При расчетах вагонов и их частей на прочность нормами предлагается учитывать следующие виды нагрузок:
полезную нагрузку (вес перевозимых грузов или пассажиров) и тару (собственный вес конструкции);
силы взаимодействия между вагонами при движении поезда или маневровой работе;
силы, возникающие при торможении поезда;
силы инерции, вызванные ускорениями при колебаниях от неровностей пути и изменении скорости движения вагона;
силы, возникающие при вписывании вагона в кривые и переходные участки пути;
силы давления ветра;
силы распора жидких, сыпучих и других навальных грузов; внутреннее давление или разрежение в резервуарах;
силы, возникающие при механизированной погрузке и раз-грузке вагона;
силы, прикладываемые к вагону при его ремонте;
силы, возникающие при работе механизмов, установленных на вагоне;
силы, вызванные технологическими факторами при изготовлении.
Перечисленные нагрузки приводятся к следующим основным видам по направлению их действия:
вертикальные;
боковые;
продольные;
группы самоуравновешенных сил — вертикальных кососим-метричных, горизонтальных от распора сыпучих грузов и другие.
5. Общее устройство грузовых и пассажирских вагонов
Все вагоны состоят из следующих основных узлов; кузова с рамой, ходовых частей, автосцепных устройств и тормозного оборудования.
Кузов служит для размещения в вагоне пассажиров или грузов. Конструкция кузова зависит от назначения загона. Так, каркас кузова грузовых крытых вагонов состоит из металлических стоек, дуг и балок фасонного профиля. Стены кузова обшиты стальными листами. Если стены обшиваются досками, то каркас кузова дополнительно имеет металлические раскосы. Потолочные дуги и фрамуги покрыты стальными листами, сваренными в стыках и образующими цельнометаллическую крышу. Раньше крыша грузового вагона покрывалась кровельной сталью, делалась без загрузочных люков и была менее прочной и недолговечной. Кузов имеет по две (или по одной) задвижной цельнометаллической двери с обеих сторон и по два люка на каждой продольной стене.
Каркас кузова цельнометаллического пассажирского вагона представляет единую сварную металлическую несущую конструкцию, состоящую из поперечных и продольных балок и стоек, а также дуг крыши. Наружная обшивка и крыша выполнены из стальных гофрированных листов, привариваемых к каркасу. Такой кузов обладает большой прочностью и меньшей массой, приходящейся на одно пассажирское место. Внутренние перегородки, а также внутренняя обшивка стен выполнены из дерева, древесноволокнистых плит и полимерных материалов.
Основание кузова — рама воспринимает продольные ударно-тяговые силы, действующие на вагон, и массу груза. Хребтовая балка рамы современных грузовых вагонов состоит из двух мощных стальных прокатных швеллерных или 2-образных балок, расположенных одна от другой на расстоянии, обеспечивающем размещение устройств автосцепки. Обе балки скреплены между собой стальными листами и образуют единую мощную конструкцию. К хребтовой балке прикреплены концевые (буферные) балки, поперечные и шкворневые балки, скрепленные боковыми продольными балками. Конструкция рамы полувагона или цистерны позволяет закрепить разгрузочные люки или котел.
Кузов опирается на ходовые части, которые передают на рельсы массу вагона с грузом.
К ходовым частям вагона относятся колесные пары, буксы с подшипниками, рессорное подвешивание. В четырехосных и многоосных вагонах все эти элементы объединяются в тележки, которые и обеспечивают более легкое прохождение вагонов на кривых участках пути и более плавный ход.
Основной тип тележки грузовых вагонов — двухосная тележка ЦНИИ-ХЗ с одинарным рессорным подвешиванием. Она состоит из двух литых боковин, в которых имеется средний проем (окно) для размещения пружин рессорных комплектов. В пазы боковых проемов вставлены корпуса букс колесных пар. Литая надрессорная балка тележки представляет собой брус коробчатого сечения, воспринимающий нагрузку от вагона через пятниковое соединение. Концы балки опираются на клиновые амортизаторы и через них на комплекты пружин. Клинья амортизаторов размещены в особых углублениях и соприкасаются своими вертикальными плоскостями со стальными сменными планками, укрепленными на боковинах. В зависимости от массы груза вагона каждый рессорный комплект тележки состоит из пяти — семи двухрядных пружин. Колесные пары для этой тележки имеют диаметр по кругу катания 950 мм.
На кронштейнах боковин валиками укреплены подвески триангелей с тормозными колодками. Триангели соединены с вертикальными рычагами, а последние — с распорной тягой при помощи валиков, шайб и шплинтов.
Для шестиосных грузовых вагонов построены трехосные тележки, а для восьмиосных — четырехосные, состоящие из двух сочлененных двухосных тележек типа ЦНИИ-ХЗ.
Под грузовыми вагонами еще имеется некоторое количество двухосных тележек с боковинами, отлитыми заодно с буксами, и поясные тележки, которые постепенно заменяются тележками типа ЦНИИ-ХЗ.
Тележка двухосная КВЗ-ЦНИИ — наиболее совершенный тип тележки пассажирского вагона. Сварная рама тележки опирается на надбуксовые цилиндрические рессоры и через них на опоры роликовых букс колесных пар. Тележка имеет центральное рессорное подвешивание, состоящее из четырех трехрядных пружин, двух люлечных балок, четырех люлечных подвесок и боковых гидравлических гасителей колебаний. Тележки для вагонов массой брутто до 70 т имеют по одному с каждой стороны гидравлическому гасителю колебаний, а для вагонов массой брутто выше 70 т — по два гасителя.
Тележка цельнометаллических пассажирских вагонов прежних выпусков имеет центральное люлечное подвешивание, снабженное эллиптическими рессорами без гидравлических гасителей колебаний.
Вагоны с такими тележками могут быть использованы для скоростей движения до 120 км/ч.
К основным характеристикам грузовых вагонов относятся:
Грузоподъемность — максимальная масса груза в тоннах, которую можно перевозить в вагоне данного типа; длина вагона; тара — масса порожнего вагона; коэффициент тары — отношение массы порожнего вагона к грузоподъемности. Чем ниже коэффициент тары, тем экономичнее вагоны.
Допустимые нагрузки от оси вагона на рельсы (осевая), а также от вагона на 1 м пути определяют максимально возможную массу загруженного вагона (брутто).
Объем кузова и площадь пола определяют вместимость вагона. У открытого подвижного состава (платформ, полувагонов) большое значение имеет высота бортов или стен. При проектировании вагонов учитывается соотношение вместимости кузова и грузоподъемности. Вместимость крытого вагона характеризуется удельным объемом кузова, или отношением объема кузова вагона к его грузоподъемности, а вместимость платформы — удельной
площадью пола, или отношением площади пола к грузоподъемности.
Для пассажирских вагонов основной конструкционной характеристикой является отношение тары к числу мест для пассажиров.
Чем меньше масса тары, приходящейся на каждое место, тем экономичнее вагон.
6. Устройство вагона типа Хоппер-цементовоз
6.1 Технико-экономические характеристика
Вагон-хоппер предназначен для бестарной перевозки цемента, гипса, извести, алебастра, глинозема, песка кварцевого и других грузов, разрешенных к перевозке в вагонах-цементовозах в пределах грузоподъемности.
Срок службы вагона-хоппера модели 19-3018 – 26 лет.
Грузоподъемность вагона составляет 73 тонны; масса тары – 20,3 тонны.
Габарит вагона – 1-ВМ.
Длина вагона: по осям автосцепок – 12 020 мм; по концевым балкам рамы – 10 800 мм. База вагона составляет 7 800 мм; его ширина – 3 240 мм.
Конструкционная скорость хоппера-цементовоза модели 19-3018 составляет 120 км/час.
Высота от уровня верха головки рельса: максимальная – 4 420 мм; до оси автосцепок – 1 060 мм.
В вагоне имеются 4 загрузочных и 4 выгрузочных люка. Размеры выгрузочных люков в свету составляют 750 × 475 мм.
Углы наклона стенок, как кузова, так и бункеров равняются 50˚.
Нагрузка от колесной пары на рельс составляет 230,3 кН, что равняется 23,5 тс.
6.2 Конструкция кузова и рамы вагона
Крытый вагон-хоппер для перевозки це-мента бункерного типа служит для бестарной перевозки цемента насыпью (температура груза не должна превышать 70˚С) к мес-там массового потребления, где имеются приемо-разгрузочные устройства, расположенные между рельсами.
Цельносварной кузов вагона состоит из двух вертикальных боковых и двух торцевых стен, установленных под углом 50˚ к горизонтали, рамы и бункеров. Обшивка боковых и торцевых стен выполнена из стальных листов марки 09Г2Д толщиной соответственно 3 и 4 мм. Торцевые стены усилены стойками. Хребтовая балка выполнена из двух Z-образных прокатных про-филей. Внутри кузова на хребтовой балке установлен конек, придающий ей дополнительную прочность и способствующий лучшему ссыпанию груза.
Нижнюю часть кузова замыкают четыре бункера с разгрузочными люками. Штампованные крышки люков имеют уплотнительные прокладки из резины, сохраняющей упругие свойства в интервале температур от –50 до +l00˚С. Механизм разгрузки обеспечивает попарное открывание и закрывание- крышек бункеров, а также позволяет дозировать высыпание цемента из вагона и прекращать выгрузку в любой момент. Состоит механизм из винтового привода со штурвалом, укрепленного на кронштейне, и системы шарнирно связанных между собой рычагов и тяг с распорками, соединенными попарно с крышками разгрузочных люков. Закрытие крышек обеспечивается переходом осей распорок за «мертвую точку» на 20 мм, что предохраняет крышки от самопроизвольного открывания.