Требования

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

		Звуковое давление (	в дБ) при частотах (в Гц)
№ нормировоч-
ной кривой
	31,5
	96,3	82,9	74,2	67,8	63,2		57,4	55,4	53,8
	99,7	86,8	78,5	72,4	68,1		62,5	60,5	58,9
	103,1	90,8	82,9	77,1	73,0		67,5	65,7	64,1
	106,5	94,7	87,4	81,7	77,9		72,6	70,8	69,2
	109,9	98,7	91,6	86,4	82,7		77,7	75,9	74,4
	113,3	102,6	95,9	91,0	87,6		82,8	81,0	79,5

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

	Толщина проката, мм	Механические свойства (ие менее)
Сталь	Предел прочности кгс/мм^2	Предел текучести «V кгс/мм^2	Относи­тельное удлинени б6> %	Ударная вязкость ан, кгм/см^2, при
	20° С	-20° С -40° С
СтЗкп	До 20 21—40 41 — 100	37 37 37	24 23 22	27 26 24	—	—	—
СтЗпс, СтЗсп	До 20 21—40 41 — 100	38 38 38	25 24 23	26 25 23	5-11	3—5	—
СтЗГпс	До 20 21—40 41—100	38 38 38	25 24 23	26 25 23	5—10	3—5	—
Ст5пс, Стбсп	До 20 21—40 41—100	50 50 50	29 28 27	20 19 17	—	—	—
Ст5Гпс	До 20 21—40 41—100	46 46 46	29 28 27	20 19 17	—	—	—
35 40 45 16Д	До 20	38 42 46 50 54 58 61 38	23 25 28 30 32 34 36 24	27 25 23 21 20 19 16 26	5 3,5	3,5	—
09Г2, 09Г2Д	До 4 5-9 10—20 21—32	45 45 45 45	31 31 31 30	21 21 21 21	—	—	3,5
09Г2С, 09Г2СД	До 4 5—9 10—20 21—32 33—60 61—80	50 50 48 47 46 45	35 35 33 31 29 28	21 21 21 21 21 21	6,5	—	3,5 3,5 3,5 3,5

Продолжение табл. 12

			Механические свойстве	(не менее)
				Ударная вязкость
Ста	Толщина	Предел прочности	Предел текучести <тт,	Относи-	аи, кгм/см^2,	при
		удлиие-	20° С	—20° С	—40° С
		кгс/мм^2
10Г2С1,	До 4				—	—	—
10Г2С1Д	5-9				6,5	—	4 3
	10—20					■—
	21—32					—
	33—60					■—
	61—80
10Г2Б,	До 4				—	—	4 3
10Г2БД	5-9				—	—
10ХСНД	До 4				—	—
	5—9				—	—
	10—15				—	—
	16-32				—	—
	33—40					~
15ХСНД	До 4				—	—
	5—9				—
	10—20				—	—
	21—32
10ХНДП	До 4 5-9	48 48	35 35	20 20	—	—

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

Сплав (ГОСТ	Шифр состояния поставки *	Механические свойства (не менее)
4784—65, ГОСТ 8617—75 и ГОСТ 12592—67)	Предел проч­ности ав, кгс/мм^2	Предел теку­чести а, кгс/мм^2	Относительное удлинение ев, %
АД АМц АМц	м п м	15 9	—
АМг2 АМгЗ АМгб	м м м	17 19 28	8 13	16 15 15
АМгб АМгб	м н	32 38		15 6
АВ АВ	т Т1	18 30
АДЗЗ	Т1
	м
1915 1915	т Т1	35 38	22 25	10 8

* 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

Наименование	Рабочая среда	Резина (ТУ 38.0Э5.204—71)
Уплотнения неподвижных со­единений	Воздух, вода	7-1847 13305 7-6721 7-2959
Уплотнения дверей, окон и люков	Воздух, вода, слабые растворы кислот и ще­лочей	7-2462 7-6721
Уплотнения подвижных соеди­нений	Воздух, смазка, горячая вода	7-3508 7-Н-26-16 7-В-14
Амортизаторы и силовые де­тали, работающие под на­грузкой	Воздух, вода, капельки масла и топлива	7-1847 7-3681 7-6721 7-2959 7-2462 7-4985 7-3826 7-8470
Защитные детали, чехлы, ко­жухи	Воздух, вода	7-6721 7-2959 7-3687

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

	Конструкция
Наименование	Крытый вагон	Полувагон	Платфор-	Цис­терна
Обшивка кузова	Метал-	Дере-	Метал-	Дере-	Металли	ческая
	лическая	вянная	лическая	вянная
Частота поступления
в текущий ремонт (не более):
в первый год экс­плуатации	0,278	0,394	0,380	0,554	0,292	0,362
во второй год экс­плуатации Вероятность безотказ-	0,304	0,424	0,426	0,603	0,318	0,399
ной работы (не ме-
нее):
в первый год экс­плуатации	0,756	0,677	0,684	0,577	0,748	0,698
во второй год экс­плуатации	0,741	0,657	0,650	0,549	0,726	0,670

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.

Дата добавления: 2015-08-18