных вагонов являются универсальные четырехосные 1 (табл. 9.5, рис. 9.9, рис. 9.10) цистерны с котлом на раме.
 |
|
Котел прикреплен болтами к хребтовой балке рамы вагона в средней его части и уложен на боковые опоры, размещенные на шкворневых балках. Для предотвращения опрокидывания под воздействием боковых сил он хомутами прижимается к опорам. Такое соединение дает возможность компенсировать возможные температурные изменения длины котла. Он сварен из продольных металлических листов-обечаек и замкнут двумя полусферическими днищами. При этом нижний лист, броневой имеет толщину до 11 мм, верхние листы – 9 мм. Загрузка такой цистерны производится сверху, через горловину котла, а разгрузка – снизу, через универсальный сливной прибор; управление сливом осуществляется сверху из горловины. Котел в закрытом состоянии представляет собой герметическую емкость, поэтому для регулирования внутреннего давления
Табл. 9. 5. Резервуарные вагоны
| пп | Показатель классификации | В а р и а н т ы |
| Осность Конструктивная схема: - количество резервуаров - расположение резервуа- ров относительно плос- кости рамы - закрепление резервуара Несущая способность Материал котла Перевозимые грузы: - по виду -по влиянию на вагон и окружающую среду | 1) Четырехосные 2) Шестиосные 3) Восьмиосные 4) Один 5) Несколько 6) Горизонтальное 7) Вертикальное 8) Под углом к горизонту 9) Жесткое 10) Шарнирное 11) Рамные конструкции 12) Частично рамные конструкции 13) Безрамные конструкции 14) Металл 15) Неметалл 16) Жидкости 17) «Текучие» грузы (не жидкости) 18) Газы 19) Нетоксич- 20) Токсичные 21) Неагрес- 22) Агрессив- 23) С нормальным 24) С повышенным ные сивные ные внутренним внутренним давлением давлением | |
| Исполнение | ||
| Примечание. Reservoir – фр.- сохранять сберегать; cisterna – лат.-водоем, водохранилище |
Рис. 9. 10. Схематическое изображение классификационных признаков табл. 9.5
в котле на цистерне имеется впускно-выпускной регулирующий клапан.
В начале для удовлетворения внутренних нужд хотели использовать резервуарные вагоны с котлом повышенного объема. Для этого предполагали использовать шестиосные 2 (табл. 9.5, рис. 9.10) вагоны. Однако они кроме тех недостатков, которые мы отметили в п. 8.4.2, требовали переустройства наливных и сливных устройств из-за увеличенной длины котла у клиентов железной дороги. Шестиосные вагоны не получили распространения на наших железных дорогах.
Восьмиосные резервуарные вагоны 3 (табл. 9.5, рис. 9.8, 9.10) предназначались для БАМа для экспортных поставок нефти-сырца к морскому порту Ванино на тихоокеанское побережье страны. Однако из-за изменившихся условий в стране и мире эти поставки не состоялись. Ограниченное количество восьмиосных резервуарных вагонов используется внутри страны.
Универсальные восьмиосные цистерны (рис.9.11) имеют котел, к которому с обоих концов жестко прикреплены концевые части рамы; они обеспечивают соединение с ходовыми частями и в них располагаются ударно-тяговые устройст- ва.
В восьмиосных цистернах может быть одно или два загрузочных и выгрузочных отверстия.
Для перевозки разных грузов, для достижения мелкопартионности перевозок одного груза, а также для улучшения погрузки-выгрузки грузов резервуарные вагоны могут иметь один 4 или несколько 5 (табл. 9.5, рис. 9.8 ÷ 9.11) котлов-резервуаров, которые могут располагаться горизонтально 6, параллельно
|
|
 |
|
 |
|
 |
продольной оси вагона, вертикально 7, перпендикулярно продольной оси вагона, под некоторым фиксированным углом к продольной оси вагона 8 (рис. 9.10, 9.12), с наклоняемым горизонтальным, вертикальным (рис. 9.13) и поворачивающимися (рис. 9.14) резервуарами-котлами.
Как видно, особенности размещения груза, его погрузка и выгрузка определяют крепление резервуаров к раме вагона. Оно может быть жестким 9 неподвижным сварочным соединением, жестким неподвижным болтовым или шарнирным 10 (табл. 9.5, рис. 9.10). В случае жесткого неподвижного сварочного соединения резервуары и рама представляют собой единую основную несущую конструкцию, воспринимающую совместно все виды эксплуатационных нагрузок. Такое соединение имеют резервуарные вагоны безрамной 13 или частично рамной 12 конструкции. У вагонов с жестким неподвижным болтовым или шарнирным прикреплением котла к раме основная несущая конструкция разделяется на раму и котел 9, 11. При этом рама воспринимает только продольные нагрузки, а котел – вертикальные и усилия от давления груза.
У резервуарных вагонов рамной 11 конструкции элементы рамы играют неодинаковую роль. Она зависит от способа соединения котла с рамой. При цельнонесущей конструкции 13 вагона все элементы рамы являются основными и несущими; при частично несущей конструкции, в которой рама воспринимает только продольные нагрузки, основную роль в ней играют хребтовая балка (она работает на продольные нагрузки) и шкворневые балки (они воспринимают вертикальные нагрузки); другие балки выполняют вспомогательную роль.
Материалом котла у резервуарных вагонов могут быть металлы 14, инертные по отношению к грузу и окружающей среде и не металлы 15 (табл. 9.5, рис. 9.10). В некоторых случаях делают защиту основного материала котла различными изолирующими материалами-веществами (например, свинец, алюминий, резина и пр.).
В настоящее время в резервуарных вагонах перевозятся не только жидкости 16, но и различные сыпучие материалы, способные «течь» 17. К ним относятся: цемент, зерно, минеральные удобрения, кварцевый песок, щебенка,
гранулированные материалы и пр. Сжиженные газы 18 перевозятся под большим давлением (до 50 бар). В вагоне они занимают объем как жидкости и частично, как газы. Для восприятия внутреннего давления конструкция котла вагона усилена и имеет приспособления для минимизации воздействия солнечной инсоляции, специальные теневые кожухи и соответствующую окраску.
Как уже указывалось ранее (см. п. 9.2) в грузовых железнодорожных вагонах перевозятся все мыслимые и немыслимые грузы, в том числе токсичные (греч. toxikon яд – соединения бактериального, растительного или животного происхождения, которые при попадании в живой организм вызывают заболевания или их гибель), агрессивные (франц. agression нападение – проявление насильственных актов) и перевозимые под специальным давлением (повышенном). Токсичные 20 грузы из-за недопущения воздействия, прежде всего, на человека защищают при перевозках, в необходимых случаях информируют о таких перевозках людей, не допускают их присутствия, или защищают спецодеждой. Агрессивные 22 грузы воздействуют негативным образом на конструкцию вагонов, поэтому при их перевозке используют различные промежуточные третьи тела между грузом и вагоном. При перевозках грузов под большим 24 (табл. 9.5), чем атмосферное, давлением используют соответствующие вагоны с впускно-выпускными клапанами для поддержания его на требуемом уровне. Для всех этих грузов имеются специальные Требования на их перевозку.
9.4.4. Платформенные вагоны
Платформенные вагоны (франц. plate-forme плоская форма – ровная возвышенная площадка) – это были одни из первых железнодорожных вагонов. Они предназначены для перевозок длинномерных штучных и сыпучих грузов, контейнеров и оборудования, не требующих защиты от атмосферных воздействий.
Все разнообразие платформенных вагонов классифицируем по следующим основным признакам (см. рис. 9.6, рис. 9.16):
- по назначению: универсальные вагоны, транспортеры, контейнеровозы и специальные платформы;
- по осности: четырех- и многоосные;
- по форме платформы: плоская, плоская изогнутая, пространственная;
- по количеству погрузочных платформ: одна, многоэтажные, сочлененные и составные.
Наиболее распространенным типом платформенных вагонов является так называемая универсальная грузовая четырехосная платформа - вагон открытого типа. Платформа 1 (табл. 9.6, рис. 9.16, 9.15) имеет мощную стальную сварную раму с деревянным или деревометаллическим (для обеспечения более простого закрепления и фиксирования груза при перевозках) настилом пола и металлическими откидными боковыми и торцевыми бортами. Настил пола подкреплен дополнительными балками в раме. Торцевые борта в открытом
Рис. 9. 15. Платформенные вагоны: традиционный бортовой вагон; транспортер; платформы для контейнеров, длинномерных грузов, автомобилей и леса.
положении служат переездными мостиками для погрузки колесной техники самоходом, а боковые борта, разделенные по длине на секции – опускаются и располагаются вдоль боковых балок рамы вагона.
На платформах допускается перевозка как распределенных, так и сосредоточенных в средней части грузов (441 кН на длине 3 м и 588 кН на длине 4,3 м). Для этого продольные боковые и хребтовая балки выполняются переменного сечения по длине; по середине, в зоне наибольшего значения изгибающего момента от вертикальной нагрузки их поперечное сечение увеличено.
Для закрепления и фиксирования груза на платформе на ее раме при перевозках устраиваются разнообразные крепежные приспособления.
Специализированными платформенными вагонами являются транспортеры 2 (табл. 9.6, рис. 9.15, 9.16)– вагоны, предназначенные для перевозки крупногабаритных и тяжеловесных грузов (трансформаторы большой мощности, части гидравлических турбин, статоры и роторы генераторов, колонны, станины и