Описание вагона прототипа в целом.

Актуальность разрабатываемой темы.

С момента организации первой железной дороги общего пользования и до настоящего времени повышение скоростей движения является одной из самых привлекательных и первостепенных задач как с экономической точки зрения, так в конкурентной борьбе с другими видами транспорта, что наиболее ярко прослеживается в пассажирском сообщении. Учеными и специалистами железнодорожного транспорта России разработана концепция организации скоростного движения пассажирских поездов, предусматривающая поэтапное наращивание скоростей до 160 – 200 км/ч на существующих железнодорожных линиях с последующим переходом на сооружение специализированных высокоскоростных магистралей. В связи с этим возникает необходимость разработки новых ходовых частей вагонов, которые будут позволять безопасное движение с такими скоростями. Показателями динамических качеств пассажирского вагона, по которым оценивается безопасность движения и комфортные условия проезда пассажиров, являются коэффициенты вертикальной и горизонтальной динамики, вертикальные и горизонтальные ускорения кузова вагона, показатель плавности хода.

Значения данных динамических показателей напрямую зависят от состояния и конструкции ходовых частей.

Описание вагона прототипа в целом.

1 – тамбур тормозного конца вагона

2 – туалет тормозного конца вагона

3 – отделение служебное

4 – купе проводников

5 – котельное отделение

6 – коридор тормозного конца вагона

7 – большой коридор

8 – купе пассажирское

9 – туалет нетормозного конца вагона

10 – коридор нетормозного конца вагона

11 – тамбур нетормозного конца вагона

Технические показатели вагона.

Масса тары вагона - 59, 2 т.

Длина вагона по осям сцепления автосцепок - 24537±20 мм.

Ширина кузова наружная - 3105 (+3; -12) мм.

Количество спальных мест для пассажиров - 36

Количество спальных мест для проводника - 1

Количество мест для сидения проводника - 1

Конструкционная скорость - 160

Габарит по ГОСТ 9238 для кузова I-ВМ: с верхним очертанием черт. 12, с нижним очертанием черт. 15г

для тележек: - 02-ВМ (черт. 15г) или I-ВМ (черт. 15в)

Плавность хода(К), не более - 3, 1

Тележка, модель 68-4065 и 68-4066

База тележки 68-4095 и 68-4096 - 2500 мм; 68-4065 и 68-4066 - 2400 мм

Электроснабжение - централизованное - от подвагонной поездной магистрали напряжением 3000 В; автономное - от генератора и аккумуляторной батареи; на стоянках - от внешней трехфазной сети напряжением 380/220 В переменного тока, частотой 50 Гц.

Номинальная мощность комплекса электрооборудования – 32 кВт

Комплект электрооборудования - ЭВ 44.03 или ЭВА 110.01 или ЭПВ 110.00 или комплекс Э-12.АК.

Аккумуляторная батарея - 56PzS(M)350P или 90КL250Р или 90КМ300.

Установка пожаротушения пульта электрооборудования - ОСП-1

Привод генератора - поставка фирмы " FLENDER"

Объем воды в системе водоснабжения не менее – 1000 л.

Объем воды в системе отопления – 700 л.

Объем воды в установке водяного пожаротушения – 90 л.

Запас угля не менее – 420 кг.

Пожарная сигнализация для пассажирских вагонов (по желанию заказчика) " ЯСЕНЬ" или УПСВ-М.01.

Установка кондиционирования воздуха (по желанию заказчика) УКВ ПВ исполнение 6 или КЖ 2-4, 5/2, 5А или УКВ-31-ТП.

Система экологически чистых туалетов. Допускается по согласованию с заказчиком не оборудовать вагоны экологически чистыми туалетами - туалет вакуумный ТВ-01 или туалетный комплекс " Экотол-ВАК" или комплекс туалета " Экотол-В".

Тормоз: по способу управления- электропневматический; пневматический; ручной;

по способу реализации тормозной силы – колодочный;

Автосцепка - СА-3

Высота горизонтальной оси автосцепки вагона (без экипировки) от головок рельсов должна быть, не менее 1040 и не более 1080 мм

Система отопления - жидкостная, с нагревом теплоносителя в котле электронагревателями или твердым топливом

Номинальная мощность электронагревательных элементов котла – 48 кВт

Система информации пассажиров светодиодные информационные табло, передача экстренных сообщений через громкоговорители.

Дополнительное оборудование - холодильник, печь микроволновая.

Данный тип вагона является вагоном повышенной комфортности, что говорит о наличии системы кондиционирования воздуха и системы экологически чистых туалетов.

На вагоне установлена климатическая установка (УКВ ПВ), с помощью микропроцессорного устройства при температуре воздуха до- 40 ⁰С при работе системы отопления и вентиляции поддерживает температуру воздуха в пассажирских помещениях вагона в пределах 20-24⁰С, а летом при работе кондиционера - 22-26⁰С.

Рис. Климатическая установка УКВ ПВ

1-компрессор; 2-вентилятор конденсаторов; 3-вентилятор испарителей; 4-конденсатор; 5-испаритель; 6-фильтр; 7-заслонка воздушная; 8-электрокалорифер; 9-жидкостной калорифер.

Климатическая установка состоит их двух отделений: конденсаторного и испарительного. В конденсаторном отделении расположены компрессор, осевой вентилятор и конденсаторы. В испарительном отделении находится воздухообрабатывающее оборудование: воздухоохладители, водяные воздухонагреватели, фильтрующие ячейки и электрические воздухонагреватели. Все агрегаты установки смонтированы на раме, которая закрывается щитами из оцинкованной жести с наклеенной на них с внутренней стороны звукотеплоизоляцией.

Климатические установки размещаются в подкрышевом пространстве со стороны рабочего тамбура, и крепится к балкам каркаса кузова при помощи монтажных кронштейнов и болтов с упругими армотизаторами.

Рис. Установка УКВ ПВ в подкрышевом пространстве со стороны рабочего тамбура вагона.

Рис. Блок установки УКВ ПВ

Вагон оборудован экологически чистыми вакуумными системами вакуумно-нагнетательного типа с баком-накопителем и удалением отходов в парке отстоя вагонов.

Вакуумный туалет состоит из:

- бака-накопителя 1;

- двух унитазов 2;

- сливной магистрали 3;

- вакуумной системы 4;

- системы обогрева бака-накопителя 5, включающей в себя циркуляционный насос, трубы и аппараты теплообменной магистрали.

Рис. Схема расположения вакуумных туалетов в вагоне.

Система водоснабжения вагона имеет вместимость 1300 л. Объем воды в установке пожаротушения 90л.

Система водоснабжения включает в себя: наливные трубы с заправочными головками 96, 99 и 117, баки 85 и 86 вместимостью по 600 л, бак 65 вместимостью 40 л, бак горячей воды 66 вместимостью 20 л, мойку 109, кипятильник 77, бак горячей кипяченой воды, 81 вместимостью 19 л, промежуточный бак горячей кипяченой воды 134 вместимостью 13 л, охладитель питьевой воды 103, компрессор 135, обеззараживатель питьевой воды 139, умывальные чаши 98, 110, расходный бак 161 вместимостью 84 л установки пожаротушения, трубопроводы и арматуру.

Рис.Система водоснабжения вагона.

Рис. Кипятильник

1-крышка, 2-указатель уровня воды, 3-корпус, 4-топка, 5-зольник, 6-термометр, 7-отбор готовой воды, 8-спускной клапан, 9-соединительная трубка, 10-поплавковая камер, 11-трубка для выпуска воздуха, 12-уровень воды в указателе.

Для обеспечения подачи в вагон свежего воздуха и создания, нормальных санитарно-гигиенических условий пребывания в нем пассажиров вагон оборудован системой вентиляции.

Наружный воздух с двух сторон вагона засасывается вентилятором через заборные жалюзи и фильтры, а затем через диффузор нагнетается в воздуховод, откуда через вентиляционные решетки подается в помещения вагона. Отработанный воздух удаляется через дефлекторы. Система вентиляции должна быть постоянно включена на работу в автоматическом режиме.

Конструктивно она включает в себя: (показать на плакате) заборные жалюзи, короба с фильтрами, вентиляционный агрегат, диффузор, калорифер, воздуховод, вентиляционные решетки и дефлекторы. Все эти устройства расположены за потолочным пространством над тамбуром с рабочей стороны и вдоль всего вагона.

Рис. Система вентиляции вагона

1, 3-люк в крыше вагона, 2-электродвигатель, 4-конфузор, 5-дистанционный термометр, 6-дефлекторы, 7-вентиляционные решетки, 8-нагнетательный воздухопровод, 9-водяной калорифер, 10-диффузор, 11-фильтры, 12-заслонки, 13-заборные решетки.

Система отопления вагона имеет объем воды – 700 литров. Отопление вагона осуществляется нагревом воды в котле 20 электронагревателями или твердым топливом. Вода поступает через коллектор в верхние разводящие трубы отопительной сетки и стояки, затем в нижние обогревательные оребренные трубы, где, отдавая тепло окружающему воздуху, охлаждается и, вследствие разности температур в котле и стояках, возвращается обратно в котел. Образующийся пар отводится по трубопроводу через коллектор в расширительный бак.

Система отопления включает в себя отопительный котел с расширителем, коллектором и дефлектором дымовой трубы, разводящие и отопительные трубопроводы, ручной насос и электронасос, наливную трубу, обогреватели наливных труб системы водоснабжения, возвратную трубку с пробкой, трубопроводы для выпуска воздуха, контрольные приборы, арматуру для регулировки и управления системой.

Кузов вагона выполняется цельнометаллическим, сварным, несущей конструкции типа замкнутой оболочки с оконными и дверными проемами в станах. Для несущих элементов конструкции применяются низколегированные и углеродистые стали различных марок с широким использованием в качестве подкрепляющих элементов обшивки, рациональных форм гнутых профилей.

Кузов вагона является несущей конструкцией, которая состоит из рамы с полом, двух боковых и двух торцевых стен, крыши и концевых перегородок, отделяющих тамбур от пассажирского помещения. Все элементы соединены сваркой в каркас, который обшит снаружи листовой сталью.

Каркас металлического кузова вагона собран на раме, хребтовая балка 14 которой проходит вдоль всего кузова.

К хребтовой балке приварены поперечные балки 13. В нижней части боковых стен расположены продольные обвязочные балки 10. Такие же балки 3 имеются в верхней части стен. Между этими балками вварены стойки 1, над которыми размещены дуги крыши 4. Для увеличения жесткости металлической обшивки боковых стен 9 и крыши 5 служат продольные элементы 2 и 6. Поперечные элементы жесткости (балка пола 11, стойки, дуги) размещены так, что образуют замкнутые кольца. Обшивка боковых стен выполнена со штампованными гофрами 7 и подольными поясами 8. Толщина листов боковых стен 9 и пола 12 составляет 3 мм, крыши – 2 мм. Каркас кузова, металлическая обшивка пола, стен и крыши прочно соединены между собой электросваркой. Каждая торцевая стена снабжена двумя мощными противоударными стойками, изготовленными из двутавра.

Цельнометаллический кузов вагона обладает большой герметичностью и способностью аккумулировать тепло и холод. Пространство между наружной металлической и внутренней деревянной обшивкой кузова заполнено изоляционным материалом, который заложен в ячейки, образованные элементами каркаса. Изоляция уменьшает проникновение холода и излишнего солнечного тепла в пассажирские помещения, а так же снижает звуконепроницаемость кузова вагона. В качестве изоляционного материала используются синтетические материалы – полистирол или негорючая минеральная вата. Для потолка применяют металлопласт или металлический лист, покрытый порошковыми эмалями. Все потолки имеют люки для доступа к системам отопления, водоснабжения, освещения. Люки снабжены замками под трехранный ключ. Для внутренней обшивки и облицовки помещений применяют слоистые пластики на основе древесноволокнистых плит и пенопласта. Деревянные детали кузова дл защиты от гниения и в целях пожаростойкости пропитывают и покрывают специальными веществами-антиперенами.

Наружные боковые и торцевые двери тамбура делают металлическими, одностворчатыми, открывающимися во внутрь вагона, что бы они в открытом положении не выходили за габарит. В верхней части дверей имеется окно, защищенное со стороны тамбура предохранительной решеткой. Внутренние двери вагона изготовлены из деревянных или фанерных плит, облицованных пластиком. Двери пассажирских купе задвижные, подвешенные на роликах, перекатывающихся по рельсу. Двери туалетного отделения имеют внизу вентиляционную решетку, что бы воздух из пассажирского помещения мог выходить наружу через потолочные дефлекторы над туалетами. Для этой же цели в дверях пассажирского помещения и пассажирских купе внизу сделаны отверстия. Дверь котельного отделения двустворчатая, металлическая.

На вагон постоянно действуют статические нагрузки: в течение всего срока службы детали и узлы вагона находятся под действием собственного веса. В эксплуатации вагон находится под действием полезной нагрузки, определямой числом перевозимых пассажиров (36 пассажирских мест и 2 проводника) и экипировочной нагрузки (3 тонны).

При движении по рельсовому пути происходят колебания вагона в различных плоскостях, в результате чего на детали и узлы конструкции вагона действуют динамические нагрузки. Динамические силы возникают в вертикальной плоскости, в горизонтальной (поперек пути) и продольной (вдоль пути) плоскостях. При движении вагона в прямых, круговых и переходных участках пути возникают силы, а так же: при взаимодействии деталей и узлов вагона, при трогании с места межды вагоном и локомотивом, при экстренном торможении, маневровых работах на станции, при движении поезда на перегоне. Уровень возникающих сил зависит от: состояния рельсового пути, его геометрических параметров, режима движения поезда, упругих свойств рессорного подвешивания и ударно-тяговых приборов. При повышенных скоростях движения существенное значение оказывает воздействие воздушной среды, сила и изменчивость ветровой нагрузки. На вагон действуют так же тормозные силы, возникающие при движении поезда в режиме торможения.

Состояние подвижного состава и рельсового пути в эксплуатации в пределах нормируемых конструктивных и эксплуатационных допусков в содержании носит случайный, вероятностный характер. В связи с этим и действующие в процессе движения на вагон динамические силы являются случайными величинами, случайными функциями времени или скорости. Существует коэффициент вертикальной динамики k_дв, показывающий отношение динамической нагрузки Р_д к статической Р_ст.Коэффициент вертикальной динамики – отношение прогиба рессор, возникающего при движении вагона, к статическому прогибу, или вертикального ускорения при движении к ускорению свободного падения.

Для определения статической нагрузки, действующей на любую деталь вагона используют формулу:

Где - вес частей и укрепленного на них оборудования, через которые нагрузка передается от рассчитываемой детали вагона на рельсы;

m – число одинаковых, параллельно загруженных деталей;

P_бр – масса брутто вагона, равная сумме массы тары и грузоподъемности вагона

Осевая нагрузка определяется по формуле:

где n – число осей в тележке.

Исходя из конструкции железнодорожного пути устанавливают предельные значения погонной нагрузки на путь q_бр. Тогда расчетное значение статической погонной нагрузки от силы тяжести вагона брутто определяется по формуле:

Где 2L_об – длина вагона по осям сцепления автосцепок.

Расчетные средние значения динамической погонной нагрузки на путь от тележки согласно «Нормам» определяются по формуле:

где , - средняя и предельно допустимые динамические погонные нагрузки на путь от тележки;

– база тележки;

= 2.2 м – условная длина общей расчетной зоны влияния крайних осей.

Центробежная сила, возникающая в кривых участках пути, приложена к центру тяжести вагона и направлена горизонтально поперек пути, ее величина определяется по формуле:

R- радиус кривой.

Рис. Схема действия сил на вагон при движении по кривой с учетом возвышения наружного рельса.

Для уменьшения действия центробежной силы на подвижной состав, выравнивания уровня вертикальных сил, действующих на наружный и внутренний рельсы, в кривых участках пути наружный рельс укладывают выше внутреннего. Тогда боковая сила Н_нп, не погашенная возвышением наружного рельса кривой, составит разность проекций сил на горизонтальную ось наклоненного вагона:

Н_нп = Н_цбcosα - Р_брsinα _ц,

тогда

Н_бр = η _нпР_бр,

где η _нп = , h – возвышение наружного рельса над внутренним, 2S – расстояние между кругами катания колесной пары.