Технико-экономические параметры вагонов

Вагонный парк представляет собой многообразие типов и конструкций грузовых и пассажирских вагонов. Такое многообразие обусловлено требованиями повышения провозной способности железных дорог, полного использования грузоподъемности и объема кузова, механизации и автоматизации погрузочно-разгрузочных работ, комфорта и удобства пассажиров.

Экономические показатели работы вагонного парка определяются правильным выбором типов вагонов и их технико-экономических параметров.

Правильный выбор количественного состава вагонного парка по типам и основным технико-экономическим параметрам грузовых вагонов основывается на прогнозировании развития отраслей промышленности и видов транспорта страны, размещения производительных сил по регионам, объёмов и состава грузооборота, дальности перевозок, величине отправок грузов. Кроме того, важное значение имеет уровень технического оснащения железных дорог (конструкция и состояние пути и мостов, длина станционных путей, вид тяги, типы локомотивов, механизмы, применяемые при погрузочно-разгрузочных работах, а также габариты подвижного состава, формы собственности вагонов), развитие автомобильных дорог и грузового автотранспорта.

При правильном выборе типов вагона и структуры вагонного парка (процентного состава по типам вагонов) обеспечивается выполнение требуемого объема перевозок при минимуме приведенных затрат (отношение себестоимости перевозок грузов к капитальным вложениям).

Наиболее важными технико-экономическими параметрами, характеризующими эффективность грузовых вагонов, являются грузоподъемность, тара, осность (число осей), объем кузова (площадь пола для платформы) и линейные размеры кузова и вагона. Перечисленные параметры являются абсолютными и обязательны для паспорта вагона.

Для сравнения вагонов различных типов между собой и характеристики технического совершенства конструкции вагонов используются соотношения этих параметров – относительные параметры. К ним относятся коэффициенты тары, удельный объем кузова (удельная площадь пола), осевая и погонная нагрузки.

Технико-экономическими параметрами пассажирских вагонов являются тип планировки (определяется назначением вагона), осность, населенность, тара, масса экипировки (вода, уголь, съемное оборудование), линейные размеры и максимальная скорость движения. Для пассажирских вагонов определяют также тару, приходящуюся на одно место для пассажира, тару на единицу длины или площади горизонтальной проекции вагона, осевую нагрузку и др.

Грузоподъемностью P называется наибольший вес груза, допускаемый к перевозке в вагоне. Грузоподъёмность, являясь основным параметром вагона, принадлежит одновременно к важнейшим параметрам железнодорожного транспорта в целом, и так как она в значительной степени определяет провозную способность железных дорог, стремятся создавать вагоны с максимально возможной грузоподъемностью. Чем больше грузоподъёмность вагона, тем больше его производительность (количество перевозок), выполняемых в единицу времени. При этом увеличение грузоподъёмности обычно сопровождается уменьшением приведенных затрат.

Преимуществами вагонов большой грузоподъёмности являются:

– снижение коэффициента тары, поскольку при увеличении грузоподъёмности вагонов масса автосцепного устройства, автотормозной оборудования, торцовых стен кузова, ходовых частей и некоторых других элементов конструкции либо не изменяется, либо возрастает в меньшей степени, чем грузоподъёмность;

– уменьшение удельного сопротивления движению, в результате чего сокращается расход электроэнергии или топлива, потребляемых локомотивами, или повышается пропускная способность железных дорог за счёт возрастания скорости движения, или провозная способность за счёт увеличения массы поезда;

– рациональное использование автосцепки, автотормозов, ходовых частей, прогрессивных видов тяги и мощных локомотивов. В связи с этим повышается масса поезда и скорость его движения;

– увеличение (в большинстве случаев) погонной нагрузки и за счёт этого возрастание массы поезда при неизменной длине станционных путей и сокращение капитальных вложений в развитие пропускной способности дорог;

– уменьшение капитальных вложений в вагонный парк или возрастание его суммарной грузоподъёмности при неизменных затратах; сокращение расхода металла на единицу грузоподъёмности;

– снижение затрат на маневровую работу, взвешивание вагонов и документальное оформление грузов;

– сокращение расходов по ремонту и содержанию вагонов, отнесённых на единицу грузоподъёмности.

Тарой вагона Т называется собственный вес порожнего вагона. Конструкция вагона должна обеспечивать минимальный вес при необходимой прочности, поэтому снижение тары является важнейшей задачей вагоностроения. Снижение тары вагона позволяет уменьшить эксплуатационные затраты, связанные с передвижением вагонов, снизить расход материалов на их изготовление и повысить грузоподъемность в пределах допускаемой осевой нагрузки.

Снижение тары вагонов достигают следующими путями:

– уменьшением динамических сил, действующих на вагон, за счет совершенствования ходовых частей и автосцепного устройства (повышение статического прогиба и обеспечение оптимальных величин демпфирующих усилий, уменьшение массы необрессоренных частей вагона и устранение дефектов колёсных пар, снижение центра тяжести вагона);

– выбором целесообразных конструктивных форм вагонов и их элементов (кузова каплевидной формы у вагонов-хопперов, цельнонесущие кузова с облегчёнными или частично удалёнными хребтовыми балками, рационализация сечений и профилей);

– применением более прогрессивных материалов для элементов вагонов (низколегированных сталей, сталей повышенной прочности и коррозийной стойкости, высокопрочных алюминиевых сплавов и пластмасс);

– совершенствованием технологии изготовления и ремонта вагонов (применение сварных автоматов, колёсных пар S – образного профиля, кассетных букс, улучшение качества поверхности, применение поверхностного упрочнения деталей, совершенствование технологии литья и проката, повышение качества сварки);

– совершенствованием методов расчета и испытаний вагонов (устранение излишних запасов прочности в деталях кузова, применение систем автоматизированного проектирования на основе метода конечных элементов).

Снижение тары вагона является одной из важнейших задач вагонного хозяйства. Это обусловлено не только большим расходом материала (преимущественно металла) на постройку вагонов, но главным образом значительными постоянными затратами на передвижение вагонов, которые возрастают с увеличением их тары. Даже небольшое уменьшение тары вагонов сопровождается значительным эффектом, что обусловлено массовостью вагонного парка. Однако снижение тары вагонов должно осуществляться без ущерба для безопасности движения поездов и эксплуатационной надёжное вагонов.

Эффективность снижения тары грузового вагона оценивается техническим коэффициентом тары, который характеризует качество конструкции вагона: чем меньше k_т, тем меньше собственного веса вагона приходится на каждую тонну перевозимого груза, а следовательно, меньше затраты па перевозку самого вагона и вагон экономически выгоднее. Поэтому при проектировании новых вагонов необходимо стремиться к снижению к_г.

Коэффициент тары грузового вагона представляет собой отношение тары вагона к его грузоподъёмности. Для пассажирских вагонов коэффициент тары определяется как отношение массы тары к населенности вагона.

Грузовые и пассажирские вагоны характеризуются также линейными размерами: длиной L, шириной B, высотой Н кузова внутри и снаружи, длиной рамы L_р, базой вагона l_б и длиной вагона по осям сцепления автосцепок L_ас.

Длина, ширина и высота кузова внутри и снаружи определяются заданной вместимостью и габаритом подвижного состава.

Длина платформы и полувагона обычно выбирается с учётом существующих сортаментов длинномерных грузов. В частности, длину платформы и полувагона желательно иметь кратной величине 6,6...6,7 м, соответствующей длине распространённых лесоматериалов с учётом зазоров между штабелями и стенами вагона. Исходя из условий размещения контейнеров, внутреннюю длину платформы и полувагона целесообразно принимать кратной 2170 мм. Кроме того, длина, ширина и высота полувагона должны соответствовать размерам вагоноопрокидывателей.

Длина котла цистерны зависит от диаметра котла, форм днища, колпака и других частей, определяющих объём котла.

Увеличение диаметра и уменьшение длины котла снижают его массу, но уменьшают прочность и жёсткость. Увеличение диаметра котла повышает центр тяжести цистерны, а уменьшение длины обычно сокращает базу цистерны. Всё это ведёт к ухудшению устойчивости и плавности хода цистерны, что существенно для четырёхосных конструкций.

Исходя из способов размещения съёмного оборудования, внутреннюю ширину крытого вагона принимают равной 2760 мм. Для обеспечения погрузки контейнеров внутреннюю ширину полувагона и платформы принимают не менее 2740 мм.

Чтобы обеспечить лучшее использование грузоподъёмности платформ при перевозке в них сыпучих грузов, необходимо увеличить высоту бортов. Однако при этом возрастет их масса, что затруднит открытие и закрытие бортов. Кроме того, высота бортов выбирается с учётом возможности перевозки ряда грузов с опущенными бортами. При этом положении они не должны выходить за пределы нижнего очертания габарита подвижного состава, а торцовые борта должны размещаться в межвагонном пространстве с учётом безопасного положения человека между бортами двух платформ.

Для достижения возможно большей погонной нагрузки ширину и высоту кузова обычно принимают максимальными для заданного габарита подвижного состава.

Длина рамы L_р вагона – расстояние между торцами концевых балок рамы, база l_б вагона – расстояние между центрами пятников кузова.

Принятые линейные размеры кузова уточняют путём вписывания вагона в габарит и исходя из других требований, предъявляемых к вагонам.

Удельный объем кузова вагона представляет собой отношение полного объема кузова V_к к его грузоподъемности Р.

Для платформ определяется удельная площадь f как отношение площади пола к грузоподъемности.

От величин удельных объемов и удельных площадей зависит использование объема и грузоподъемности вагона, а также себестоимость перевозок и приведенные затраты. Поэтому при проектировании вагонов определяют их оптимальные значения.

Осевая нагрузка Р_о – это нагрузка от колесной пары на рельсы, определяемая как отношение веса брутто к числу осей.

Допускаемая осевая нагрузка определяется конструкцией и прочностью верхнего строения пути и скоростью движения поездов.

Допускаемую величину осевой нагрузки принимают в зависимости от типа рельсов, числа шпал на 1 км пути, рода балласта. Существенное влияние оказывает грузонапряжённость линий.

Повышение грузоподъёмности вагона достигается повышением допускаемой осевой нагрузки и осности вагона, а также снижением коэффициента тары. Однако, исходя из мощности пути и экономичности его содержания, для проектируемых основных типов вагонов России осевая нагрузка была ограничена величиной 23,5 Т. В настоящее время реализуются мероприятия по увеличению осевой нагрузки 27 Т, что связано с необходимостью увеличения мощности пути по всей сети железных дорог.

Дальнейшее увеличение осевой нагрузки до 30 Т связано с необходимостью повышения мощности пути и при том по всей сети дорог, поскольку основные типы вагонов являются вездеходными.

При решении вопроса о повышении осевой нагрузки необходимо учитывать, что путь является дорогостоящим сооружением – на путевое хозяйство приходится 47% основных фондов производственного назначения железнодорожного транспорта. Увеличение осевой нагрузки существенно повышает повреждения пути.

Нагрузку, получаемую в результате деления веса брутто вагона на общую его длину (измеряемую по осям сцепления автосцепок), называют погонной нагрузкой q. Повышение погонной нагрузки q при неизменной длине станционных путей позволяет увеличить полезный вес поезда, следовательно, повысить провозную способность дорог, отдалить затраты на развитие их пропускной способности.

Например, вес брутто поезда, составленного из восьмиосных полувагонов с погонной нагрузкой брутто q=8,6 Т/м на 37 % больше веса брутто поезда равной длины, сформированного из четырёхосных полувагонов с погонной нагрузкой брутто q=6,3 Т/м.

Кроме большой экономии капитальных вложений, увеличение погонной нагрузки вагонов обеспечивает значительное уменьшение себестоимости перевозок. Например, увеличение погонной нагрузки с 6 до 8 Т/м обеспечивает сокращение эксплуатационных расходов на однопутных линиях на 6% и на двухпутных – на 5%.

Допускаемая величина погонной нагрузки брутто определяется прочностью мостов, а также устройством некоторых участков пути. Для основных типов вагонов общесетевого обращения допускаемой погонной нагрузкой брутто является 10,5 т/м.

Дата добавления: 2014-12-23