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 № 3ОВ, 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 способны 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 середине, 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.