Перспективы развития конструкций пассажирских вагонов

Основные требования. Объективные условия СССР способ­ствуют использованию железных дорог в качестве главного вида транспорта, поэтому развитие пассажирских железнодорожных перевозок планируется в направлении наиболее полного исполь-

зования его специфических преимуществ (быстрота, надежность, экономичность и оптимальный уровень комфорта) перед другими видами транспорта. При четко организованных подготовке к по­ездке и обслуживанию в пути следования железнодорожный транспорт успешно может конкурировать с авиационным тран­спортом на трассах протяженностью до 600—800 км, а при эксплу­атационных скоростях около 55 м/с (200 км/ч) и до 1000—1500 км.

На перспективу пассажирские поезда и вагоны для них можно разделить на следующие четыре группы. Пригородные поезда с вагонами, оборудованными местами для сидения — электро­поезда (на электрифицированных участках) и дизель-поезда (на неэлектрифицированных участках). Местные поезда из ва­гонов с креслами для сидения, курсирующие только в дневное время с нахождением в пути не более 8 ч. Поезда среднего радиуса действия из купейных вагонов со спальными местами, имеющие высокий уровень комфорта и предназначенные для курсирования преимущественно в ночное время на расстояния 1200—2000 км. Поезда дальнего радиуса действия с купейными вагонами для пас­сажирских перевозок и туристских целей. Такие поезда должны иметь высокий уровень комфорта, эффективные пункты питания и вагоны обслуживания.

Дальнейшее развитие конструкций пассажирских вагонов пред­полагается в следующих основных направлениях. Исследовани­ями ВНИИВ, ЦНИИ МПС и Института комплексных транспорт­ных проблем (ИКТП) установлена целесообразность увеличения длины пассажирских вагонов всех типов, за исключением почто­вых и багажных. Кроме других преимуществ, это увеличит на 5—7% провозную способность железных дорог. Исходя из условий вписывания вагонов в габарит подвижного состава 0-Т (ГОСТ 9238—73), обеспечения проходимости сцепленных вагонов в кривых малого радиуса при использовании типовых деталей автосцепки (корпус, хомут, клин) и розеток с увеличенной ши­риной окна, сохранения нормативных размеров длины спальных мест и ширины коридора, а также унификации размеров вагонов, выявлены следующие рациональные габаритные размеры вагона в плане: длина 26, 49 м, база 19, 25 м и ширина 3, 04 м.

Переход на строительство удлиненных вагонов выдвигает новые проблемы, главные из которых следующие: создание се­мейства унифицированных пассажирских вагонов с оптимальным уровнем комфорта; изыскание удовлетворительной конструкции вагона большой вместимости взамен вагона открытого типа со спальными местами. Вторая задача осложняется тем, что схемы вагона открытого типа с продольным и поперечным расположением спальных мест неприемлемы для удлиненного кузова с уменьшен­ной шириной.

Уровень комфорта для вагонов различного назначения и кате­горий целесообразно установить исходя из условий обязательного и дополнительного комфорта. К первой группе условий относят

следующие: минимальные допустимые площадь и объем пассажир­ского помещения, приходящиеся на одного пассажира; размеры и характер пассажирских мест для сидения и лежания; ассорти­мент необходимого оборудования и принадлежностей для инди­видуального и коллективного пользования; конструкцию и раз­меры помещений общего пользования (санитарных узлов, пунктов питания и т. д.); санитарно-гигиенические нормативные пока­затели, определяющие количество подаваемого свежего воздуха на одного человека в час; общую и местную освещенность и т. д. Ко второй группе условий относят: добавочные площадь и объем помещения на одного пассажира; дополнительную возможность изоляции пассажиров; более высокое качество отделочных ма­териалов; художественное оформление помещений и т. д.

При унификации вагонов шаг купе принимают равным удвоен­ному шагу кресел в салоне. Необходимо также изыскать кон­структивные решения пассажирских помещений, позволяющие превращать однотипные вагоны одной категории в вагоны другой категории. Этим принципом необходимо руководствоваться и при проектировании мебели, которую в одинаковой мере следует при­способить к дневным и ночным условиям проезда. Спальные места должны быть равноценными, и если одни места имеют естествен­ные преимущества, то у других их надо искусственно создавать.

В технико-эстетических проработках ВНИИВ на перспективу предложено улучшить культурно-бытовое обслуживание поездов соответственно их функциональному назначению введением местной (в пределах купе) регулировки освещения, установлением определенных кондиций воздуха по желанию пассажиров, радио­фикацией всех пассажирских мест, улучшением удобств для про­езда пассажиров с детьми, устройством радиотелефонной связи с внешними абонентами, оборудованием санитарных узлов душем, а специальных салонов поезда телевизионной и киноаппаратурой и т. д. В поездах дальнего следования целесообразно иметь бу­феты, а также комнаты матери и ребенка. Система организации питания в поезде должна обеспечить сокращение времени на при­готовление и доставку пищи.

В перспективе основными вагонами локомотивной тяги для расстояний 600—800 км останутся вагоны открытого типа с мяг­кими креслами для сидения, а для поездок на более дальние рас­стояния — купейные вагоны различных назначений и категорий.

Кузова. Для перспективных пассажирских вагонов по-преж­нему останется рациональной цельнометалическая сварная кон­струкция кузова в виде замкнутой оболочки с вырезами, выпол­ненная из гофрированных листов, подкрепленных элементами жест­кости. Анализ современных конструкций и тенденций их совер­шенствования выдвигает задачу создания максимально облег­ченных и более надежных с точки зрения коррозионной стойкости кузовов благодаря рационализации их конструктивных элемен­тов и применению прогрессивных материалов.

Исследованиями ВНИИВ установлено, что в настоящее время и на ближайшую перспективу оптимальным вариантом является конструкция кузова с обшивкой из экокомнолегнрованпой нер­жавеющей стали 10Х14Г14НЗ и с каркасом из низколегированной коррозионно-стойкой стали 10ХНДП. Внедрение таких кузовов в серийное производство позволит сократить расход стали на 3—4 т на вагон и получить народнохозяйственный эффект в размере 2000 р. и более на один вагон. Применение этих сталей не потре­бует существенной реорганизации действующего производства. До перехода на строительство вагонов увеличенной длины с кузо­вами из нержавеющей стали целесообразно изготовлять вагоны с кузовами из низколегированной стали 10ХНПД, 09Г2Д и т. п.

Применение нержавеющих сталей для кузовов почтовых и багажных вагонов менее целесообразно. Это обусловлено боль­шими вырезами в зонах боковых обвязок, ослабляющими сечение рамы, что не позволяет убрать хребтовую балку в средней части кузова и использовать тонкую гофрированную обшивку из нер­жавеющей стали. Кроме того, при большей массе брутто почтовых и багажных вагонов не может быть реализовано существенное уменьшение площади и момента инерции поперечных сечений в связи с ограничениями прочности и жесткости.

Новые возможности снижения массы несущих конструкций пассажирских вагонов открываются, как показали исследования, при использовании предварительно напряженных конструкций. Это позволяет снизить массу кузова серийного вагона на 1, 5— 2 т в результате уменьшения сечений продольных элементов рамы и боковых стен. Уменьшаются технологические прогибы и тем самым повышаются несущая способность и изгибная жесткость кузова. Улучшается также и товарный вид вагона.

Неоспоримый технический эффект, достигаемый при исполь­зовании алюминиевых сплавов для изготовления кузовов пасса­жирских вагонов, доказан практикой отечественного вагонострое­ния и зарубежным опытом. Отечественные алюминиевые сплавы по механическим свойствам и технологичности хорошо зарекомен­довали себя при использовании их для несущих сварных конструк­ций вагонов. Одним из направлений дальнейшего снижения рас­хода металлов является также более широкое применение пла­стических материалов и, в частности, стеклопластиков и металло-пластмассовых узлов кузова в трехслойном антикоррозионном исполнении.

Значительного эффекта можно достигнуть при переходе к мон­тажу на сборочных позициях предварительно собранных укруп­ненных блоков кузова и внутреннего оборудования вагонов. Традиционная конструкция цельнометаллического сварного ку­зова вынуждает, как правило, применять подетальную сборку узлов непосредственно в тесных помещениях вагона и в неудоб­ных для работы сборщика положениях. Эти обстоятельства оп­ределяют актуальность разработки новых конструктивных

решений отдельных узлов кузова и внутреннего оборудования-а также рациональных методов сборки, пригодных для всех пас­сажирских вагонов и удовлетворяющих ремонтным требованиям. Например, переход на блочный метод сборки вагонов позволит, по предварительной оценке, сократить длительность производ­ственного цикла примерно на 2, 5 сут., снизить трудоемкость сбор­ки и существенно увеличить выпуск вагонов на тех же площадях. Один из возможных вариантов решения поставленной задачи — сборка систем вагона и блоков внутреннего оборудования пасса­жирских помещений при снятой крыше вагона.

Электроснабжение. Наилучшими техническими и экономиче­скими показателями обладает система электроснабжения вагонов с размещением источников питания на локомотивах, но пока еще невозможно принять ее в качестве основной. Исследования пока­зывают, что на ближайшие 15—20 лет можно принять централи­зованную систему электроснабжения пассажирских поездов с пи­танием потребителей от поездной высоковольтной магистрали при статических преобразователях энергии, установленных в каж­дом вагоне. Предполагают установку преобразователя мощно­стью 30 кВт с входным номинальным напряжением 3000 В постоян­ного или переменного тока и выходным напряжением 380/220 В трехфазного переменного тока для питания всех потребителей электроэнергии вагона, кроме электрических нагревателей отоп­ления. Преобразователи будут получать питание от поездной магистрали 3000 В: при постоянном токе — от токоприемника электровоза; при переменном токе — от обмотки отопления тяго­вого трансформатора электровоза. При таком электроснабжении необходимо будет исключить неблагоприятные влияния на цепи СЦБ как постоянного, так и однофазного переменного тока ча­стотой 50 Гц.

Будут продолжены работы по дальнейшему совершенствова­нию вагонов-электростанций, так как в настоящее время это един­ственная отработанная система централизованного электроснаб­жения, пригодная для практического использования. На вагонах без холодильных установок на определенный период времени может сохраниться существующая индивидуальная система электроснаб­жения мощностью до 10—12 кВт.

Отопление. Работы последних лет по отоплению направлены на замену угольного подогрева воды электрическим. Одним из перспективных направлений является отопление конвективными электропечами и нагревом воздуха в системе принудительной вен­тиляции с использованием электрокалорифера. Необходимо соз­дать высококачественные электронагреватели, кабели и провода, исключающие отказы этой системы отопления. Будут продолжены работы по совершенствованию комбинированной системы с уст­ройствами водяного отопления, аналогичными устройствам се­рийных вагонов, и со встроенными в котел электронагреватель­ными элементами.

По мере внедрения централизованных систем электроснабже­ния и высоковольтного отопления целесообразна концентрация всех нагревательных элементов в одном узле — электрокало­рифере. Применение воздушной системы отопления наиболее эффективно и перспективно, так как ее проще автоматизировать и обеспечить при этом требуемый температурный режим в вагоне и индивидуальное регулирование температуры в каждом купе. Для улучшения работы системы водяного отопления вагонов се­рийного производства будут внедрены усовершенствования, на­правленные на снижение ее массы и повышение теплопронзводи-тельности при естественной циркуляции.

Установка кондиционирования воздуха. При современных требованиях к комфорту возникает необходимость в разработке для вагонов новой перспективной установки кондиционирования воздуха компрессионного типа. В связи с перспективой центра­лизованного электроснабжения появляется возможность исполь­зования герметичных высокооборотных компрессоров массового выпуска. Это позволит улучшить герметизацию, снизить потери хладагента, уменьшить габаритные размеры и массу установки. Будет разработана моноблочная конструкция холодильной уста­новки с минимальным количеством разъемов в системе, повышен­ной плотностью и надежностью. Эту установку можно будет ис­пользовать также для подогрева воздуха при работе в цикле теплового насоса.

Дальнейшее развитие холодильных установок для вагонов пойдет в направлении создания рациональной и компактной кон­струкции автономных кондиционеров, компонуемых как верти­кально при размещении в шкафах, так и горизонтально — при подвеске к потолку.

Общие задачи. Будут продолжены работы по изысканию и вне­дрению прогрессивных конструкций, снижающих уровень шума в помещениях вагона до значений, допустимых при различных ча­стотах нормируемого диапазона. К этим конструкциям отно­сятся такие как «плавающий» пол, перфорированные потолки, различные амортизаторы и др.

Увеличение потребления электроэнергии потребует проведе­ния дальнейших работ по повышению пожаробезопасности ваго­нов благодаря конструктивным мерам по локальной защите от­дельных узлов и помещений, применению специальных пропиток и несгораемых материалов.

Дальнейшие работы в области создания рельсового подвижного состава для скоростного сообщения пойдут по двум основным направлениям: отработке конструкций вагонов для введения ско­ростей движения 55 м/с (200 км/ч) и изысканию конструктивных решений вагонов для скоростей движения 69—83 м/с (250— 300 км/ч).