1.2 Основные части вагонов

При всём разнообразии типов и конструкций вагоны имеют общие основные элементы (узлы или сборочные единицы). К ним относятся кузов, ходовые части, ударно-тяговые приборы и автотормоза.

Кузов грузового вагона предназначен для размещения грузов. Его конструкция зависит от типа вагона. У многих вагонов основанием кузова является рама, состоящая из совокупности продольных и поперечных балок, соединённых между собой сваркой.

Рама является основанием кузова, на которой монтируются стены, автосцепное и автотормозное оборудование. Рама относится к наиболее нагруженным элементам кузова, воспринимающим наибольшую долю как продольных, так и вертикальных нагрузок, и поэтому она выполняется из наиболее мощных и материалоемких прокатных профилей. В зависимости от расположения основных силовых элементов применяются рамы хребтового, лонжеронного и комбинированного типов.

В рамах хребтового типа основным силовым элементом является хребтовая балка, воспринимающая продольные тяговые и толкающие силы и через автосцепное устройство передающая эти силы на другие вагоны. Кроме того, хребтовая балка служит для крепления на ней автосцепного и тормозного оборудования.

Хребтовая балка для универсальных полувагонов выполняется, как правило, из двух Z-образных профилей № 31, перекрытых сверху двутавром № 19, а для полувагонов с глухим кузовом полосой толщиной 8 мм. Хребтовая балка для универсальных крытых вагонов также выполняется из двух Z-образных профилей № 31.

Хребтовая балка цистерн выполняется, как правило, из двух швеллеров № ЗОВ, перекрытых сверху и снизу накладками толщиной 7 мм.

Рамы такого типа эффективно работают совместно с цельнометаллическими боковыми и торцевыми стенами кузова, воспринимая также вертикальные и поперечные силы. Для жесткой связи с элементами кузова рамы хребтового типа имеют набор поперечных (концевых, шкворневых и промежуточных поперечных) балок, а при необходимости и продольных балок.

Шкворневые балки у основной массы грузовых вагонов замкнутого коробчатого сечения. Они сварены из двух вертикальных листов, верхнего нижнего листов. Толщина вертикальных листов у полувагонов и цистерн составляет порядка 8 мм, верхнего листа порядка 10 мм, а нижнего – 12 мм. У универсальных крытых вагонов толщина листов несколько меньше – 6, 8 и 10 мм соответственно.

Место пересечения шкворневой и хребтовой балок усиливается надпятниковой коробкой и накладками. В этой зоне к нижнему горизонтальному листу шкворневой балки приклепан пятник и на заданном расстоянии скользуны.

Поперечные балки, число которых зависит от типа вагона и его осности (за исключением цистерн), служат для поддержания настила пола (люков) в раме сварные двутаврового сечения. Они состоят из вертикального, верхнего и нижнего листов.

Концевые балки предназначены для восприятия только части нагрузок, поэтому выполняются облегченными – из гнутого (реже сварного) профиля Г-образной или П- образной формы толщиной 6 – 10 мм. На лобовом (вертикальном) листе концевой балки установлен поручень сцепщика, кронштейн для крепления стояночного тормоза и кронштейн расцепного привода автосцепки.

Для обеспечения равнопрочности конструкции рамы концевые, шворневые и основные поперечные балки имеют переменную высоту по своей длине.

Боковые продольные балки рамы предназначены для соединения боковых стен с рамой. Они работают совместно со стенами и воспринимают, хоть и в меньшей степени, чем хребтовая балка, но тоже все виды эксплуатационных нагрузок. Боковые продольные балки выполняются из швеллера или двутавра.

Хребтовые, шкворневые, концевые и промежуточные балки рам вагонов изготавливают из стального проката марок 09Г2, 09Г2С, 09Г2Д, 10Г2БД и других.

Рамы хребтового типа применяются на крытых вагонах, полувагонах, цистернах и других типах вагонов.

В рамах лонжеронного типа основными силовыми элементами являются лонжероны (силовые балки), расположенные по краям рамы. Рамы такого типа воспринимают вертикальные и поперечные силы, эффективно работают на кручение, однако для передачи продольных сил от вагона к вагону требуются дополнительные силовые элементы (раскосы, консольные балки). Кроме того, возникают проблемы размещения автосцепного и тормозного оборудования, поэтому они применяются только на современных платформах для крупнотоннажных контейнеров (например, модель 13-2118). Рамы такого типа имеют оригинальную конструкцию и выполняются из специальных профилей.

Рамы комбинированного типа имеют как хребтовую, так и лонжеронные (боковые продольные) балки, поэтому способна самостоятельно воспринимать все действующие продольные, вертикальные и поперечные силы, а также эффективно работают на кручение. Поэтому рамы комбинированного типа применяются на вагонах, у которых отсутствуют боковые и торцевые стены, или они не участвуют в восприятии нагрузок, например платформы.

Рама комбинированного типа универсальных платформ состоит из хребтовой балки в виде двух двутавров № 70 переменной высоты по длине, двух лонжеронов (боковых балок) выполненных из двутавра № 30 постоянной высоты по всей длине, а также концевых, шкворневых и промежуточных балок. Конструкция концевых, шкворневых и промежуточных балок аналогична описанным выше. Для передачи избыточной части силы удара от розетки и концевой балки на лонжероны при полном закрытии поглощающих аппаратов в консольной части рамы установлены раскосы, которые сварены из двух швеллеров № 14 и имеют коробчатое сечение.

В другом варианте рама такого типа состоит из хребтовой балки, сваренной из двух двутавров № 60В переменной высоты по длине, а лонжероны (боковые балки) – из одного двутавра такого же профиля. Все вспомогательные продольные и поперечные балки изготовлены из двутавра № 10, а раскосы – из двутавра № 12.

Несмотря на большое разнообразие, кузова можно классифицировать по различным признакам, например, по конструкции несущих элементов, видам и роду перевозимых грузов, материалу кузова и наличию устройств для погрузочно-разгрузочных работ.

В зависимости от конструкции несущих элементов кузова подразделяются на цельнонесущие, с несущими боковыми стенами и рамой, со свободно несущей рамой.

Вертикальные, продольные и боковые нагрузки в цельнонесущих кузовах воспринимаются совместно рамой, боковыми стенами и крышей. По такому принципу строят кузова современных крытых вагонов.

Кузова с несущими боковыми стенами и рамой применяются у современных полувагонов. Кузова такого типа также применялись у крытых вагонов устаревших конструкций, в которых крыша не участвует в восприятии нагрузок, а служит только для укрытия от атмосферных осадков.

Кузова со свободно несущей рамой применяются для платформ, а также для вагонов устаревших конструкций, в которых боковые стены могут воспринимать только усилия распора находящегося в кузове груза. В этом случае основные нагрузки воспринимаются одной рамой, поэтому она должна быть наиболее мощной.

По видам перевозимых грузов кузова делятся на универсальные и специализированные. Универсальные кузова предназначены для размещения и перевозки широкой номенклатуры грузов, а специализированные – для отдельных видов грузов, отличающихся особыми условиями перевозок.

По роду перевозимых грузов кузова делятся на открытые (полувагоны, платформы, думпкары, и хопперы-дозаторы) и закрытые (крытые, цистерны, хопперы и кузова бункерного типа).

По материалу кузова – цельнометаллические, с металлическим силовым каркасом и неметаллической (деревянной) обшивкой, а также кузова из алюминиевых сплавов.

По наличию устройств, обеспечивающих погрузочно-разгрузочные работы, кузова бывают с дверными проёмами и люками в боковых стенах и крыше (крытые вагоны), с люками в полу (полувагоны), с люками в крыше и наклонными боковыми или торцовыми стенами и разгрузочными люками (хопперы), с раскрывающейся на стороны или сдвигающейся вдоль вагона крышей, раздвигающимися секциями боковых стен.

Цельнометаллический кузов крытого вагона состоит из рамы, двух боковых, двух торцевых стен и крыши, сваренных в единую жесткую конструкцию.

Боковая стена имеет силовой каркас и наружную металлическую обшивку. Силовой каркас стены включает верхнюю и нижнюю обвязки, шкворневые, промежуточные и дверные стойки, количество которых зависит от конкретной модели.

Металлическая обшивка боковой стены кузова сварена из двух-трёх гофрированных листов разной толщины: нижние толще (порядка 5 мм), верхние тоньше (порядка 2,5 мм). Верхняя обвязка изготовлена из холоднокатаного или гнутого уголка, промежуточные стойки выполняются из Ω-образного или П-образного гнутого профиля, дверные стойки из Z-образного профиля. С рамой боковая стена соединяется продольной боковой балкой, а с крышей – верхней обвязкой.

Изнутри боковая стена обшивается влагостойкой фанерой марки ФСФ толщиной 10 мм или напыляется полимерный материал толщиной 5 - 6 мм.

Дверные створки (одна или две) состоят также из силового каркаса, обшитого снаружи металлическими листами, передвигаются вдоль боковых стен на роликах по рельсу, приваренному к порогу.

Торцовые стены состоят из силового каркаса и наружной обшивки. Силовой каркас состоит из верхней и нижней обвязок и вертикальных стоек.

Верхняя обвязка каркаса выполняется из гнутого профиля, к которой заклёпками крепится нижняя обвязка фрамуги.

Средние вертикальные стойки изготавливают из гнутых Ω-образных или П-образных профилей и снизу приварены к концевой балке рамы. Нижняя обвязка торцовой стены выполнена из гнутого Z-образного профиля. Внутренняя поверхность торцовых стен также обшивается влагостойкой фанерой марки ФСФ толщиной 10 мм или напыляется полимерный материал толщиной 5 - 6 мм.

Крыша кузова – цельнометаллическая, сварной конструкции с четырьмя загрузочными люками и двумя печными разделками, расположенными в двух крайних крышках.

Каркас крыши образован набором дуг, продольных элементов, расположенных в средней части, и двух боковых продольных обвязок.

Каркас снаружи или изнутри обшивается гофрированными листами толщиной 1,5 - 2 мм. Фрамуги, с помощью которых крыша крепится к торцовым стенам, выполнены из металлических листов толщиной 2 мм с выштамповками для жесткости гофрами. Изнутри крыша подшита влагостойкой фанерой толщиной 4 мм в два слоя или напыляется полимерный материал толщиной 5 - 6 мм.

Основные элементы силового каркаса и обшивки кузовов грузовых вагонов изготавливают из металлопроката марки 09Г2С, 09Г2Д, 10Г2С1, 10ХНДП и других. В настоящее время при изготовлении кузовов грузовых вагонов нового поколения также используют алюминиевые сплавы.

В крыше могут устанавливаться щелевые люки на всей её длине для загрузки сыпучим грузом. При погрузке и выгрузке крупногабаритных и тяжеловесных грузов с использованием подъёмных кранов кузов оснащается раздвижной или раскрывающейся крышей.

Для перевозки сыпучих грузов кузов хопперов изготавливается с наклонными торцевыми стенами. В этом случае сыпучий груз за счет гравитационных сил выгружается через бункерные устройства с боковыми или нижними люками. Загрузка сыпучего груза производится через люки, расположенные в крыше.

Кузова крытых вагонов, предназначенных для транспортировки автомобилей, имеют двустворчатые торцевые двери, оборудованы нижним и средним полом (двухэтажный) и зарешеченными окнами. Автомобили размещают на нижнем и среднем полу и укрепляют специальными колёсными упорами. Погрузочно-разгрузочные операции выполняют своим ходом по переездным площадкам и направляющим устройствам.

Кузов крытых вагонов для перевозки крупного скота оборудован кормушками, поилками, баками для запаса воды, закромами для хранения корма. Кузов для мелкого скота и птицы — двухэтажный, он также оборудован всеми устройствами, необходимыми при длительной их транспортировке. Для прохода обслуживающего персонала из вагона в вагон такие кузова оборудованы торцовыми дверями с переходными площадками, а некоторые из них имеют купе для проводников.

Кузов для бестарной транспортировки муки изготовлен в виде коническо-цилиндрических бункеров, размещенных вертикально. Кузов имеет верхние загрузочные люки, разгрузка осуществляется автоматически с помощью сжатого воздуха через специальные герметичные муководы.

Кузова полувагонов, предназначенных для перевозки каменного угля, руды, руды, леса, проката металлов, а также других сыпучих и штучных грузов, не требующих укрытия и защиты от атмосферных осадков, не имеют крыши. Это обеспечивает удобство производства трудоёмких операций по погрузке и выгрузке с помощью современных средств механизации (экскаваторов, подъемных кранов, вагоноопрокидывателей и др.). Кроме того, кузова универсальных полувагонов имеют разгрузочные люки в полу или боковых стенах, и обеспечивают выгрузку сыпучих грузов самотёком.

Боковые стены кузова цельнометаллические и состоят из силового каркаса и гофрированных листов.

Силовой каркас четырехосного полувагона сварен из восьми стоек – двух угловых и шести промежуточных, связанных верхней и нижней обвязками. Верхняя обвязка состоит из двух холодногнутых профилей, сваренных в форму замкнутой коробки.

Угловые стойки выполнены в виде гнутого П - образного профиля или пластин из листового проката толщиной 8 мм.

Торцевые стены выполняют либо в виде дверей, либо в виде цельнометаллической конструкции, приваренной к боковым стенам. Цельнометаллическая торцевая стена состоит из металлического каркаса и гладкой листовой обшивки толщиной 4 мм. Каркас включает верхнюю и нижнюю обвязки, две боковые стойки, два горизонтальных пояса и две промежуточные стойки или полустойки. Обшивка приваривается к каркасу с внутренней стороны кузова.

Крышки люков изготавливают из металлических гофрированных листов толщиной 5 мм, подкрепленных элементами жесткости. Наиболее распространённый тип универсального полувагона имеет кузов с разгрузочными люками в полу, крышки которых откидываются, образуя наклонные плоскости. Сыпучий груз за счет сил гравитации выгружается по обе стороны, а при необходимости – в одну сторону от железнодорожного пути. В закрытом положении крышки образуют горизонтальный пол, что позволяет транспортировать грузы широкой номенклатуры. Такие конструкции кузовов полувагонов могут иметь торцевые двери или глухие торцевые стены. Причём кузова с торцевыми дверями увеличивают погрузочный объем, а кузова с глухими торцевыми стенами более долговечны.

При массовых перевозках сыпучих грузов, не требующих укрытия и защиты от атмосферных осадков (например, щебня) применяются полувагоны с конструкцией кузова типа хоппер. Торцевые стены такого кузова наклонены в сторону бункеров, разгрузочные люки которых оборудованы крышками. Причем, конструкции люков могут обеспечивать выгрузку сыпучего груза на стороны от рельсового пути, и в межрельсовое пространство.

На замкнутых маршрутах с большим объёмом перевозок руды и угля наиболее эффективными являются специализированные полувагоны с глухим кузовом (без разгрузочных люков и без торцевых дверей). Такие полувагоны рассчитаны на разгрузку с помощью вагоноопрокидывателей. Чтобы лучше использовать объём в заданном габарите подвижного состава, кузова изготавливают с наружным расположением обшивки стен относительно стоек и закруглениями боковых стен снизу.

Кузовом цистерны является котел. Котёл цистерны состоит из цилиндрической части и двух днищ. Цилиндрическая часть котла составлена из продольно расположенных листов, из которых один нижний – броневой лист имеет большую толщину, чем боковые и верхний листы.

Днища котла имеют эллиптическую форму с отношением высоты выпуклой части к диаметру, равным 0,2. Днища приварены к цилиндрической части котла стыковыми швами. Также соединены между собой листы цилиндрической части.

Для налива груза, осмотра внутренних частей котла и его очистки используется люк, герметично закрываемый крышкой. На крышке люка или рядом крепится арматура для обеспечения загрузки и выгрузки и контроля груза. Для обеспечения полного слива продукта нижний броневой лист котла имеет уклон к средине, образованный выштамповкой нижнего листа на глубину 20-30 мм. Для подъема на цистерну с обеих сторон вблизи от люка закреплены металлические лестницы, а наверху сделана площадка для безопасного обслуживания при осмотре и промывке котла. Внутри котла также имеется лестница, опирающаяся на нижний лист.

Ходовые части предназначены для безопасного движения по рельсовому пути, с необходимой плавностью хода и наименьшим сопротивлением движению. Ходовые части объединены в самостоятельные узлы – тележки. тележка имеет раму, на которой крепятся детали рессорного подвешивания и тормозного оборудования, а также надрессорную балку с подпятником и скользунами, непосредственно воспринимающими нагрузку от рамы кузова. В качестве ходовых частей грузовых вагонов используются двухосные тележки моделей 18-100, 18-100М, 18-578 на подшипниках с цилиндрическими роликами, а пассажирских вагонов – тележки моделей ТВЗ-ЦНИИ и 68-4096.

Ударно-тяговые приборы (автосцепное устройство) 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. В качестве автосцепного устройства применялась автосцепка СА-3 с поглощающим аппаратом Ш-1-ТМ с ходом 70 мм или аппаратом Ш-2-В с ходом 90 мм, которые в настоящее время могут заменяться на усовершенствованные автосцепки с новым механизмом сцепления и поглощающими аппаратами типа Ш-6-ТО-4, 73ZW, АПЭ-95-УВЗ, АПЭ-120-УВЗ с эластомерными материалами.

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. В типовом автотормозном оборудовании используются воздухораспределители № 270 – 005 – 1 или № 483-000, регуляторы рычажной передачи типа 574Б или 536М и авторежимы типов 265 – 002 или 265А. На цистернах, полувагонах и вагонах-хопперах нового поколения применяется автотормозное оборудование с потележечным торможением, и используются воздухораспределители № 483А-01, тормозные цилиндры ТЦР-10-75 и авторежимы 265А-3.