ТРЕБОВАНИЯ. Особое значение теплотехнические и санитарно-гигиенические требования имеют для пассажирских вагонов

Особое значение теплотехнические и санитарно-гигиенические требования имеют для пассажирских вагонов, но иногда подобные требования предъявляют и к специализированным грузовым ваго­нам — к рефрижераторным, для перевозки скота, некоторых хи­мических грузов и т. д.

Параметры воздушной среды. Нормальными или комфортными параметрами окружающего воздуха считают такие, при которых количество тепла, вырабатываемого организмом человека, и ко­личество тепла, отдаваемого им окружающей среде, уравнивается благодаря нормальной терморегуляции организма без напряжения последнего. На самочувствие пассажиров оказывает большое влияние чистота воздуха. Для поддержания чистоты воздуха в ва­гоне необходимо подавать в него определенное количество наруж­ного воздуха, а также предусматривать в системе вентиляции соответствующие фильтры. Для предотвращения попадания в ва­гон пыли через неплотности повышают герметичность конструк­ции и обеспечивают избыточное давление (подпор) воздуха.

Рекомендованы следующие параметры воздуха в вагонах с кондиционированием: температура воздуха в пассажирском по­мещении летом должна быть равна 22—26° С (для расчетов берут среднее значение 24° С), зимой 18—22° С; относительная влажность воздуха должна составлять 30—60%; допускаемая неравномер­ность температур воздуха (по длине вагона на одном уровне и по высоте вагона на одной вертикали) не более 3° С.

Максимальная скорость движения воздуха в зонах пребывания пассажиров должна быть не более 0, 25 м/с. Минимальное количе-

ство подаваемого в вагон наружного воздуха на одного пасса­жира (по числу спальных мест): летом 25 м³/ч, зимой 20 м³/ч. Подпор воздуха в кондиционируемых помещениях — не менее 3 мм вод. ст. (30 Н/м²). Максимально допустимые содержания: пыли — 1 мг/м³; углекислого газа — 0, 1% объема помещения.

Для предотвращения появления слишком больших перепадов (больше 12° С) между температурами воздуха внутри и снаружи вагона обычно предусматривают три температурных режима для летнего времени года: прохладный с автоматическим регули­рованием температуры (22—26° С); нормальный (23—27° С); теп­лый (24—28° С).

Вагоны без кондиционирования воздуха оборудуют принуди­тельной вентиляцией с устройствами для очистки воздуха от пыли и подогрева воздуха в холодное время года, вытяжными дефлек­торами, системой отопления и автоматическим управлением тем­пературным режимом в вагонах с электрическим отоплением.

Параметры воздуха в вагонах без его кондиционирования должны удовлетворять следующим условиям: системы отопления (водяного или электрического) и подогрева подаваемого в вагон воздуха должны обеспечивать температуру в вагоне 20 ± 2° С, а в туалетах не ниже 18° С, при температуре наружного воздуха до —40° С; разность температур па высоте и длине вагона не дол­жна превышать 3° С; количество подаваемого вентиляционной установкой в вагон воздуха на каждого пассажира в летнее время года должно составлять 25 м³/ч, а в зимнее 20 м³/ч; скорость дви­жения воздуха в местах нахождения пассажиров не должна пре­вышать 0, 2 м/с зимой и 1 м/с летом (при закрытых окнах).

Водоснабжение. Пассажирские вагоны дальнего следования имеют систему холодного и горячего водоснабжения с запасом воды в баках не менее 1000 л. В вагонах межобластного сообщения и багажных установлено только холодное водоснабжение. В ва­гонах местного и пригородного сообщения системы водоснабжения предусматривают в соответствии с требованиями заказчика. Во­дяные баки системы холодного водоснабжения имеют указатели уровня воды и сигнальные устройства об их заполнении. Воду наливают через специальные трубы со стороны полотна пути. Головки этих труб должны быть удалены от фановых труб к сред­ней части вагона и иметь электроподогреватели и устройство для предохранения их от загрязнения. Система водоснабжения обеспе­чивает возможность полного слива воды.

Освещение. Внутренние помещения пассажирских вагонов освещаются через окна. Отношение площади световых проемов окон к площади пола рекомендовано для купе не менее 0, 25, а для некупейных вагонов — не менее 0, 33. Вагоны без кондицио­нирования воздуха оборудуют окнами с опускающимися (откры­вающимися) рамами. В пассажирских вагонах с установками кондиционирования воздуха окна глухие, за исключением окон служебного помещения, туалетов и коридоров.

Искусственное освещение в основных помещениях Пассажир­ских вагонов (салонах, купе, коридорах) может быть общим или комбинированным (из общего и местного освещения). Общее осве­щение осуществляют люминесцентными лампами. Освещенность от системы общего освещения должна составлять в купе или от­делении некупированного вагона на уровне 0, 8 м от пола не менее 100 лк; в салоне вагона с креслами для сидения на уровне 0, 8 м от пола не менее 100 лк; в коридорах на уровне пола не менее 50 лк. В вагонах с централизованным электроснабжением реко­мендована большая освещенность (в 1, 5-—2 раза).

Местное освещение (софиты у изголовья спальных диванов, настольные лампы в купе, лампы для освещения подножек, под­вагонного оборудования и др.) и освещение вспомогательных по­мещений можно выполнять люминесцентными лампами или лам­пами накаливания. Для ночного времени в спальных купе должно быть предусмотрено освещение синими или темно-зелеными лам­пами, которые можно выключить по желанию пассажиров. Осве­щенность от системы местного освещения должна составлять на поверхности столика купе при люминесцентных лампах 100 лк, а при лампах накаливания 75 лк; на поверхности расположения книги у изголовья дивана и верхней полки купе, а также у спинки кресел при люминесцентных лампах 100 лк, а при лампах накали­вания 50 лк.

Параметры шума. Допустимые уровни шума в вагонах установ­лены разработанным ВНИИВ и ЦНИИ МПС ОСТ 24.050.18—72. Измеренные уровни звукового давления в октавных полосах частот не должны превышать допустимых значений следующих нормиро­вочных кривых:

№ нормировоч­ной кривой

В вагонах мягких, жестких купейных, в купе отдыха проводников поездов дальнего следования, в купе отдыха почтовых и багажных

вагонов....................................................................................................... № 60

В вагонах открытого типа дальнего следования, в вагонах меж­
областного сообщения, в служебных помещениях почтовых и ба­
гажных вагонов.......................................................................................... № 65

В салонах и кабинах водителя трамвайных вагонов.......................... № 75

В вагонах типа И метрополитена, а также всех последующих типов:

в кабине машиниста...................................................................... № 75

в салоне............................................................................................... № 80

В кабине машиниста моторных вагонов электропоездов, дизель-по­
ездов и автомотрис, в салонах дизель-поездов и автомотрис............... № 75
В кабине машиниста немоторных вагонов и в салонах электро­
поездов.................................................................................................. № 70

В вагонах-электростанциях рефрижераторных секций:

в купе отдыха бригады...................................................................... № 60

в отделении управления................................................................ № 70

Допустимые уровни звукового давления (дБ) в октавных поло­сах частот (Гц) приведены в табл. 10.

Таблица 10

Параметры вибрации. Вибрации пассажирских вагонов локо­мотивной тяги, вагонов электропоездов, дизель-поездов, автомо­трис магистральных железных дорог колеи 1520 мм и вагонов ме­трополитена оценивают согласно ОСТ 24.050.28—74, разработан­ному ВНИИВ. При этом учитывают четыре главных физических фактора: интенсивность вибрации, характеризуемую средним квадратическим значением ускорения, спектральный состав, время и направление действия вибрации.

Вибрацию оценивают из расчета ее действия на человека в те­чение рабочего дня. Тогда

t_p ≤ τ _д, (33)

где t_p — продолжительность рабочего дня; τ _д — допустимое время воздействия вибрации, определяемое с учетом эксплуата­ционного распределения скоростей движения. При этом

(34)

где р_к — доля времени (вероятность) движения вагона в эксплуа­тации со скоростью v_K; τ _дк — допустимое время воздействия ви­брации данного уровня.

Значения τ _дк определяют по ОСТ 24.050.28—74 в зависи­мости от приведенного среднего квадратического значения уско­рения а_пк (табл. 11).

Дополнительные требования к изотермическим вагонам. Для создания условий, обеспечивающих сохранность качества скоро­портящихся грузов, и сокращения энергетических затрат изотер­мические вагоны должны иметь минимальный коэффициент тепло­передачи при возможно меньшей толщине элементов ограждения кузова (стен, пола, крыши) и надежные в работе приборы охла­ждения, отопления и контроля за температурой воздуха в грузо­вом помещении. Средний коэффициент теплопередачи ограждений грузовых помещений не должен превышать 0, 28 ккал/(м²ч° С).

Таблица 11

Холодильное, отопительное, вентиляционное оборудование, си­стема циркуляции воздуха и конструкция ограждений должны обеспечивать в грузовом помещении равномерность температуры с допустимым отклонением ±1, 5° С от заданной. Воздухообмен через неплотности грузового помещения не должен превышать 0, 3 полного объема этого помещения за 1ч.

Дополнительные требования к пассажирским вагонам. С уче­том эргономических и санитарных требований пассажирские ва­гоны должны иметь пассажирское помещение (купе, салоны), оборудованное в зависимости ог типа вагона спальными (мягкими или полумягкими) местами или диванами (креслами) для сидения, а также полками и нишами для хранения багажа и мелких вещей; служебное помещение, в котором размещены щит управления си­стемами энергоснабжения, вентиляции, отопления, кондициони­рования воздуха и освещения (в вагонах дальнего следования это отделение оборудовано шкафами для постельных принадлежностей, посуды, продуктов, мойкой с горячей и холодной водой, агрегатом для охлаждения питьевой воды, столиком, диваном или креслом для дежурного проводника, аптечкой и т. д.); помещение для отдыха проводников со спальными местами в вагонах дальнего следования; туалетные комнаты с унитазом и умывальником.

Для изоляции кузова необходимо применять негорючий и не­влагоемкий термоизоляционный материал. Средний коэффициент теплопередачи ограждений кузова не должен превышать 0, 95 ккал/(м²ч°С). Внутреннюю поверхность вагона следует облицовывать материалами, допускающими уборку с примене­нием специальных растворов.

§ 8. МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ВАГОНОСТРОЕНИИ

Стальной прокат. В настоящее время для изготовления ваго­нов в основном применяют углеродистые и низколегированные стали (ГОСТ 380—71, ГОСТ 6713—75, ГОСТ 1050—74, ГОСТ 19281—73 и ГОСТ 19282—73). Механические свойства при­меняемых и рекомендуемых для вагоностроения сталей приведены в табл. 12.

В вагоностроении применяют углеродистые стали различной степени раскисления: кипящие, спокойные и полуспокойные. Кипящая сталь более дешевая, но по качеству уступает спокойной. Полуспокойная сталь по степени раскисления и свойствам пред­ставляет собой промежуточную. Кипящая сталь имеет более вы­сокий порог хладноломкости и по сравнению со спокойной сталью является менее стойкой к хрупким разрушениям при низких тем­пературах. Поэтому для ответственных несущих элементов кон­струкций вагонов применяют спокойные стали. Для этих конструк­ций используют углеродистую сталь (ГОСТ 380—71) группы В и пятой категории качества, предусматривающей нормирование химического состава, пределов прочности и текучести, относитель­ного удлинения, изгиба в холодном состоянии и ударной вязкости при температуре —20° С и после механического старения. Угле­родистые стали (ГОСТ 1050—74) применяют второй и третьей ка­тегорий; второй категорией предусмотрено нормирование механи­ческих свойств на растяжение и ударной вязкости, проверяемых на образцах, изготовленных из нормализованных заготовок раз­мером 25 мм (диаметр или сторона квадрата), а третьей катего­рией — нормирование механических свойств на растяжение, про­веряемых на образцах, изготовленных из нормализованных заго­товок размером не более 100 мм.

Для ответственных сварных конструкций вагонов применяют низколегированные стали (ГОСТ 19281—73 и ГОСТ 19282—73) 12-й категории, которой предусмотрено нормирование химиче­ского состава, механических свойств при растяжении и изгибе и ударной вязкости при температуре —40° С и после механиче­ского старения.

Основные элементы грузовых вагонов изготовляют главным
образом из низколегированных сталей с гарантированным содер­
жанием меди (09Г2Д, 09Г2СД, 10Г2С1Д, 10ХСНД, 15ХСНД,
ЮХНДП). Сталь 10ХНДП имеет повышенные механические ха­
рактеристики и коррозионную стойкость в атмосферных условиях,
поэтому ее рекомендуют применять в тонкостенных элементах
конструкции толщиной до 6—8 мм. Перспективной для изготовле­
ния несущих сварных тяжело нагруженных узлов вагона является
низколегированная сталь 10Г2БД, обладающая в сравнении со
сталью 09Г2Д более высокими прочностными характеристиками,
особенно усталостной прочностью сварных соединений.
_

Таблица 12

Продолжение табл. 12

Для изготовления котлов железнодорожных цистерн, предназ­наченных для перевозки некоторых кислот, желтого фосфора, расплавленной серы, различных синтетических смол, ядохими­катов, жидких минеральных удобрений, молока и особо чистых продуктов применяют высоколегироввнные нержавеющие стали, содержащие дефицитные легирующие элементы (никель, молибден, хром и медь). Получили применение двухслойные стали (биметаллы) с плакирующим слоем из высоколегированных сталей. Например, биметалл ВСтЗ + 12Х18Н10Т (ГОСТ 380—71 и ГОСТ 5632—72) успешно применяют для цистерн, предназначенных для перевозки

виноматериалов.

Для пассажирских вагонов в настоящее время применяют обыч­ные углеродистые стали, обладающие низкой прочностью и корро­зионной стойкостью, что ограничивает возможности снижения массы конструкции и повышения эксплуатационной надежности. Низколегированные стали 10ХНДП, 15ХСНД и др. по сравне-

нию с обычными углеродистыми в 1, 5—3 раза более стойки к ат­мосферной коррозии. Однако в условиях постоянной влажности коррозионная стойкость этих сталей всего на 20—30% превосхо­дит коррозионную стойкость углеродистых сталей. На основании проведенных ЦНИИ МПС, ВНИИВ и ЦНИИ ЧМ исследований для кузовов пассажирских вагонов рекомендовано применение экономно легированной никелем нержавеющей стали 10Х14Г14НЗ (ГОСТ 5632—72). Проводятся исследования возможности приме­нения безникелевой нержавеющей стали.

Прокатные стали применяют в вагоностроении в виде листо­вого материала, полосы, сортового и профильного проката (как горячекатаного, так и холодногнутого). В последнее время рас­ширяется применение холодногнутых профилей. Основные го­рячекатаные профили, применяемые в вагоностроении, приведены в табл. 13.

Литые стали. Для изготовления литых деталей вагонов в основ­ном применяют углеродистые и низколегированные стали (ГОСТ 977—75 и отраслевые технические условия). Механические характеристики некоторых из этих сталей приведены в табл. 14. Литые детали из сталей ЗОГСЛ и 32Х06Л (ГОСТ 977—75) поста­вляют после закалки и отпуска, а из остальных сталей — после нормализации. Основная масса стального литья идет на детали тележек грузовых вагонов, на боковые рамы н надрессорные балки, а также на детали автосцепки.

В настоящее время рамы, балки и автосцепки в основном отли­вают из низколегированных сталей 20ГЛ и 20ФЛ, которые по сравнению с углеродистой сталью обеспечивают повышенную на 20—30% прочность деталей. Условия эксплуатации на перспек­тиву требуют дальнейшего повышения прочностных характери­стик указанных деталей. В связи с этим в вагоностроении осуще­ствляется переход на использование более прочной стали типа 20Г1ФЛ.

- Применение улучешнных низколегированных сталей позволяет не только повысить механические свойства, но и обеспечить гаран­тированную ударную вязкость а„ при отрицательной температуре, вплоть до температуры —60° С.

Одним из основных направлений улучшения качества литых деталей является снижение содержания серы и фосфора в резуль­тате применения синтетических шлаков, специальных лигатур и др. Уменьшение в стали вредных примесей обеспечивает увели­чение ее пластичности и вязкости, улучшение литейных свойств, что, в свою очередь, повышает качество литых деталей (снижает вероятность образования горячих и холодных трещин, газонасы­щенности, пор, раковин и пр.).

Алюминиевые сплавы. Алюминий и его сплавы применяют в конструкциях пассажирских и грузовых вагонов. Алюминий и его сплавы применяют для изготовления облегченных кузовов вагонов городского транспорта и скоростных поездов, а также для

71

деталей и узлов внутреннего оборудования вагонов. Эти материалы применяют также при изготовлении котлов цистерн для транс­портирования концентрированной азотной кислоты и других агрессивных грузов, перевозки пищевых продуктов (в частности, молока), а также при изготовлении изотермических вагонов для внутренней обшивки кузовов вагонов.

Механические свойства используемых в вагоностроении алю­миниевых деформируемых сплавов приведены в табл. 15. Из ли­тейных алюминиевых сплавов в вагоностроении наибольшее при­менение нашли алюминий-кремниевые сплавы Ал9 и АлЗ (ГОСТ 2685—75), обладающие высокими литейными свойствами и коррозионной стойкостью.

Алюминиевые сплавы по сравнению с углеродистыми и низко­легированными сталями обладают многими преимуществами, наи­более важными из которых для вагоностроения являются малая масса (почти в 3 раза меньшая, чем для стали), достаточно высокие механические свойства и коррозионная стойкость. Возможность изготовления из алюминиевых сплавов профилей практически любой конфигурации позволяет создавать легкие и надежные кон­струкции вагонов, значительно снизить их массу тары и увеличить грузоподъемность. Определенным недостатком алюминиевых спла­вов, препятствующим широкому внедрению в вагоностроение, является их относительно высокая стоимость. В перспективе расширение применения алюминия и его сплавов для вагонострое­ния несомненно.

Окраска вагонов. Антикоррозионная защита металлокон­струкций вагонов имеет важное значение в связи с особенностями условий их эксплуатации (использование вагонов в различных климатических зонах с большими перепадами температур и влаж­ности, воздействие атмосферы индустриальных районов и пр.).

Таблица 15

* П — полунагартованное состояние; Н — иагартованное состояние; М — ото­жженное состояние; Т — закалка и естественное старение; TI — закалка и искусствеииое -старение (ГОСТ 12592 — 67).

Надежность антикоррозионной защиты во многом зависит от ка­чества и номенклатуры лакокрасочных материалов. Большое внимание в вагоностроении уделяется также внедрению прогрес­сивной техники окраски, обеспечивающей экономию лакокрасоч­ных материалов, а также повышающей качество окраски и про­изводительность труда.

Пассажирские и грузовые магистральные вагоны окрашивают в соответствии с ГОСТ 12549—67 и ГОСТ 7409—73. ГОСТ 12549—67 распространяется на окргску строящихся и подвергающихся за­водскому ремонту цельнометаллических пассажирских, почтовых, багажных вагонов, вагонов-ресторанов, вагонов-электростанций и вагонов электропоездов. ГОСТ 7409—73 распространяется на строящиеся и подвергаемые заводскому ремонту универсальные грузовые вагоны, крытые, полувагоны и платформы. Наружную поверхность вагонов-цистерн окрашивают химически стойкой эмалью ХВ-785 (ГОСТ 7313—75) по предварительно загрунтован­ной поверхности.

Неметаллические материалы. Для отделки внутренних помеще­ний пассажирских вагонов, вагонов электропоездов и дизель-

поездов, вагонов метро и др. применяют самые разнообразные ма­териалы, которые можно разделить на отделочные, тепло- и звуко­изоляционные, конструкционные и пр. Для облицовки стен, пере­городок, потолков рекомендован трудновоспламеняемый бумажно-слоистый пластик, для покрытия полов — поливинилхлоридный линолеум, для внутренней обшивки стен и облицовки потолков — трудновоспламеняемые или огнестойкие древесно-волокнистые плиты и т. д. В качестве теплоизоляционного материала наиболь­ший интерес для вагоностроения представляют пенополиуретаны, так как они позволяют осуществлять теплоизоляцию кузова ва­гона наиболее прогрессивными способами — напылением или за­ливкой.

Для теплоизоляции крыши, а также труб отопления, прохо­дящих за потолочной обшивкой, рекомендовано негорючее супер­тонкое базальтовое волокно, выпускаемое в виде матов, облада­ющих высокой термовиброустойчивостью и низкой гигроскопич­ностью. В качестве гидроизоляции кузова и гидрозащиты тепло­изоляционных материалов рекомендован полимерный пленочный материал.

Широкое распространение в вагоностроении получил пенопо-листирол, применяемый для производства пенопласта. Пенопласта на основе полистирола с порообразующими компонентами обладают небольшой плотностью, высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами, химической стойкостью и водостойкостью, а при вне­сении специальных добавок — пониженной горючестью. Наи­более распространенными являются пенополистиролы ПСБ и ПСБ-С.

Применение в вагоностроении деталей из древесины хвойных и лиственных пород и древесных материалов обусловлено ГОСТ 3191—75. Детали, по условиям эксплуатации которых тре­буется предохранение их от гниения и возгорания, подвергают глубокой пропитке или покрытию антисептиками и* антипиренами. В зависимости от назначения и конструктивных особенностей узлов и деталей вагонов влажность древесины должна составлять 15—25%. Для изготовления вагонов применяют дуб, ясень, ли­ственницу, бук, березу, сосну, ель, ольху, пихту, а также фанеру ФСФ (ГОСТ 3916—69), плиты столярные (ГОСТ 13715—68), плиты древесно-стружечные (ГОСТ 10632—70), плиты фанерные (ГОСТ 8673—68), пластики древесные слоистые (ГОСТ 13913—68), плиты древесно-волокнистые (ГОСТ 8904—66 и ГОСТ 4598—74) и фанеру декоративную (ГОСТ 14614—69).

Также широко в вагоностроении применяют резину. Способ­ность к высокоэластичной деформации и высокая усталостная прочность резины сочетаются с другими ценными техническими свойствами: износостойкостью, прочностью на разрыв и удар, газо-, воздухо-, водонепроницаемостью, маслостойкостью и др., а также высокой способностью к поглощению энергии. Благодаря указанным свойствам резину применяют в основном в качестве

Таблица 16

амортизирующих устройств в элементах рессорного подвешивания и поглощающих аппаратов автосцепок, для упругой связи эле­ментов тележек, в качестве уплотнителей, манжет, прокладок в тормозной системе, роликовых буксах, оконных дверных прое­мах, подрезиненных колесах вагонов метро и трамваев и др. Марки резины, применяемой для деталей и узлов вагонов неко­торых типов, приведены в табл. 16.

§ 9. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ВАГОНОВ

Помимо требований, обеспечивающих вписывание вагонов в га­барит, их необходимую прочность и ходовые качества, теплотех­нические характеристики и комфортно-гигиенические условия перевозок и т. п., при проектировании к вагонам предъявляют и специфические дополнительные требования.

Важнейшее значение имеет правильный выбор параметров тормозных устройств вагонов. Конкретные требования к тормоз-

ному оборудованию определяются техническим заданием на про­ектирование и исходят из предполагаемых условий эксплуатации вагона. При этом должны обеспечиваться необходимое тормозное замедление и тормозной путь, а также плавность процесса тормо­жения и надежность работы тормозных систем. Действующие рас­четные нормы тормозного пути вагонов при экстренном торможении приведены в табл. 17.

Для вагонов магистрального, пригородного и городского рель­сового транспорта среднее (расчетное) замедление при торможении до остановки обычно принимают равным 1, 2—1, 3 м/с². Более высокие значения замедления (как и ускорения при разгоне поезда) недопустимы для обычного подвижного состава по соображениям комфорта, эргономики и безопасности стоящих пассажиров и об­служивающего персонала. При экстренном (аварийном) тормо­жении максимальное реализуемое замедление перед остановкой может быть выше (до 1, 5—2, 0 м/с²)- Следует учитывать, что при тормозных системах, основанных на использовании _ сцепления колес с рельсами, реализуемое тормозное замедление /_т в относи­тельных единицах (долях ускорения свободного падения) не может превышать коэффициента сцепления колес с рельсами, так как /т < j_τ ≤ ψ _kg, где ψ _к — коэффициент сцепления; g — ускорение сво­бодного падения.

Указанное ограничение определяет интерес к тормозным си­стемам, не зависящим от сцепления колес с рельсами. Наибольшее применение из таких систем пока получили магнитно-рельсовые колодочные тормоза. Значительный интерес представляет приме­нение линейного двигателя, а также рельсового электрического тормоза, использующего эффект вихревых токов. Исследования в этих направлениях проводят сейчас в СССР и во многих других странах мира. На специальном скоростном подвижном составе, очевидно, можно применять также и аэродинамические тормоза. Тормозные системы вагонов должны также удовлетворять опре-

Таблица 17

деленным требованиям, обеспечивающим допускаемые продольные силы при движении поезда (см. гл. IV).

Безопасная эксплуатация подвижного состава на линиях желез­ных дорог невозможна без соответствующих определенным тре­бованиям ударно-тяговых и соединительных устройств. На под­вижном составе (за исключением трамваев) применяют наиболее прогрессивные устройства — автосцепку. Автосцепное оборудова­ние вагонов в значительной мере унифицировано (см. гл. V). Одно из специфических требований, связанных с конструкцией автосцепного оборудования и линейными параметрами вагона, — требование обеспечения возможности сцепления вагонов и про­хождения ими кривых участков пути. Выполнение этих тре­бований проверяют расчетом по методике Ю. А. Хапилова, при­веденной в нормах расчета и проектирования вагонов. Норматив­ные требования по выбору расчетных радиусов кривых назначены с учетом заданных условий эксплуатации вагонов, поэтому они различны для грузовых и пассажирских вагонов. Более того, гру­зовые вагоны в данном отношении принято делить на две группы;

I — грузовые вагоны общесетевого обращения, предназначен­
ные для эксплуатации без ограничений на всей сети железных
дорог МПС, включая сортировочные горки; их пропускают также
по путям промышленного транспорта.

II — грузовые вагоны и специальные транспортные средства
(транспортеры, путевые машины и др.), отличающиеся увеличен­
ными размерами и предназначенные для эксплуатации преимуще­
ственно на путях МПС; их пропускают через сортировочные горки
и по путям промышленного транспорта только при отсутствии
соответствующих запрещений.

Автоматическая сцепляемость грузовых вагонов группы II и пассажирских проверке не подлежит, так как их сцепляют под обязательным контролем сцепщика или другого работника. Не­обоснованное отнесение проектируемого вагона к I и II группам может привести к неоправданному усложнению конструкции вагона, снижению унификации деталей автосцепного оборудования и к соответствующим экономическим потерям.

У вновь проектируемых грузовых вагонов проверяют соот­ветствие линейных параметров и конструкции требованиям про­хода без саморасцепа по сортировочной горке с «переломом» про­филя 55°/₀₀ между плоскостями подъема и спуска, сопряженными вертикальными кривыми радиусами 350 и 250 м. Вагон и его авто­сцепное устройство необходимо дополнительно проверить на устой­чивость против выжимания из колеи продольными сжимающими силами, возникающими в поезде. В связи с эксцентричностью действия продольных сил возникают поперечные составляющие (в боковом и вертикальном направлениях), которые и создают возможность выжимания вагона. Как показали исследования С. В. Вершинского, опасность выжимания вагона продольными силами может возникать при различных режимах ведения по-

ездов — регулировочных и остановочных торможениях, осажи­ваниях состава и т. д. Действующими нормами рекомендовано проверять конструкцию на выжимание для случая прохождения вагоном кривой R = 250 м при сжимающих продольных силах N = ЬО тс (порожний четырехосный вагон) и N = 100 тс (гру­женый четырехосный и порожний восьмиосный вагоны).

Отметим, что проблема повышения устойчивости вагонов их выжиманию в тяжеловесных поездах еще полностью не решена. Согласно расчетам (и опытным данным) полностью загруженный четырехосный грузовой вагон может быть выжат из рельсовой колеи при сжимающей продольной силе 100—120 тс, тогда как в поездах весом б—10 тыс. тс продольные силы при экстренных торможениях могут достигать 200—250 тс и более. Важнейшее значение имеет характер и длительность действия продольных сжимающих сил в поезде, чему и посвящены продолжающиеся исследования. Одно из мероприятий, повышающих устойчивость колесной пары в рельсовой колее, — увеличение угла наклона поверхности гребня колеса к горизонтали. Например, при уве­личении этого угла с 60° (современные стандартные колеса) до 65—70° запас устойчивости при прочих равных условиях повы­сится на 25—60%.

При проектировании вагонов, кроме расчетных схем нагру-жения, соответствующих эксплуатационной работе, необходимо учитывать типовые усилия и схемы действия сил, характерные для ремонтных операций. Например для несамоходных вагонов магистральных железных дорог в качестве основных расчетных режимов при ремонте принимают следующие: подъемку груженого кузова за оба конца одной шкворневой балки; подъемку порож­него кузова за одну концевую балку или за концы шкворневых балок, расположенные по диагонали вагона; подъемку груженого кузова за один конец одной шкворневой балки для смены боко­вого скользуна или рессорного комплекта. Проектируя крыши пассажирских и грузовых вагонов, рассчитывают их конструкцию (дополнительно к основным расчетным режимам) на случай дей­ствия двух вертикальных сил по 100 кгс каждая, распределенных на площадке 20 х 20 см и приложенных на расстоянии 50 см одна от другой в любой зоне крыши. Это требование обусловлено не­обходимостью работы на крыше вагона обслуживающего персо­нала или ремонтных рабочих. На всех вагонах предусматривают места или устройства для подъемки кузова домкратами.

Элементы вагона и подвесного оборудования проектируют с учетом недопустимости значительных амплитуд резонансных колебаний при эксплуатации в интервале всех возможных скоро­стей движения (вплоть до конструкционной) и применении типо­вых средств погрузки—выгрузки. Для снижения уровня дей­ствующих на элементы вагона динамических вибрационных сил от несбалансированных масс вращающихся частей привода и вспо­могательных машин (ГОСТ 12327—66 и ГОСТ 16921—71) уста-

новлены достаточно жесткие нормы допускаемых остаточных неуравновешенностей (дисбалансов).

При проектировании пассажирских вагонов локомотивной тяги, вагонов электропоездов, дизель-поездов и метрополитена для обеспечения повышенной плавности их хода частота первого тона изгибных колебаний кузова в вертикальной плоскости не должна совпадать с собственной частотой колебаний подпрыги­вания кузова на центральном подвешивании и рамы на буксовом подвешивании. Частота первого тона, как правило, должна быть не менее 8 Гц. Указанное ограничение установлено в результате исследований воздействия колебаний и вибраций на человеческий организм, показавших, что частоты 5—7 Гц являются особо не­благоприятными. Для предварительной оценки собственная ча­стота изгибных колебаний кузова (Гц)

(35)

где k — коэффициент (для стальных кузовов магистральных ва­гонов k = 2, 3÷ 2, 5, а для вагонов метро k = 1, 6÷ 1, 8); L — длина кузова; Е — модуль упругости материала кузова; J — момент инерции среднего сечения кузова (по окну); т — погонная масса кузова.

У кузовов новой конструкции экспериментально проверяют собственную частоту изгибных колебаний. Особое значение имеет вопрос обеспечения изгибной жесткости при создании облегчен­ных кузовов скоростного подвижного состава, особенно при про­ектировании кузова из высокопрочных алюминиевых сплавов. В последнее время проблема обеспечения изгибной жесткости кузова приобретает остроту и для некоторых специализированных грузовых вагонов (двухъярусный вагон для перевозки легковых автомобилей, платформа для большегрузных контейнеров и т. д.), имеющих увеличенные размеры.

Для обеспечения нормальной работоспособности и эксплуата­ционной долговечности контактирующих деталей и соответствую­щих устройств вагонов ограничивают удельное давление на взаи­модействующих поверхностях этих элементов. При проектиро­вании удельное давление выбирают в зависимости от твердости, прочности и фрикционных свойств материала, скорости относи­тельного перемещения поверхностей, условий работы, требуемой или установленной периодичности ремонтов, замены деталей и т. д.

Важное значение для обеспечения безопасности движения имеет правильное проектирование связи кузова вагона с тележками. Для вагонов магистральных железных дорог детали крепления пятника (и подпятника) рассчитывают на срез от продольной нагрузки, равной (не менее) 12-кратному весу тележки (для че­тырехосных вагонов) и девятикратному весу тележки (для восьми-осных вагонов). Для вагонов пригородных электропоездов это

усилие принимают равным (не менее) трехкратному весу тележки с установленными элементами привода, а для вагонов метрополи­тена и трамвая — двукратному весу тележки.

Все вагоны магистральных железных дорог оборудуют под­ножками и поручнями для составителей поездов. На пассажирских вагонах, имеющих поручни и открытые ступени для входа и вы­хода пассажиров, специальные подножки и поручни для соста­вителей не устанавливают. На всех вагонах предусматривают кронштейны для установки нижнего сигнального фонаря. Уни­версальные крытые грузовые вагоны общего назначения снабжают несъемными приспособлениями для перевозки людей и постоян­ными разделками для печных труб. Конструкция дверей и люков этих вагонов должна предотвращать попадание внутрь вагона атмосферных осадков и искр, а также исключать возможность хищения груза.

Универсальные платформы общего назначения снабжают при­способлениями для закрепления бортов в опущенном состоянии, а также кольцами и скобами для крепления грузов. Основные размеры (длину и ширину) платформы увязывают с размерами контейнеров и габаритными размерами распространенных грузов. Торцовые борта платформ проектируют открывающимися в фик­сированное горизонтальное положение. При этом опорные крон­штейны бортов и сами борта обеспечивают погрузку с торца тех­ники на колесах. Конструкция платформы допускает перевозку тяжелых сосредоточенных грузов, величина которых была уста­новлена в техническом задании на проектирование.

При проектировании саморазгружающихся вагонов преду­сматривают гладкие и плоские поверхности скольжения груза, обеспечивают минимальную площадь поверхностей, препятствую­щих свободной выгрузке груза. Вагоны, предназначенные для разгрузки на вагоноопрокидывателях, не должны иметь деталей, препятствующих нормальному контакту опорных поверхностей кузова и захватов вагоноопрокидывателя, а также деталей, выпа­дающих при опрокидывании. Несущую конструкцию таких вагонов рассчитывают на усилия, возникающие при разгрузке на вагоноопрокидывателе.

Детали и элементы тормоза, рессорного подвешивания, под­вагонного генератора и т. п., закрепленные на раме тележки, про­ектируют с устройствами, ограничивающими колебания и пре­дохраняющими их от падения на путь при поломке. Конструкцию и прочность этих устройств определяют с учетом массы предохра­няемого элемента и условий эксплуатации. Обычно предохрани­тельные устройства рассчитывают на нагрузку, равную двукрат­ному весу предохраняемого элемента, или на максимальное экс­плуатационное усилие, действующее на это устройство.

" Конструкция тормозных резервуаров и других сосудов (в том числе котлов специализированных цистерн), находящихся в экс­плуатации под рабочим давлением, должна удовлетворять соот-

ветствующим требованиям Госгортехнадзора. Расчеты этих кон­струкций выполняют в соответствии с ГОСТ 14249—73.

В связи с ограниченностью внутреннего объема пассажирского вагона большое значение имеет рациональная планировка его внутренних помещений. Основная задача конструктора при этом заключается в наиболее экономичном обеспечении максимальных удобств пассажирам и обслуживающему персоналу. Основные минимальные размеры внутренних элементов оборудования пас­сажирских вагонов, принимаемые в практике отечественного ваго­ностроения, следующие (в мм, не менее): • Ширина четырехместного купе вагонов:

жестких.................................................................................... 1770

мягких................................................................................ 1910

Ширина двухместного купе мягких вагонов.............................. 1350

Длина спальных мест вагонов:

некупейных........................................................................ 1750

купейных............................................................................ 1900

Ширина спальных мест................................................................. 580

Ширина диванов для сидения....................................................... 450

Высота от пола до сидения........................................................... 430

Ширина продольных проходов в вагонах:

некупейных........................................................................ 580

купейных............................................................................ 800

Ширина одностворчатых дверей:

входных наружных................................................................. 700

дверей купе......................................................................... 650

дверей вспомогательных помещений................................... 580

Ширина входных многостворчатых дверей вагонов:

метро................................................................................... 1200

пригородных электропоездов........................................... 1000

трамвая.................................................................................... 1100

Высота дверей вагонов магистральных железных дорог 1900
Высота дверей вагонов метро и трамвая..................................... 1820

Особое внимание при проектировании вагонов, отработке и совершенствовании их конструкции необходимо уделять вопросам обеспечения эксплуатационной надежности. Отраслевой стандарт ОСТ 24.050.11—70 (Вагоны. Термины по надежности) определяет надежность вагона (его систем, узлов и деталей) как свойство вагона выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуата­ционные показатели в заданных пределах в течение требуемого срока эксплуатации или наработки. При этом под заданными функциями понимают способность вагона выполнять перевозоч­ную работу при обеспечении безопасности движения, сохранно­сти перевозимых грузов или создания необходимого комфорта. Состояние вагона, при котором он, в данный момент времени, обеспечивает выполнение заданных функций с параметрами, уста­новленными технической документацией, называют работоспо­собностью. Надежность вагона (его узлов, агрегатов и отдельных элементов) обусловливается показателями — безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохраняемостью.

Безотказность вагона — это его свойство сохранять работо­способность в течение выбранной наработки без вынужденных перерывов. Безотказность вагона в целом, а также его ремонти­руемых узлов, агрегатов и деталей характеризуется такими по­казателями, как наработка на отказ, параметр потока отказов, вероятность безотказной работы. Для неремонтируемых узлов или деталей применяют следующие показатели: вероятность без­отказной работы, интенсивность отказов и среднее время безотказ­ной работы.

Свойство вагона сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслу­живания и ремонтов называют долговечностью. При этом под предельным состоянием понимают разрушение или изменение параметров вагона, оговоренных в технической документации, экономическую и моральную нецелесообразность продолжения эксплуатации и т. д. Показателями долговечности служат ресурс и срок службы. Различают нормируемый (расчетный) ресурс вагона (узла, элемента) и фактический ресурс, определяемый по данным эксплуатации как наработка вагона до предельного состояния, оговоренного в технической документации. Следует стремиться к тому, чтобы срок службы вагона (узла, элемента) был близок к оптимальному, при котором достигается наибольший экономический эффект.

Под ремонтопригодностью вагона понимают свойство, заклю­чающееся в приспособленности конструкции вагона (узла, агре­гата, детали) к предупреждению, обнаружению и устранению неисправностей и отказов при регламентированной последова­тельности технического обслуживания и ремонта. Под устране­нием отказов и неисправностей понимают восстановление работо­способности вагона и улучшение его эксплуатационных показа­телей. Ремонтопригодность вагона характеризуют также простоем в ремонте и коэффициентом стоимости ремонтов. Сохраняемость вагона — свойство сохранять (обеспечивать) обусловленные экс­плуатационные показатели в течение установленных режимов отстоя и транспортирования и после них. Требования к сохраняе­мости вагона предусматривают в технической документации. При этом конкретным показателем служит средний срок сохра­няемости.

Методы расчета и определения конкретных количественных показателей надежности вагонов необходимо основывать на теоре­тических положениях математической статистики и теории вероят­ности. Серьезный подход к решению вопросов надежности в вагоно­строении возможен только на основе комплексного учета теорети­ческих положений и практической необходимости, согласования требований к конструкции и технологии изготовления вагонов, к правилам эксплуатации и ремонта. Решать вопросы надежности можно лишь в результате систематического изучения и анализа фактической информации о неисправностях и отказах вагонов.

ВНИИВ и ЦНИИ МПС при участии проектно-конструкторского бюро ЦВ МПС и заводов разработали перечни нормируемых пока­зателей надежности вагонов, унифицирующие минимум обязатель­ных требований к показателям надежности вагонов, их узлов и элементов, которые необходимо предусматривать в технической документации на вновь проектируемые вагоны. Например, для грузовых вагонов магистральных железных дорог рекомендуются нормативы безотказности, приведенные в табл. 18.

Надежность вагона (как сложной технической системы) опре­деляется надежностью его составных частей и характером взаимо­действия этих частей в конструкции. Известно, что общая (схем­ная) надежность технической системы, состоящей из последова­тельно (в смысле надежности) включенных структурных частей, характеризуется произведением функций их надежности. По­скольку вагон практически является системой без резервирова­ния, задачу повышения вероятности его безотказной работы ре­шают повышением надежности составляющих структурных ча­стей. При этом наиболее выгодный путь — повышение надежно­сти наиболее «слабого» (наименее надежного) структурного эле­мента конструкции. Важной задачей конструкторов и научных работников отрасли вагоностроения является систематический анализ возможностей повышения надежности вагонов, разработка и реализация соответствующих технических мероприятий. Эти мероприятия необходимо экономически обосновать и согласовать с заказчиком, так как во многих случаях повышение надежности обусловливает увеличение трудоемкости постройки вагона и его стоимости, а следовательно, вызывает необходимость корректи­ровки оптовой цены.

Таблица 18

По соображениям безопасности движения особое внимание следует уделять обеспечению требований к надежности ходовых частей, тормозов и автосцепного оборудования вагонов. Ниже приведены рекомендуемые показатели безотказности некоторых ответственных узлов и элементов грузовых вагонов по критерию установленного предельного состояния в пределах назначенного ресурса.

Вероятность
безотказной

Наименование работы

(не менее)

Боковая рама тележки........................................................ 0, 97

Надрессорная балка............................................................ 0, 97

Ось колесной пары.............................................................. 0, 95

Хребтовая балка рамы........................................................ 0, 98

Несущие металлоконструкции кузова.......................... 0, 95

Головка автосцепки.................... '.......................................... 0, 85

Тяговый хомут............................................................................. 0, 85

Поглощающий аппарат................................................................ 0, 80

Буксовые роликоподшипники..................................................... 0, 98

При разработке технической документации необходимо разли­чать понятия ресурса (срока службы) вагона и гарантийной на­работки (срока гарантии). Следует учитывать, что срок гарантии это не технический показатель качества изделия, а коммерческо-юридическая характеристика условий его поставки. При обосно­вании (выборе) гарантийных сроков исходят из того, что гарантий­ные обязательства изготовителя не могут распространяться на период, превышающий установленный срок эксплуатации до первого планового ремонта.

Большое значение при проектировании пассажирских вагонов имеют вопросы технической эстетики. Требования и критерии технической эстетики необходимо использовать при разработке конструкции, прогнозировании, комплексной оценке и сравни­тельной экспертизе качества вагонов. Эти требования следует включать в стандарты и нормативно-техническую документацию. Тщательная и квалифицированная художественно-конструктор­ская проработка позволяет получить конструкцию с максималь­ными удобствами при минимальных дополнительных затратах. При проектировании вагонов и их узлов необходимо уделять серьезное внимание вопросам технологии изготовления. Кон­струкция должна быть технологически осуществимой, при ее разработке должны быть учтены свойства применяемых материа­лов, возможное оборудование и современные методы организации производства. Принятые конструкторские решения должны соот­ветствовать наиболее рациональным способам изготовления для обеспечения высокого качества и надежности изделия при воз­можно меньшей трудоемкости и экономном использовании мате­риалов. В процессе создания и отработки новых конструкций вагонов необходимо одновременно отрабатывать и технологию их производства.