Исторический обзор развития конструкций полувагонов

Наиболее полно история развития конструкций полувагонов рас­с­мот­ре­на в книге Л.А.Шадура «Развитие отечественного вагонного парка» [2]. Ниже приведены выдержки из этой книги.

Появление первых полувагонов - открытых вагонов с невысокими стенками кузова и без крыши - относится к 1861 г. они использовались для перевозки сыпучих грузов (главным образом угля). По сравнению с крытыми вагонами, полувагоны были более удобными при погрузке, особенно с эстакад, имели меньшие тару и стоимость изготовления, отличались простотой ремонта.

Первые полувагоны строили без верхних обвязочных брусьев боковых стен, двери открывались (откидывались) вниз, что было удобно для заг­рузки вагона с помощью тачек. В последствии полувагоны строились с верхними обвязочными брусьями. Одни из них имели двери, открывавшиеся вверх, другие - двустворчатые двери, открывавшиеся наружу. Длина кузова первых полувагонов была 4000 - 4600 мм, внутренняя ширина 2100-2230 мм, высота 1000-1100 мм. Объем кузова 8-10 м³. Грузоподъемность вагона составляла 8,5 т, а затем достигла 10 т. Тара равнялась 4,5-5,2 т.

Также как и крытые вагоны того времени, полувагоны имели дере­вянную раму, стойки боковых стен, опирающиеся на буферные брусья и на кронштейны, рессоры - из листовой стали прямоугольного сечения.
У тор­моз­ных полувагонов открытое сиденье для кондуктора-тормо­зиль­щика располагалось выше стен кузова, не занимая полезную площадь вагона.

В 1880 году был создан полувагон для перевозки угля с рамой, в конструкции которой использовались швеллеры. Грузоподъемность этого вагона составила 12,5 т, тара - 6,0 т, объем кузова - 20 м³.

Дальнейшее совершенствование конструкции полувагонов, как и вагонов других типов, было обусловлено ростом перевозок, усилением конструкции пути и искусственных сооружений, появлением паровозов повышенной мощности. Совершенствование конструкции вагонов всех типов в период 1892-1917 гг. шло по пути повышения грузо­подъемности двухосных вагонов и строительства четырехосных вагонов.

Двухосные полувагоны, строившиеся в этот период имели сталь­ные боко­вые балки рамы кузова, длина и ширина которого примерно соответствовала размерам крытого вагона (6400х2743 мм). Высота стен составляла 700-1200 мм, объем кузова без «шапки» (груза, разме­щенного выше верха стен) достигал 22 м³. Для предотвращения выдувания «шапки» торцовые стены у некоторых полувагонов делались с козырь­ка­ми.

Повышение грузоподъемности полувагонов до 16,5 т, а в некоторых конструкциях даже до 18 т осуществлялось без всякой переделки кузова за счет более рационального размещения груза. Тара полувагонов составляла 5,4-6,4 т.

Строились также полувагоны с полностью металлическими кузовами. В частности в Домбровском угольном бассейне эксплуатировались цельнометаллические полувагоны грузоподъемностью 12,5 т, тарой 6,5-7,0 т и объемом кузова 13,5 м³. Широкого распространения такие полувагоны не получили, хотя целесообразность цельнометаллических конструкций не вызывала сомнений.

Домбровский угольный бассейн располагал также полувагонами с глухим кузовом, предназначенными для механизированной выгрузки на вагоноопрокидывателе. Грузоподъемность его составляла 20 т, тара - 6,8 т, объем кузова - 25 м³. Кузов имел стальные стойки. Эти полу­ва­го­ны принадлежали Варшавско-Венской дороге, причем одни из них были пригодны для движения по колее шириной 1435 мм, а другие имели устройство, позволяющее им обращаться как по зарубежным дорогам (1435 мм), так и по дорогам России (1524 мм).

В 1895-1909 гг. были спроектированы и построены четырехосные вагоны (цистерны, изотермические, полувагоны, платформы, крытые) - 13 кон­струкций, причем больше всего было выпущено полувагонов.

При одинаковых нагрузках от колесной пары на рельсы четырех­осные вагоны обладали меньшим коэффициентом тары, так как масса некоторых частей оставалась такой же, как и у двухосных, или возрас­тала в меньшей степени, чем грузоподъемность. Естественно, что длина состава, сформированного из четырехосных вагонов, при неизменной его массе, уменьшалась. Это обстоятельство позволяло использовать более короткие станционные пути, т.е. сокращать затраты на их удли­не­ние. Четырехосные вагоны оказывали меньшее удельное сопротив­ле­ние движению, так как тележки свободнее проходили кривые участки пути, а также благодаря меньшему числу междувагонных промежутков, где создавалось повышенное воздушное сопротивление. Снижение удель­ного сопротивления движению позволяло сократить расход топлива паровозами на единицу работы, повысить массу и скорость движения поезда.

В то время нередко происходили обрывы сцепных приборов в дви­жу­щемся поезде. Так, при испытании паровозов на линии Долинская-Ни­ко­лаев в 1896 году массой 4100 т, составленный из двухосных вагонов, практически нельзя было эксплуатировать из-за частых обрывов сцеп­ных приборов, в то время как передвижение состава из четырехосных вагонов грузоподъемностью 40 и 50 т затруднений не вызывало.

Кроме того, четырехосные вагоны позволяли сократить продол­жи­тельность операций по формированию и расформированию поездов, документальному оформлению перевозок, взвешиванию вагонов, упрос­тить обменные операции, необходимые в то время при переходе с од­ной дороге на другую, сократить число дверей и люков, что было тоже немаловажно, так как они требовали время для их уплотнения и плом­-би­рования, сократить число тормозильщиков, сопровождавших составы для приведения в действие ручных тормозов.

Четырехосные полувагоны, построенные в 1900–1902 гг. на Усть-Ка­тавском заводе, предназначались для перевозки угля Донецкого и Куз­нец­кого бассейнов. Боковые балки рамы кузова имели трубчатую форму, что позволяло им хорошо сопротивляться деформациям изгиба и кру­че­ния. Эти балки усиливались шпренгелями. В каждой из боковых дере­вян­ных стен кузова имелось по две двери. Высота стен кузова составляла 1200 мм, его объем - 36 м³. Грузоподъемность вагона равнялась 30 т, тара - 12 т.

Начиная с 1906 года было построено несколько тысяч четырехосных более прочных полувагонов с металлическими кузовами. Продольные балки рамы кузова были цельноштампованными и имели форму бруса равного сопротивления изгибу, чем обеспечивалась необходимая прочность при минимальной массе. Штампованными делали и остальные элементы кузова и рамы тележек. В каждой боковой стене имелось по две двери. Тележки - с буксовым подвешиванием, в качестве упругих элементов применялись цилиндрические пружины. Объем кузова сос­тав­лял 50 м³. Грузоподъемность вагона первоначально равнялась 37,5 т, а в 1915 году, в связи с острой нехваткой вагонов для перевозки угля, она была повышена до 50 т без усиления каких-либо частей вагона. Коэффициент тары при этом снизился с 0,43 до 0,33 и был значительно меньше, чем у двухосных вагонов.

В 1906 году было построено небольшое количество трехосных полувагонов грузоподъемностью 25 тс коэффициентом тары 0,36. Они имели небольшую погонную нагрузку, уступая тем самым четырехосным полувагонам.

С начала первой мировой войны резко возросла потребность в же­лез­но­дорожных перевозках. Однако вагоностроительная промыш­лен­ность России, занятая военными заказами, не могла их удовлетворить. Минис­терство путей сообщения вынуждено было заказать в США и Канаде 20000 грузовых вагонов (преимущественно четырехосных). В конце 1915 года эти вагоны в разобранном виде начали поступать морским путем во Влади­восток, где для их сборки были организованы временные мас­тер­с­кие.

Поступившие четырехосный полувагон со стальным каркасом и деревянной обшивкой кузова, также как и полувагон с цельно­метал­лическим кузовом, имел закрываемые крышками люки в полу для выг­руз­ки сыпучих грузов, а также торцовые двери, отводимые внутрь кузова. Грузоподъемность вагонов равнялась 50 т, тара 20,0–21,5 т. Ручные тормоза были выносными, без площадок для кондукторов.

После первой мировой войны, революции и гражданской войны раз­ви­тию железнодорожного транспорта и, в частности, развитию вагон­ного пар­ка, качественное и количественное состояние которого не отвечало рас­ту­щим потребностям в перевозках грузов, уделялось большое вни­ма­ние. Осо­бенно много вагонов требовалось для транспортировки угля, руды и других подобных грузов, которые не требовали защиты от атмосферных осадков.

Необходимо заметить, что в то время более половины всех грузов по условиям их сохранности можно было перевозить в открытых вагонах. Использование полувагонов вместо крытых вагонов обеспечивало мень­ший коэффициент тары вагона, меньшую его стоимость, позволяло упрос­тить и удешевить средства механизации погрузо-разгрузочных ра­бот.

Таким образом, необходимо было резко увеличить в вагонном парке долю полувагонов с учетом и достаточным обоснованием их типа и параметров.

За основу дальнейшего совершенствования конструкции вагонов были взяты следующие положения:

- при проектировании учитывать стандарт, технические условия и конструкции новых типов вагонов США, откорректированные на основе опыта эксплуатации в условиях отечественных железных дорог;

- вагоны строить четырехосные;

- существующие двухосные вагоны усилить с целью увеличения их грузоподъемности и возможности применения автосцепки;

- для полувагонов исходной грузоподъемностью считать 60 т с воз­мож­ным ее повышением в дальнейшем;

- при проектировании угольных и рудных полувагонов принять погон­ную нагрузку, равной 6,5 тс/м, для дорог всей сети, а для дорог пер­во­степенного значения – 8,0–8,5 тс/м и для дорог специального назначения – 10–12 тс/м;

- ориентироваться на постепенное вытеснение двухосных и слабых четырехосных вагонов из эксплуатационного парка с переводом их на работу в хозяйственных поездах;

- осуществить переход на безбандажные колеса, определить целе­сообразность уменьшения диаметра колес с учетом перехода вагонов на автосцепку;

- форсировать переход на постройку стандартных, унифи­ци­ро­ванных вагонов, с широким применением стального литья и штам­по­ван­ных частей, а также электросварки. Произвести испытания сварных конс­трукций.

Эти направления в развитии вагонного парка были рассчитаны на длительное время, а некоторые из указанных проблем сохранили свою актуальность и в современных условиях. Так, курс на увеличенные по­гон­ные нагрузки вагонов и большие их значения обеспечивали рост провозной способности железных дорог, что и в настоящее время является важнейшей задачей железнодорожного транспорта.

В рассматриваемый период времени (1929–1945 гг.) на железных дорогах страны применялись полувагоны двух типов:

- с кузовом, имеющим наклонные торцовые стены и выгрузочные бункеры внизу (вагоны-хопперы);

- с кузовом, имеющим вертикальные стены и горизонтальный пол с расположенными в нем люками для высыпания груза (гондолы).

Будучи без крыш, полувагоны позволяли осуществлять меха­ни­зи­ро­ванную их загрузку. Сыпучие грузы выгружались за счет собственной силы тяжести (гравитационный способ). Разгрузка гондол осу­щес­т­влялась также на вагоноопрокидывателях. В этом случае отпадала необ­ходимость в люках в полу и можно было создавать полувагоны с глухим кузовом.

Двухосные полувагоны (хопперы) грузоподъемностью 25 т, пос­т­рое­нные в 1931 году имели раму, выполненную по типу рамы крытого вагона. Хребтовая балка рамы изготавливалась из двух швеллеров № 24. Боковые и торцовые стены имели стальную обшивку толщиной 6 мм. Крышки выгрузочных бункеров могли открываться при помощи двух приводов: ручного и пневматического. Из-за частой порчи последнего от него отка­за­лись и на хопперах последующих выпусков устанавливали только ручной привод (за исключением хопперов специального назначения). Тара хоп­пера составляла 12,2 т.

При проектировании хопперов, которые строили с 1932 г., стре­ми­лись возможно более полнее использовать допускаемую в то время погонную нагрузку, равную 8 т/м, и увеличенный общесетевой габарит. Старались также, чтобы длина вагона была кратной длине бункеров металлургических заводов (примерно 4,7 м).

Уголь и руду в хоппер погружали через верх, а выгружали через расположенные в нижней части кузова два продольных бункера – по одному с каждой стороны хребтовой балки рамы. Саморазгрузка вагона обеспечивалась наклоном нижней части торцовых стен и задних стенок бункеров (под углом 35 и 39 градусов к горизонту соответственно) и происходила при открытии крышек люков. Эти крышки были подвешены на шарнирных петлях к нижним обвязкам боковых стен и открывались наружу.

Хребтовую балку рамы кузова у хоппера клепанной конструкции изготавливали из двух швеллеров №30, обращенными полками внутрь и перекрытых сверху накладкой сечением 340х10 мм. Такое распо­ло­жение полок, а также треугольный выступ (горбыль), размещенный над нак­лад­кой в средней части рамы, способствовали лучшему высыпанию груза. В консольных частях хребтовой балки нижние полки швеллеров имели срез для установки деталей автосцепного устройства. Внизу хребтовая балка была усилена двумя приклепанными к ней уголь­ни­ками.

У хопперов сварной конструкции, строившихся с 1933 г., хребтовая балка состояла из двух вертикальных стенок сечением 290х10 мм, перекрытых сверху (в средней части) изогнутой накладкой толщиной 8 мм, а по концам – прямыми накладками сечением 370х10 мм.

Каркас боковой стены четырехосного хоппера представлял собой шестипанельную раскосую ферму. Боковые и торцовые стены имели деревянную обшивку толщиной 45 мм внизу и 35 мм вверху.

В начале хопперы этого типа выпускали с централизованным разгрузочным механизмом, при котором крышки люков открывались и закрывались из одной точки (с верхней площадки). Однако такой механизм требо­вал тщательного ухода, увеличивал тару вагона на 0,3 т и не приводил к существенному сокращению простоя вагона при грузовых операциях по сравнению с ручным способом открывания и закрывания крышек бункеров. Поэтому от централизованного механизма впос­лед­ствии отказались и стали применять запорные устройства в виде закидки, сектора и планки (как у полувагонов).

При проектировании четырехосного хоппера его грузоподъемность была принята равной 60 т, но в процессе эксплуатации ее пришлось снизить до 50 т, поскольку высокое положение центра массы, короткая база и нерациональное рессорное подвешивание снижали устойчивость вагона от опрокидывания и схода с рельсов. База этого вагона равнялась 5810 мм, в то время как у полувагона (гондолы) она составляла 8650 мм. Такая короткая база (примерно равная половине длины рельсов) при малом коэффициенте относительного трения рессорного подвешивания (пятипружинный рессорный комплект) должна была приводить к интен­сив­ному нарастанию амплитуд колебаний, особенно при скорости дви­жения 65–75 км/ч, что и было подтверждено результатами сравнительных испытаний хоппера и гондолы.

Неудивительно, что изломы осей колесных пар у данного хоппера наблюдались в 3 раза чаще, чем у других вагонов, из-за чего проис­хо­дили крушения поездов. С 1935 г. строительство хопперов данной конструкции было прекращено.

Четырехосные полувагоны (гондолы) строились с 1928 г. Каркас боковой стены этого вагона представлял собой раскосностоечную фер­му. Посередине каждой стены в полувагонах постройки Урал­вагон­заво­да размещалась двустворчатая дверь, подвешенная на петлях к двер­ным стойкам фермы. Боковые двери открывались наружу вагона. Запи­ра­лись они с помощью разрезных штырей, входивших в гнезда на верх­ней и нижней обвязках фермы под действием одной общей ру­ко­я­т­ки. Полувагоны Крюковского и Днепродзержинского заводов дверей в боко­вых стенах не имели, что повышало прочность и жесткость фермы. Впос­ледствии такие двери были упразднены не только у всех новых полувагонов, но даже заварены на вагонах эксплуатационного парка.

Торцовые стены имели угловые стойки с усиливающими контрфорсами (переменного по высоте сечения), выполненными из листов и ребер жесткости. К этим стойкам были подвешены на петлях двустворчатые двери, открывавшиеся внутрь вагона. Торцовые двери имели верхний и нижний запо­ры. Длинномерные грузы, не размещавшиеся внутри кузова, например, ле­соматериалы длиной по 6,5 м, перевозили при открытых торцовых дверях. Обшивка дверей – деревянная, толщиной 40 мм. Боковые стены также были обшиты досками толщиной 40 мм в нижней половине и 35 мм в верхней.

Пол состоял из 14 крышек разгрузочных люков, изготовленных из листовой стали толщиной 6 мм. Жесткость крышки достигалась при­вар­кой ребер, а в последующих конструкциях – выштамповкой гофров. К крыш­ке приваривали, а в последствии приклепывали петли, с по­мощью которых она шарнирно присоединялась к хребтовой балке рамы ку­зова. На про­ти­­воположной стороне крышки размещались запорные уголь­­­ники, ко­то­рые закидками удерживали крышку в закрытом состоянии.

В открытом положении крышки люков опирались на упоры, имевшиеся на поперечных балках рамы кузова. Угол наклона открытых крышек, рас­по­ло­женных между тележками составлял 32 градуса, а над тележками – 26°.

Рама кузова сварная, состояла из хребтовой, двух буферных, двух шкворневых и четырех промежуточных поперечных балок. Балки рамы имели небольшую ширину верхних полок, что способствовало более полной выгрузке сыпучих грузов после открытия люков.

Хребтовая балка, выполненная из двух вертикальных металлических листов сечением 290х10 мм, армированных снизу угольниками 130х90х12 мм и перекрытых сверху изогнутой накладкой толщиной 8 мм и тавром 75х75х8 мм, оказалась в эксплуатации недостаточно прочной. Поэтому ее в последствии выполняли из полученных прокаткой про­фи­лей: двух зетовых и одного двутаврового, расположенного над ним.

Грузоподъемность полувагона составляла 60 т, тара 22,0–22,6 т.

В годы отечественной войны около 40 % вагонного парка было разрушено и повреждено. Нужны были неотложные меры по восста­нов­ле­нию и развитию вагонного хозяйства. Одна из важнейших задач сос­тоя­ла в возобновлении и расширении отечественного вагоностроения, в создании новых, более совершенных вагонов различных типов.

Полувагоны, созданные в период 1929–1945 гг., строили и после войны. При этом в их конструкцию вносили усовершенствования, к которым относятся: замена углеродистой стали низколегированной; упразднение дверей в боковых стенах вагонов, выпускаемых Урал­вагон­заводом; видоизменение формы и размеров балок рамы, каркаса кузова, крышек люков и других частей и элементов.

Крупным недостатком полувагонов, строившихся в указанный выше период, являлась деревянная обшивка стен. Она часто повреждалась и даже загоралась при погрузке не полностью остывшего кокса. Для устранения этого недостатка Крюковский завод в 1949–1950 годах выпустил крупную партию цельнометаллических полувагонов с обшив­кой стен из стальных листов толщиной 5 мм.

Чтобы обеспечить необходимую жесткость, обшивка боковых стен имела корытообразные выштамповки, а обшивка торцовых стен имела гофры. С 1979 г. отечественные полувагоны строятся только с метал­ли­ческой обшивкой кузова.

Повышение эффективности вагонов достигалось увеличением их грузоподъемности и, особенно, погонной нагрузки. Чтобы при огра­ни­ченной допускаемой нагрузке от колесной пары на рельсы повысить грузоподъемность, Крюковский завод в 1954 г. разработал проекты шес­тиосного и восьмиосного полувагонов грузоподъемностью соответс­т­венно 90 и 115–120 т.

Шестиосные полувагоны Крюковский завод начал строить в 1955 г. Впоследствии их выпускал и Уральский вагоностроительный завод(УВЗ). Полувагоны постройки УВЗ отличались конструкцией тележек, усовер­шен­с­твованных в связи с повышенным воздействием на путь.

Достоинством шестиосного полувагона, имеющего общую длину 16,4 м было то, что он позволял производить выгрузку на существовавших в то время вагоноопрокидывателях. Крышки люков, оборудованные торсио­нными механизмами, значительно облегчавшими их (крышек) подъем, получили распространение и в других конструкциях полуваго­нов.

В 1961 г. Уралвагонзавод построил опытный образец шестиосного полувагона с кузовом из алюминиевого сплава АМг6, что позволило снизить тару и увеличить его грузоподъемность на 3 т. Алюминиевые сплавы применялись и в опытном образце четырехосного полувагона.

В 1967 г. строительство шестиосных полувагонов было прекращено: более перспективными были признаны восьмиосные конструкции.

Восьмиосный полувагон грузоподъемностью 125 т, созданный в 1961 г. Уралвагонзаводом в содружестве с Московским институтом инженеров железнодорожного транспорта (МИИТ), имел большую погонную наг­рузку (8,3 т/м), что позволило увеличить массу поезда при неизменной ее длине на 35–40 % по сравнению с составом из четырехосных полувагонов и соответственно повысить провозную способность желез­ных дорог.

С 1969 г. строились четырехосные цельнометаллические полува­го­ны. Полувагон постройки Крюковского завода имел обшивку с продольно рас­положенными гофрами, обращенную наружу вагона. Несущие эле­мен­ты кузова изготовлены из стали 09Г2Д. В полувагонах постройки Уральского вагоностроительного завода обшивка боковых стен имела толщину 5 мм и корытообразную выштампованную конфигурацию. Проводилась унифи­ка­ция этих конструкций полувагонов. С 1979 г. строятся полувагоны только унифицированные. С 1985 г. на Урал­ва­го­н­заводе торцовые двери заме­няли торцовыми стенами, что повысило надежность кузова.

Крюковский завод строит с 1983 г. полувагоны с усиленными концевыми балками рамы кузова, позволяющими устанавливать буфера (для возможности использования таких вагонов в странах, подвижной состав которых не оборудован автосцепкой). С 1987 г. этот завод строит четырех­осные полувагоны увеличенного габарита (1-ВМ), имеющие расширенные дверные проемы.

Ждановский завод тяжелого машиностроения строил четырехосные полувагоны с глухим кузовом, т.е. без люков в полу и без торцовых дверей. Такая конструкция обладала меньшей тарой и большей проч­ностью, чем конструкция универсального полувагона, но разгрузка вагона могла производится только на вагоноопрокидывателе. Важным достоинством полувагонов с глухим кузовом является лучшая сохран­ность перевозок, поскольку исключаются потери сыпучих грузов через зазоры, имеющиеся в месте прилегания крышек люков к полу вагона. С 1987 г. объем кузова данного вагона увеличился с 73 до 83 м³. Это достигнуто за счет удаления двутаврового элемента хребтовой балки, совершенно не нужного для полувагона с глухим кузовом.

Дата добавления: 2015-07-11