что такое погонная нагрузка грузового вагона
2.4.3 Грузоподъемность, осевая и погонная нагрузки вагона
Грузоподъемность, являясь основным параметром вагона, принадлежит одновременно к важнейшим показателям железнодорожного транспорта в целом.
Чем больше грузоподъемность вагона, тем больше его производительность, т.е. количество перевозимых грузов в единицу времени. Известно, что производительность вагона одновременно служит косвенным показателем производительности труда на железнодорожном транспорте. Всемерное повышение производительности труда является важной задачей. Исследования показывают, что увеличение грузоподъемности обычно сопровождается уменьшением приведенных затрат, хотя в отдельных случаях возможно создание большегрузных конструкций, для которых эти затраты больше, чем для вагона меньшей грузоподъемности.
Преимуществами вагонов большой грузоподъемности являются:
Учитывая перечисленные преимущества, в нашей стране повышалась грузоподъемность вагонов, включая строительство восьмиосных полувагонов и цистерн грузоподъемностью 125 т.
Исходя из структуры грузооборота и рационального использования габаритов подвижного состава, грузоподъемность вагона где Vгаб — объем кузова, вычисленный при размерах вагона, установленных путем вписывания в габарит подвижного состава, м³
vу.opt — удельный объем, выбранный как оптимальная величина для данного грузооборота, м³/т.
Грузоподъемность платформ вычисляется по формуле
в которой Fгаб и fy.opt имеют значения, аналогичные Vгаб и vy.opt
Дальность перевозок оказывает существенное влияние на выбор грузоподъемности вагона. Известно, что расходы, непосредственно связанные с передвижением груза, прямо пропорциональны расстоянию перевозки, тогда как издержки на начально-конечную операцию не зависят от расстояния перевозки грузов.
Чем больше дальность перевозки, тем большее удельное значение в общих транспортных издержках приобретают расходы на передвижение груза и тем меньше расходы на начально-конечную операцию. Поэтому для снижения транспортных издержек в России целесообразно применение вагонов большой грузоподъемности.
Величина отправок грузов также влияет на выбор грузоподъемности вагона. Существует три вида отправок: повагонные, мелкие и контейнерные. На железных дорогах России мелкие отправки составляют менее 1 %, а подавляющее большинство — повагонные. Анализ планов перевозок и результатов их выполнения показывает, что размеры минимальных повагонных отправок грузов, перевозимых в полувагонах и цистернах, как правило, превышают возможную грузоподъемность этих типов вагона. Несколько меньшую величину отправок имеют грузы, перевозимые в крытых вагонах и на платформах. Однако удельный вес малых повагонных отправок в грузообороте страны незначителен. Малые повагонные отправки так же, как и мелкие отправки, целесообразно перевозить в контейнерах.
Электрическая и тепловозная тяга при мощных локомотивах обеспечивают возможность значительного увеличения массы поездов и обусловленного этим повышения провозной способности железных дорог, роста производительности труда, снижения эксплуатационных расходов железнодорожного транспорта.
Одним из важных условий увеличения массы поездов является насыщение вагонного парка вагонами большой грузоподъемности.
Конструкция и состояние железнодорожного пути обусловливают величину допускаемой статической нагрузки от колесной пары на рельсы, обычно называемой осевой нагрузкой.
Допускаемую величину осевой нагрузки выбирают в зависимости от типа рельсов, количества шпал на 1 км пути, рода балласта. Существенное влияние имеет грузонапряженность линий. Грузоподъемность вагона, определяемая мощностью конструкции и состоянием пути составляет
где рo — допускаемая осевая нагрузка, кН (тс); mо — количество колесных пар в вагоне; кт — технический коэффициент тары вагона.
Из формулы (2.16) следует, что увеличение грузоподъемности вагона достигается повышением допускаемой осевой нагрузки и осности вагона, а также снижением коэффициента тары.
Для повышения эффективности конструкции вагона желательна большая величина осевой нагрузки. Однако, исходя из мощности пути и экономичности его содержания, для проектируемых основных типов вагонов железных дорог России осевая нагрузка в настоящее время ограничена величиной 228—245 кН (23,25—25,00 тс).
Дальнейшее увеличение осевой нагрузки связано с необходимостью повышения мощности пути и притом по всей сети железных дорог, поскольку основные типы вагонов являются вездеходными.
При решении вопроса о повышении осевой нагрузки необходимо учитывать, что железнодорожный путь является дорогостоящим сооружением — на путевое хозяйство приходится 47 % основных фондов производственного назначения железнодорожного транспорта. Увеличение осевой нагрузки существенно повышает повреждения железнодорожного пути.
Важное значение имеет уменьшение динамических нагрузок, передающихся от колесных пар на путь, так как воздействие вагонов на путь определяется суммой статических и динамических нагрузок. Существенно также расстояние между колесами (при малом расстоянии напряжения в основной площадке земляного полотна могут превышать допускаемые).
При ограниченных возможностях значительного увеличения осевой нагрузки и уменьшения коэффициента тары основным средством повышения грузоподъемности является увеличение осности вагона. Поэтому правильным является осуществленный в нашей стране переход от двухосных вагонов к четырехосным и курс на восьмиосные конструкции.
Одним из главных показателей, обусловливающих эффективность вагона, является статическая нагрузка вагона, приходящаяся на 1 м пути, называемая погонной нагрузкой.
Нагрузку, получаемую в результате деления массы брутто вагона на общую его длину (измеряемую по осям сцепления автосцепок), называют погонной нагрузкой брутто. Если разделить грузоподъемность на общую длину вагона, получим погонную нагрузку нетто/
Разделив среднюю динамическую нагрузку вагона Рдин на его общую длину 2Lоб, получим среднюю погонную нагрузку нетто.
Повышение средней погонной нагрузки нетто при неизменной длине станционных путей позволяет увеличивать полезную массу поезда и, следовательно, повысить провозную способность железных дорог, отдалять затраты на развитие их пропускной способности.
Например, масса брутто поезда, составленного из восьмиосных полувагонов с погонной нагрузкой брутто 8,6 т/м на 37 % больше массы брутто поезда равной длины, сформированного из четырехосных полувагонов с погонной нагрузкой брутто 6,3 т/м. При сравнении средних погонных нагрузок нетто этих вагонов полезная масса поезда увеличивается на 36 %.
Допускаемая величина погонной нагрузки брутто определяется прочностью мостов, а также устройством некоторых участков железнодорожного пути. Для основных типов вагонов общесетевого обращения допускаемой погонной нагрузкой брутто является 10,5 т/м. Связь между погонной нагрузкой и грузоподъемностью вагона выражается формулой
где 2Loб — общая длина вагона, м; qn — погонная нагрузка брутто вагона, т/м.
Учитывая выражение (2.1), получим из формулы (2.18)
Технико-экономические характеристики вагонов
Для грузовых вагонов основными характеристиками являются: осность, грузоподъемность, линейные размеры, масса тары (вагона), коэффициент тары, нагрузка от колесной пары на рельсы, нагрузка на 1 м пути (погонная нагрузка), удельный объем, удельная площадь.
Осностьопределяется общим числом колесных пар (осей) данного вагона.
Грузоподъемностьюгрузового вагона называется наибольшая масса перевозимого груза, на которую рассчитана его конструкция.
Линейные размерыопределяют базу вагона и его тележки, длину по осям сцепления автосцепок, длину и ширину кузова и высоту его от головки рельса.
Базой вагонаназывается расстояние между центрами пятников вагона, базой тележки— расстояние между центрами осей колесных пар двухосной тележки, а у трех- и четырехосной — расстояние между центрами крайних осей.
Тара вагона— это масса всех его частей (в порожнем состоянии), включая тележки и колесные пары. Тара определяется взвешиванием на специальных вагонных весах и указывается на боковых балках вагона.
Грузоподъемность и тара вагона составляют массу брутто вагона.
Коэффициент тарыпоказывает массу тары вагона, приходящуюся на 1 т его грузоподъемности.
Допускаемая нагрузкаот колесной пары на рельсы зависит главным образом от типа рельсов, числа шпал, уложенных на 1 км пути, рода балласта и скорости движения поездов.
Допускаемая осевая нагрузка определяется конструкцией и прочностью верхнего строения пути и скоростью движения поездов. В настоящее время она ограничена величиной 230 кН (23,5 тс) для грузовых вагонов и 177 кН (18 тс)— для пассажирских.
Погонная нагрузкаопределяется отношением массы брутто вагона к длине его по осям сцепления и измеряется в тоннах на 1 м (т/м).
Такие вагоны позволяют формировать поезда увеличенной массы при существующих длинах станционных путей. Допустимая погонная нагрузка регламентируется несущей способностью мостов и других искусственных сооружений. В современных условиях предусматривается повышение погонных нагрузок путем внедрения восьмиосных вагонов.
Объем вагонаопределяется внутренними геометрическими размерами кузова и характеризует вместимость вагона. Он рассчитывается по объемному весу наиболее массовых грузов, перевозимых в вагонах данного типа.
Удельная площадьдля платформ определяется делением площади пола в квадратных метрах на грузоподъемность в тоннах.
Для пассажирских вагонов основными показателями экономичности являются: число мест и отношение тары к числу перевозимых пассажиров.
Это отношение зависит от конструкции вагона и предоставляемых пассажиру удобств. Для вагонов пригородных поездов экономичность определяют тарой, приходящейся на 1 м 2 площади пола, так как в этих вагонах принимаются во внимание места не только для сидения пассажиров, но и для стояния.
Пассажирский парк вагонов
Пассажирский парксоставляют вагоны, предназначенные для перевозки пассажиров (пассажирские), а также почтовые, багажные, вагоны-рестораны и служебно-технические (служебные, вагоны-лаборатории, поликлиники, вагоны-клубы и другие пассажирские вагоны специального назначения).
Парк пассажирских вагонов делится на рабочий, участвующий в перевозках пассажиров, и нерабочий, в который входят неисправные вагоны, используемые для технических нужд. Вагоны пассажирского парка либо постоянно обращаются в пределах дороги (местное и пригородное сообщения), либо после каждого рейса вновь возвращаются на дорогу, к которой они приписаны (дальнее сообщение). Кроме того, пассажирские вагоны приписывают к определенному депо, которое осуществляет их ремонт и техническое обслуживание. Трафарет о приписке вагона к тому или другому депо наносится на торцевую стену вагона.
Пассажирские вагоны имеют кузова с окнами, дверьми, тамбурами, помещением для пассажиров; туалетными отделениями
Пассажирские поезда, сформированные из вагонов пассажирского парка, в соответствии с назначением и дальностью перевозок подразделяют на:
— дальние, следующие на расстояния свыше 700 км,
— местные — до 700 км
— пригородные — до 150 км.
На торцевой стене пассажирского вагона трафаретом наносят (в соответствии с Альбомом «Знаки и надписи на пассажирских вагонах» 0082-05 ПКБ ЦЛ):
1. место приписки вагона (ЛВЧД №…)
2. дата последнего деповского ремонта (ДР)
3. дата и место последнего заводского ремонта (КР1, КР2)
4. весенне-осеннее «оздоровление» (ТО-2)
5. дата единой технической ревизии (ТО-3)
6. знак «высокое напряжение»
7. высота автосцепки над уровнем головки рельса (980—1080)
На боковой стороне вагона наносят:
1.у входной двери рабочего тамбура: тару вагона, количество посадочных мест.
2.в центре вагона логотип железнодорожной компании и номер вагона:
Например: 003 24736 (в 2 строки),
где: 0 — род вагона (пассажирский);
3.03 — код железной дороги (Октябрьская — 01—07; Калининградская — 10; Московская — 17—23; Горьковская — 24—27; Северная — 28—31; Северо-Кавказская — 51—53; Юго-Восточная — 58—60; Приволжская — 61—62; Куйбышевская — 63—65; Свердловская — 76—79; Южно-Уральская — 80—82; Западно-Сибирская — 83—87; Красноярская — 88—89; Восточно-Сибирская — 90—93; Забайкальская — 94—95; Дальневосточная — 96—98; Сахалинская — 99);
4.2 — тип вагона (0 — спальный, 1 — купейный, 2 — плацкартный, 3 — межобластной, 4 — почтовый, 5 — багажный, 6 — ресторан, 7 — служебный, 8 — принадлежащий частным компаниям);
5.473 — порядковый номер;
6.6 — контрольная цифра (Каждая четная цифра номера умножается на 1, а нечетная — на 2, и все произведения суммируются)
Внутреннее устройство и оборудование вагонов этих видов поездов различные.
Вагоны, предназначенные для перевозки пассажиров на большие расстояния, имеют жесткие и мягкие полки для лежания, багажные полки, системы водоснабжения, отопления, вентиляции и освещения, а также другие устройства, обеспечивающие необходимые удобства для пассажиров.
Вагоны пригородного и местного сообщений, находящиеся в пути сравнительно короткое время, рассчитаны на максимальную вместимость. В них устанавливаются жесткие, мягко-жесткие диваны или мягкие кресла (внутренних перегородок нет).
Внутреннее устройство почтовых, багажных, специальных вагонов и вагонов-ресторанов определяется их назначением.
Вагоны-рестораны предназначены для обеспечения питанием пассажиров в пути следования, почтовые — для перевозки писем, посылок и другого почтового груза, а багажные — для багажа.
Грузовой парк вагонов
Важное значение для организации эксплуатационной работы имеет структура вагонного парка, которая должна отражать структуру перевозимых грузов.
Грузовой парксоставляют крытые вагоны, полувагоны, платформы, цистерны, изотермические и вагоны специального назначения (передвижные мастерские, контрольные платформы для поверки вагонных весов, снегоочистители, а также другие вагоны, приспособленные для технических и бытовых нужд железных дорог). Каждый из перечисленных видов вагонов предназначен для перевозки определенных грузов. Конструкция грузового вагона должна обеспечивать сохранность груза, удобство погрузки и выгрузки и наибольшую вместимость.
| Крытые вагоны | Предназначены для перевозки требующих защиты от атмосферных воздействий тарно-упаковочных, высокоценных грузов: различных пищевых продуктов, промышленных товаров, приборов, станков, зерна и др. В крытых вагонах специального назначения перевозят скот, птицу. Крытые вагоны оборудованы люками и задвижными дверьми, обеспечивающими погрузку и выгрузку грузов, вентиляцию и очистку кузовов. | |
 | ||
| Полувагоны | Предназначены для перевозки навалочных грузов: угля, руды, кокса, флюсов, а также длинномерных грузов — леса, металлопроката. Они являются основным типом вагонов грузового парка, так как имеют наиболее высокие показатели использования. Полувагон имеет открытый кузов, удобный для погрузки и выгрузки. В полу таких вагонов имеются люки для разгрузки сыпучих материалов и поэтому они называются саморазгружающимися. | |
 |  |  |
| Платформы | Служат для перевозки лесных, сыпучих, штучных и тарных грузов, металлопроката, различных машин и других грузов, не требующих защиты от атмосферных осадков. Также они предназначены для перевозки длинномерных, громоздких и тяжеловесных грузов. Преимущество платформ состоит в том, что их можно быстро и легко загружать и разгружать, применяя простейшие средства механизации | |
 |  |  |
 | ||
| Цистерны | Представляют собой грузовые вагоны, кузовом которых является металлический резервуар (котел), прочно укрепленный на раме и служащий для перевозки наливных грузов. Большое разнообразие жидких и газообразных грузов привело к специализации цистерн по роду перевозимых грузов (нефти, бензина, кислот, спирта, молока, сжиженных газов, вина и т.д.). | |
 |  |  |
 |  |  |
| Транспортеры | Специальные многоосные (от 6 до 40 осей) платформы, предназначенные для перевозки громоздких и тяжелых грузов массой до 400 т: крупных отливок, ферм мостовых кранов, трансформаторов, генераторов, турбин и т.п. Средняя часть рамы транспортеров располагается как можно ниже для облегчения по- грузки, выгрузки и размещения громоздких грузов большой массы | |
 |  |  |
| Изотермические вагоны | Служат для перевозки скоропортящихся или боящихся замерзания грузов (мясо, рыба, молоко, минеральные воды, фрукты и т.п.). Кузова таких вагонов теплоизолированы, оборудованы приборами охлаждения, отопления и вентиляции. Изотермические вагоны бывают с машинным охлаждением и электрическим отоплением (рефрижераторные) и льдосоляные (вагоны-ледники). Рефрижераторные вагоны строятся как автономными (с самостоятельной холодильной установкой), так и в виде отдельных по- ездов (секций) вагонов с центральной холодильной установкой. | |
 | ||
| Думпкары и Хопперы | К саморазгружающимся вагонам относятся металлические вагоны — думпкары и хопперы. Думпкары предназначены для перевозки руды и строительных материалов на короткие расстояния. При разгрузке их кузов наклоняется в одну из сторон пневматическим механизмом. В крытых хопперах (хоппер-дозаторы) перевозят цемент, а в открытых — щебень, песок и др. | |
 |  |  |
Инвентарный парк грузовых вагонов, находящийся в распоряжении дорог, делится на рабочий и нерабочий.
Рабочий парк состоит из исправных вагонов, находящихся в поездах, на станциях под погрузкой и выгрузкой и др., т.е. участвующих непосредственно в перевозочном процессе.
К нерабочему парку относятся вагоны неисправные, находящиеся в капитальном, деповском и текущем ремонтах.
Технико-экономические характеристики вагонов
Лекция 3.1. Назначение и классификация вагонов. Основные элеленты вагонов. Технико-экономические характеристики вагонов. Пассажирский парквагонов. Грузовой парк вагонов. Система нумерации подвижного состава.
Назначение и классификация вагонов
Вагоном называется единица подвижного состава железных дорог, предназначенная для перевозки пассажиров или грузов.
По назначению вагоны разделяют на грузовые и пассажирские.
К грузовым вагонам относятся крытые вагоны, полувагоны, платформы, цистерны, изотермические и вагоны специального назначения, служащие для перевозки определенных видов грузов (цементовозы, транспортеры, специаизированные цистерны, вагоны для технических нужд, перевозки скота, живой рыбы и др.).
В зависимости от ширины колеи вагоны бывают нормальной (1520 мм) и узкой колеи (750, 900 и 1060 мм).
По габариту подвижного состава различают вагоны, предназначенные для обращения по всей железнодорожной сети страны; вагоны, обращение которых допустимо только на реконструированных участках дорог РФ, и вагоны для международных сообщений.
По конструкции кузова, материалу и технологии изготовления вагоны подразделяются на цельнометаллические и вагоны с металлическим каркасом кузова и деревянной обшивкой, а также сварные и клепаные; по числу осей — на четырех-, шести-, восьми- и многоосные.
Большинство грузовых вагонов четырехосные. Имеется незначительное количество шестиосных полувагонов, а также восьмиосных полувагонов и цистерн.
Основные элементы вагонов
Каждый вагон состоит из ходовых частей, рамы, кузова, ударно-тяговых приборов и тормозов (рис. 2.1).
К ходовым частям относятся тележки с колесными парами, буксами, подшипниками, рессорами или пружинами. Ходовые части должны обеспечивать движение вагона по рельсовому пути с необходимой плавностью и наименьшим сопротивлением движению.
Тележки обеспечивают более свободное движение длинных вагонов по кривым участкам пути небольшого радиуса, необходимую плавность хода при уменьшении сопротивления движению. Рессоры и пружины служат для смягчения толчков, воспринимаемых вагоном от неровностей пути и поверхностей катания колес. Совокупность всех рессор, пружин и других упругих элементов, связывающих колесные пары с рамой тележки или кузовом, называется рессорным подвешиванием.
Рама вагона является основанием кузова и состоит из жестко соединенных между собой продольных и поперечных балок. На раме крепятся кузов, ударно-тяговые приборы, части автоматического и ручного тормозов, а в пассажирских вагонах — и электрооборудование, узлы системы кондиционирования воздуха. Рамы отличаются одна от другой в зависимости от конструкции и назначения вагона, но все они должны быть достаточно прочными, способными воспринимать нагрузки от кузова, тяговые, ударные, тормозные усилия, давление ветра и другие нагрузки (вертикальные и горизонтальные), возникающие при движении вагона.
Ударно-тяговые приборы служат для сцепления вагонов и локомотива, удержания их на определенном расстоянии друг от друга, а также для передачи силы тяги от локомотива к вагонам и смягчения ударов, возникающих при сцеплении или набегании вагонов в поезде. Ударно-тяговые приборы состоят из автосцепного устройства.
Тормоз— это устройство на подвижном составе, с помощью которого создается сопротивление движению поезда или отдельного вагона, необходимое для остановки поезда или регулирования его скорости.
Тормоза бывают ручные и автоматические. Вагоны грузового и пассажирского парков оборудованы автоматическими тормозами, кроме этого, все пассажирские и часть грузовых вагонов — дополнительно ручными.
Технико-экономические характеристики вагонов
Для грузовых вагонов основными характеристиками являются: осность, грузоподъемность, линейные размеры, масса тары или просто тара, коэффициент тары, нагрузка от колесной пары на рельсы, нагрузка на 1 м пути (погонная нагрузка), удельный объем, удельная площадь.
Осность определяется общим числом колесных пар (осей) вагона.
Грузоподъемностью грузового вагона называется наибольшая масса перевозимого груза, на которую рассчитана его конструкция.
Линейные размерыопределяют базу вагона и его тележки, длину по осям сцепления автосцепок, длину и ширину кузова и высоту его от головки рельса. Базой вагона называется расстояние между центрами пятников вагона, базой тележки — расстояние между центрами осей колесных пар двухосной тележки, а у трех- и четырехосной — расстояние между центрами крайних осей.
Тара вагона — это масса всех его частей (в порожнем состоянии), включая тележки и колесные пары. Тара определяется взвешиванием на специальных вагонных весах и указывается на боковых балках вагона.
Коэффициент тары показывает массу тары вагона, приходящуюся на 1 т его грузоподъемности. Он является сравнительным показателем экономичности вагонов различных типов и разной грузоподъемности. Для современных четырехосных вагонов коэффициент тары равен 0,33—0,38. Чем меньше этот показатель при одинаковой прочности конструкции, тем экономически выгоднее данный вагон в эксплуатации.
Допускаемая нагрузкаот колесной пары на рельсы зависит главным образом от типа рельсов, числа шпал, уложенных на 1 км пути, рода балласта и скорости движения поездов. С 1980 г. Установлена наибольшая нагрузка от колесной пары на рельсы — 228 кН (23,25 тс). Данная нагрузка служит исходным параметром при проектировании новых вагонов.
Погонная нагрузка определяется отношением массы брутто вагона к длине его по осям сцепления и измеряется в тоннах на 1 м (т/м). Пополнение вагонного парка большегрузными вагонами с увеличенными погонными нагрузками — один из эффективных путей повышения провозной способности дорог. Такие вагоны позволяют формировать поезда увеличенной массы при существующих длинах станционных путей. Допустимая погонная нагрузка регламентируется несущей способностью мостов и других искусственных сооружений. В современных условиях предусматривается повышение погонных нагрузок путем внедрения восьмиосных вагонов.
Объем вагона определяется внутренними геометрическими размерами кузова и характеризует вместимость вагона. Он рассчитывается по объемному весу наиболее массовых грузов, перевозимых в вагонах данного типа.
Для сравнительной оценки экономичности вагонов различных типов и размеров обычно пользуются удельным объемом, определяемым как частное от деления полного объема вагона в кубических метрах на грузоподъемность в тоннах. Для крытых и изотермических вагонов удельный объем составляет 1,8—2,5 м3/т, для полувагонов и цистерн — 1—1,4 м3/т.
Удельная площадьдля платформ определяется делением площади пола в квадратных метрах на грузоподъемность в тоннах.
Для пассажирских вагонов основными показателями экономичности являются число мест и отношение тары к числу перевозимых пассажиров. Это отношение зависит от конструкции вагона и предоставляемых пассажиру удобств. Для вагонов пригородных поездов экономичность определяют тарой, приходящейся на 1 м2 площади пола, так как в этих вагонах принимаются во внимание места не только для сидения пассажиров, но и для стояния.