Кузова и рамы вагонов различных типов

Лекция № 4 Кузова и рамы вагонов различных типов 1. Назначение кузова и рамы. Основные элементы рамы вагона. Анализ функциональности реальной конструкции кузова 2. Кузов пассажирского вагона 3. Кузова и рамы грузовых крытых вагон 4. Кузов и рама полувагона 5. Кузов и рама универсальной платформы 6. Кузов цистерны 7. Думпкар 8. Транспортеры 9. Неисправности рам и кузовов вагонов 10. Основные направления совершенствования конструкции рам и кузовов грузовых вагонов 1. Назначение кузова и рамы. Основные элементы рамы вагона. Анализ функциональности реальной конструкции кузова Кузов вагона является основным его элементом. Он предназначен для размещения пассажиров или грузов. Конструкция кузова зависит от типа вагона. У многих вагонов основанием кузова является рама, состоящая в основном из совокупности продольных и поперечных балок, жестко соединенных между собой. Назначение рамы кузова. Рама является одной из частей вагона и служит основанием кузова. На раме укреплено автосцепное и тормозное оборудование вагона. Сама она через пятники опирается на ходовые части и воспринимает все виды нагрузок, действующие на кузов. Рама должна обладать достаточной прочностью и жесткостью, быть проста по конструкции, надежна в эксплуатации, доступна для технического осмотра, поэтому она выполнена из наиболее мощных и материалоемких прокатных профилей. У всех типов вагонов рама состоит из трех основных несущих балок: 1. хребтовой; 2. боковых продольных; 3. набора поперечных: концевых; шкворневых; промежуточных поперечных. Рис. 4.1. Схема рамы и кузова вагона: 1 – шкворневые балки; 2 – хребтовая балка; 3 – концевые поперечные балки; 4 – промежуточная поперечная балка; 5 – продольная боковая балка; Тс – продольные нагрузки; R – реакция пути Хребтовая балка служит для крепления на ней автосцепного и тормозного оборудования. Через автосцепное устройство она передает продольные силы на другие вагоны, а поскольку она жестко связана и с другими элементами кузова, то наряду с продольными воспринимает также и вертикальные силы. Ее изготавливают из мощных прокатных Z-образных, швеллерных и двутавровых профилей. В современных конструкциях вагонов хребтовая балка изготовляется из стального прокатного профиля: - два зета № 31 и двутавр № 19 – полувагон (рис. 4.2, а); - два зета № 31 – крытый грузовой, полувагон с глухим полом и глухим кузовом (рис. 4.2, б); - два двутавра № 70 – платформа (рис. 4.2, в); - два швеллера № 30 – пассажирские ЦМВ, рамные цистерны (рис. 4.2, г). Рис. 1.2. Сечения хребтовой балки основных типов вагонов: а – два зета № 31 и двутавр № 19; б – два зета № 31; в – два двутавра № 70; г – два швеллера № 30 Боковые продольные балки рамы предназначены для соединения боковых стен с рамой. Они работают совместно со стенами и воспринимают, хоть и в меньшей степени, чем хребтовая балка, но тоже все виды эксплуатационных нагрузок. Основные несущие поперечные балки связывают хребтовую балку с боковыми стенами в единую конструкцию. У всех типов вагонов к ним относятся две концевые, две шкворневые и ряд промежуточных поперечных балок, число которых зависит от типа вагона и его осности. Поперечные балки в большинстве типов вагонов выполняют переменной высоты: максимальной - в местах соединения с хребтовой и минимальной в местах соединения с продольными боковыми балками. Сделано это для обеспечения равнопрочности конструкции и рационального распределения металла в раме вагона. При этом у всех типов вагонов формы сечений основных поперечных балок также однотипны: у концевых - П-образное (швеллерное), у шкворневых - замкнутое коробчатое и у промежуточных - двутавровое. Концевые балки предназначены для восприятия части нагрузок от перевозимых грузов, а также для установки и крепления угловых стоек стен. Концевые балки сварной конструкции изготавливают из листов толщиной 6 - 10 мм. На лобовом (вертикальном) листе концевой балки установлен поручень сцепщика, кронштейн для крепления стояночного тормоза и кронштейн расцепного привода автосцепки. К нижним листам по концам концевых балок приварены планки для установки домкратов и ставлюг при ремонте вагонов. Шкворневые балки передают через пятник и скользуны на тележки все возникающие в процессе движения статические и динамические усилия. Они представляют собой конструкцию коробчатого сечения переменной высоты по длине и образованы верхним, двумя вертикальными нижним листами. В пересечении хребтовой шкворневые балки усилены надпятниковой коробкой. Промежуточные поперечные балки соединяют боковые стены с рамой. Они воспринимают часть нагрузок действующих на раму. Балки представляют собой сварную конструкцию двутаврового сечения переменной высоты. Анализ функциональности реальной конструкции кузова позволяет выявить: - основные несущие элементы; - вспомогательные несущие элементы; - ненесущие элементы (элементы функционального назначения). Основные несущие элементы участвуют в восприятии основных эксплуатационных нагрузок. Они образуют основную несущую конструкцию. Вспомогательные несущие элементы участвуют в восприятии только некоторых нагрузок (полезная нагрузка, распор сыпучих грузов и др.) и в передаче их на основную несущую конструкцию. К ним можно отнести деревянный настил пола, деревянную обшивку стен, откидные борта платформ, крышки люков и торцовые створчатые двери полувагонов, а также вспомогательные продольные и поперечные балки, имеющие малую жесткость в вертикальной или в горизонтальной плоскости – при расчете кузова на действие вертикальных или горизонтальных нагрузок соответственно. Ненесущие специальные элементы не участвуют в восприятии нагрузки, но необходимы для перевозки пассажиров и грузов. К ним относятся двери, окна, изоляция, установки кондиционирования воздуха и др. Различают три основных типа несущих конструкций кузовов (рис. 4.3): - с несущей рамой (платформы, транспортеры); - с несущими рамой и боковыми стенами (полувагоны); - с несущими рамой, боковыми стенами и крышей (пассажирские ЦМВ и крытые грузовые вагоны). Рис. 4.3. Основные типы несущих конструкций кузовов 2. Кузов и рама пассажирского вагона В цельнометаллических вагонах рама и кузов прочно соединены друг с другом и представляют собой единую конструкцию, воспринимающую все действующие на вагон нагрузки. Рама предназначена для восприятия массы внутреннего оборудования, кузова и пассажиров, для установки ударных и тяговых приборов и укрепления подвагонного оборудования. Рамы современных пассажирских вагонов бывают двух видов: 1. с хребтовой балкой (в некупированных, мягких, почтовых и багажных вагонах постройки отечественных заводов, а также в некупированных вагонах постройки Польши); 2. без хребтовой балки (в жестких купированных, мягких вагонах и вагонахресторанах постройки заводов Германии и Венгрии). Рама вагона без хребтовой балки (рис. 4.4) состоит из двух концевых швеллерных балок 1, двух промежуточных поперечных балок 2, которые расположены под перегородками, отделяющими тамбуры от остальной части вагона, двух шкворневых балок 4, сваренных из стальных листов в виде замкнутой коробки, двух коротких хребтовых балок 6 из швеллера, идущих от концевых балок до шкворневых, системы раскосов 3 для передачи ударов от автосцепки и буферов на продольные боковые балки. Продольные боковые балки 5 рамы служат одновременно нижней обвязкой боковых стен кузова. В средней части рамы между шкворневыми балками имеются поперечные балки 7 коробчатого сечения, поддерживающие гофрированный металлический пол. Некоторые из поперечных балок усилены для крепления подвагонного оборудования генератора, аккумуляторных батарей, тормозных приборов и др. Рис. 4.4. Рама вагона без хребтовой балки Рама кузова вагона с хребтовой балкой (рис. 4.5) состоит из нескольких балок: хребтовой 3, трех поперечных 7, двух шкворневых 4 и двух концевых 6. Хребтовая балка выполнена из двух параллельно расположенных швеллеров № 30, которые сварены по длине встык и связаны между собой диафрагмами жесткости 5, отливками передних и задних упоров 2 и ударными розетками 1 автосцепных устройств, листами усиления 9. Между швеллерами хребтовых балок в зоне шкворневых балок установлены надпятники 8. Рис. 4.5. Конструкция рамы пассажирского вагона с хребтовой балкой Поперечные балки штампованные, в поперечном сечении они имеют форму угольника и предназначены для передачи нагрузки от массы внутреннего оборудования, пассажиров и подвагонного оборудования на боковые стены кузова. Шкворневые балки замкнутого коробчатого сечения сварены из листов, к ним крепятся на болтах стальные литые пятники и боковые скользуны. Концевая балка состоит из двух швеллеров № 30, соединенных розеткой автосцепки и усиленных верхними и нижними листами с набором ребер жесткости. Кузов имеет каркас, образованный балками пола, стойками боковых стен и дугами крыши. Снаружи каркас покрыт стальным листом толщиной 3 мм. Внутренняя обшивка стен выполнена из дерево-плиты толщиной 19 мм или из фанеры толщиной 10 мм. Перегородки из плиты толщиной 25 мм. Пол настилают плитами толщиной 19 мм. В стены, потолок и пол пространства между металлическими листами и внутренней обшивкой закладывают теплоизоляцию - пенополистирол. Сохранение тепла в вагоне зависит от состояния термоизоляции и качества её укладки, а также соблюдения режима отопления проводником. Двери всех вагонов подразделяются на наружные металлические и внутренние из деревянных или фанерных плит, облицованных пластиком и армированных металлическим каркасом. Для облегчения входа в вагон с низких платформ, наружные двери снабжены подножками с откидывающейся ступенькой. На всех пассажирских вагонах окна бывают: опускные (опускаются на 1/3 часть окна), глухие (не открываются), окна с термопакетами и аварийные (опломбированы, после открытия закрыть нельзя). Ограждение кузова без хребтовой балки (рис. 4.6) состоит из рамы, боковых и торцовых стен и крыши. В связи с тем, что рама в средней части не имеет хребтовой балки, усилены консольные части, а также продольные боковые балки и элементы, связывающие продольные балки между собой в средней части кузова. Рис. 4.6. Ограждение кузова пассажирского вагона без хребтовой балки Концевая 25, шкворневая 17 и хребтовая 23 балки в консольной части рамы сверху и снизу перекрыты листами, имеющими вырезы. Форма листов и вертикальные элементы образуют поперечные балки 22 и раскосы 20, предназначенные для передачи части продольных усилий от ударно-тяговых приборов на продольные боковые балки 12 рамы и боковые стены кузова. Отверстие 21 служит для шкворня, соединяющего кузов с ходовыми частями. Кроме того консольные части перекрыты гладким листом 30, являющимся одним из элементов настила пола. Боковые продольные балки 12, в поперечном сечении имеющие форму скругленного уголка, связаны между собой поперечными балками 14. В средней части между шкворневыми балками 17 на поперечные балки 14 уложены гофрированные листы 13, сверху которых располагаются деревянные бруски 18 и пакеты теплоизоляции 19. Верхний слой настила пола состоит из столярных плит 15, покрытых сверху линолеумом 16. Боковые стены кузова образованы верхним 2 и нижним 8 поясами, имеют оконные 6 и дверные 3 проемы. Нижней обвязкой боковой стены служат продольные балки 12 рамы, а верхней швеллер 11. Гофрированная обшивка 34 подкреплена промежуточными 37 и дверными 33 стойками Z-образного поперечного сечения. Бруски 40 обрешетки крепятся к металлическому каркасу болтами. Пакеты теплоизоляции 39, обернутые слоем гидроизоляционной бумаги 38, укреплены на деревянной обрешетке гвоздями. Изнутри боковые стены под окнами покрыты столярной плитой 41, а над окнами и в межоконных простенках - древесноволокнистой плитой 43. Для обеспечения большей жесткости обшивки боковых стен под оконными проемами установлены продольные пояса 7. Торцовая стена крепится к концевой балке 25 рамы и к угловым стойкам 32. В зоне дверного проема установлены мощные противоударные стойки 27, приваренные внизу к концевой балке рамы 25, а вверху - к поперечной балке 35, обеспечивая безопасность пассажирам даже при крушении поезда. В нижней части на концевую балку установлен порог 24. На гофрированной обшивке 26 торцовых стен имеются угольные ящики 31. Металлический каркас крыши обшит снаружи гофрированными листами 47, а по скатам - гладкими листами 1 с отливами 9. Каркас сварен из боковых продольных обвязок 10 и дуг 36. Если крыша покрыта сверху гладкими листами, то для обеспечения ее устойчивости в каркас введены продольные подкрепляющие элементы 48. Пакеты теплоизоляции 46, обернутые слоем гидроизоляции, подшиты оцинкованными листами и внутренней обшивкой 49 из фанеры. Ниже обшивки кузов имеет подшивной потолок 44, сверху которого размещен вентиляционный канал 45. Внутри кузова имеются специальные кожухи 42 для труб водяного отопления. В крыше размещаются дефлекторы 50 естественной вентиляции и трубы печного отопления 51, а также люки 52 для монтажа и демонтажа котла отопления, калориферов, бака для воды и вентиляционного агрегата. По концам кузова установлены рычаги расцепного привода 29 автосцепки и розетка 28, подножки 5 и поручни 4. Опытные образцы одного из вариантов кузова построены с обшивкой из нержавеющей стали, масса их на З т меньше серийно выпускаемых. В вагоностроении решается задача создания конструкции кузова, обеспечивающей блочный монтаж и демонтаж внутреннего оборудования. В частности, разработан вариант со съемной крышей, позволяющий повысить производительность монтажных и демонтажных работ при строительстве и ремонте вагонов. Кроме того, разрабатываются модульные конструкции кузовов пассажирских вагонов, а также кузовов с трансформируемой планировкой. 3. Кузова и рамы грузовых крытых вагон В России распространены цельнометаллические универсальные крытые вагоны грузоподъёмностью 68 тонн. Боковые и торцевые стены крытого вагона выполнены из вертикальных стоек с верхними и нижними обвязками и металлической обшивкой из профилированных листов толщиной 2 - 3 миллиметра. Крытый вагон имеет обычно люки и двери с задвижными створками. Несущая крыша снабжена внутренней подшивкой, прилегающей вплотную к металлическим листам кровли. Изнутри стены кузова обшиты фанерой толщиной 8 - 10 миллиметров, а крыша - древесноволокнистыми плитами или защищена напыляемым полимерным покрытием на основе пенополиуретана. Пол кузова выполнен из досок толщиной 65 миллиметров. Рама вагона имеет хребтовую балку из специальных профилей и дополнительные балки, поддерживающие настил пола. Сдвижные двери вагона имеют запоры, имеющие отверстия для пломбировки и закрывания на замок или ЗПУ. Крытый вагон для легковых автомобилей (вагон-автомобилевоз) имеет двухъярусный кузов с торцевыми дверями складывающегося типа. Вагон вмещает 8-10 автомобилей, расположенных в два яруса. Автомобили крепятся штатными колодками. Крытый вагон для бумаги не имеет внутри кузова выступающих частей на стенах и крыше, оборудован устройствами для закрепления рулонов от продольного перемещения и наваливания их на двери. Крытый вагон для перевозки скота имеет вентиляционные отверстия в продольных стенах кузова или специальные люки. В таких вагонах обычно предусмотрены служебные помещения. Вагоны для перевозки скота оборудованы кормушками, корытами, системой водоснабжения и фуражными полками для кормления скота в дороге. Пол устраивается легко поддающимся очистке, не впитывающим влагу, имеет сливные отверстия. Крытый вагон для холоднокатаной стали снабжён кузовом с мощной несущей рамой, съёмными кожухами - крышами для защиты груза от атмосферных воздействий и внутренним оборудованием из подвижных и стационарных ложементов, стоек и упорных балок для крепления рулонов и пачек листовой стали. Крытый вагон для апатитового концентрата имеет шарнирно соединённый с рамой кузов, поднимающийся при наезде вагона на разгрузочную эстакаду с помощью катков, расположенных на боковых стенах. Пол образован четырьмя секциями, которые при подъёме кузова на разгрузочной эстакаде (на 650 мм) образуют двускатную плоскость с наклоном 50° к горизонту. Концентрат выгружается на обе стороны от железнодорожного пути на ходу поезда (состав движется через эстакаду со скоростью 5 - 10 километров в час). Рассмотрим устройство кузова универсального вагона модели 11-217 постройки Алтайского вагоностроительного завода. Объем кузова 120 м3. Его кузов оборудован двухстворчатыми раздвижными дверями 10 (рис. 4.7), загрузочными люками в крыше 43 и в боковых стенах 6. Уширенные дверные проемы позволяют ускорить процесс производства погрузо-разгрузочных работ, что способствует сокращению простоев вагона под грузовыми операциями и повышению его производительности. Крайние верхние загрузочные люки снабжены печными разделками 42 на случай установки печей отопления при перевозке людей в зимнее время. Рис. 4.7. Кузов четырехосного крытого вагона Рама кузова сварная, состоит из сквозной хребтовой балки 18, двух продольных боковых 4, двух шкворневых 16, двух концевых 26 поперечных балок. Между шкворневыми балками рамы расположены две поперечные основные (дверные) и семь промежуточных 14, а также продольные балки 15, предназначенные для поддержания настила пола. Под дверным проемом с каждой стороны имеются выдвижные откидывающиеся вниз подножки для обслуживающего персонала. В консольной части рамы размещены раскосы 17, а также продольные длинные 19 и короткие 20 балки. Раскосы 17 служат для передачи части продольных усилий от ударно-тяговых приборов на шкворневую балку и равномерного распределения продольной нагрузки на среднюю часть рамы кузова. В консольной части хребтовой балки 18 установлены задние упоры 22 автосцепки, объединенные между собой усиливающей надпятниковой коробкой шкворневого узла, а также передние упоры 24, объединенные с ударной розеткой 25 автосцепки, заглубленной внутрь рамы. Между задними и передними упорами на вертикальных стенках хребтовой балки установлены предохранительные планки 23. Боковые продольные балки 4 рамы в дверном проеме усилены балками 9. По концам рама оборудована подножками 2 и поручнями 1, размещенными с каждой стороны вагона. На концевых балках 26 установлены поручни 21 и рычаг 28 расцепного привода автосцепки. Все основные поперечные балки рамы - шкворневые 16, концевые 26 и дверные в средней части имеют большую высоту, чем в концевых частях, что приближает их к конструкции равного сопротивления изгибу и позволяет уменьшить массу; сверху на раму настлан пол 29 из досок, соединенных вчетверть и укрепленных по концам металлическим уголком 41. В зоне дверного проема настил пола покрыт металлическими листами, что предохраняет деревянные доски от повреждения при производстве погрузочно-разгрузочных работ. Боковые и торцовые стены кузова жестко связаны с рамой. Каркас боковой стены состоит из верхней обвязки 44, двух шкворневых 5, двух дверных 11 и шести промежуточных стоек 3. Нижней обвязкой стены служит продольная боковая балка 4 рамы. Каркас снаружи обшит гофрированной металлической 12 и изнутри деревянной 13 обшивками. В средней части боковой стены расположена двухстворчатая самоуплотняющаяся дверь, а по концам в верхней части имеются люки 6, оборудованные вентиляционными решетками. Створки двери раздвигаются в стороны и перемещаются с помощью роликов по дверному рельсу 7, расположенному в верхней части. Снизу дверь ограничивается порогом. Одна из створок двери оборудована обезгруживающим люком 8, снабженным специальным запором, объединенным с центральным запором дверей. Для облегчения открывания створок дверей при возможных заеданиях на кузове размещены специальные рейки 45, а на створках приварены скобы. С 1984 г. крытые вагоны самоуплотняющимися дверями не оборудуются, а у ранее построенных вагонов разгрузочные (обезгруживающие) люки дверей были заглушены (по указанию МПС). Торцовая стена посредством двух угловых 30 и двух промежуточных 27 стоек снизу приварена к концевой балке 26 рамы, а сверху верхней обвязкой 34 связана с фрамугой 35 крыши. Торцовая стена имеет наружную металлическую 31 и внутреннюю деревянную 32 обшивки и оборудована скобами 33, служащими для доступа обслуживающего персонала на крышу. Цельносварная крыша оборудована трапом 36 для доступа к загрузочным люкам 43. Крыша состоит из двух фрамуг 35 и набора дуг 40, продольных боковых обвязок и продольных подкрепляющих элементов, сверху покрытых гофрированной металлической обшивкой 38. Изнутри посредством уголков 39 и скоб болтами к дугам 40 крепится подшивной потолок 37 из влагостойкой фанеры. На рис. 4.8 приведена конструкция рамы крытого вагона в разрезе. Рама состоит из хребтовой балки 2, двух боковых 3, двух концевых 1, двух шкворневых 4, двух основных 7 и семи промежуточных 5 поперечных балок, четырех раскосов 10, шести продольных балок 6 для поддержания пола, одной балки для крепления тормозного цилиндра и двух подножек. Рис. 4.8. Рама крытого вагона Хребтовая балка 2 сварена из двух Z-образных профилей № 31. В концевых ее частях установлены задние упоры автосцепки, объединенные с надпятниковой отливкой шкворневого узла, а также розетки, отлитые заодно целое с передними упорами автосцепки. Боковые балки 3 выполнены из швеллеров № 20. В зоне дверного проема к балкам 3 приварены пороги из специальных Z-образных профилей. Концевые балки 1- сварные П-образного сечения и выполнены из листов толщиной 6 мм. В месте постановки розетки балка имеет нишу глубиной 180 мм, позволившую заглубить розетку и уменьшить вылет автосцепки с 610 до 430 мм. Такое решение позволило увеличить внутреннюю длину и повысить объем кузова без изменения размеров вагона по осям сцепления автосцепок. Для безопасной работы составителей поездов на концевой балке установлены поручни. Шкворневые балки 4 сварные коробчатого сечения. Каждая из них состоит из двух вертикальных толщиной 6 мм, верхнего (8 мм) и нижнего (10 мм) горизонтальных листов. В местах пересечения шкворневых балок с хребтовой установлены стальные надпятниковые коробки 11, связывающие вертикальные стенки хребтовой балки, а также усиливающие пятниковый узел рамы. К нижним листам шкворневых балок приклепаны пятники 12 и скользуны 13. Основные поперечные балки 7 сварные двутаврового сечения, выполненные из листов толщиной 6 мм. Для обеспечения равнопрочности конструкции рамы концевые, шкворневые и основные поперечные балки имеют переменную высоту по своей длине. Раскосы 10 рамы изготовлены из швеллера № 14, а поперечные 5 и продольные 6 вспомогательные балки для поддержания пола - из гнутых швеллеров 100x80x5 мм. Для передвижения вагонов лебедкой на каждом конце боковых балок рамы приварены специальные скобы. На раму настлан пол 9 из досок толщиной 55 мм, соединенных вчетверть. По периметру пол армирован уголком 8. В зоне дверного проема, где интенсивно работают автопогрузчики, деревянный настил пола покрыт металлическими листами толщиной 4 мм. С целью улучшения использования возрастающей грузоподъемности и повышения эффективности в эксплуатации объем кузова современных моделей крытого вагона увеличен до 140 м3, а в перспективе повысится до 165 м3. Вместо внутренней обшивки из древесных материалов в их кузовах на внутренней поверхности металлической обшивки применяют специальное полимерное покрытие. 4. Кузов и рама полувагона На примере вагона повышенной до 125 т грузоподъемности рассмотрим конструкцию кузова универсального 8-осного полувагона модели 12-124 (рис. 4.9) Уральского вагоностроительного завода. Он не имеет крыши, но снабжен разгрузочными люками в полу. По концам кузов оборудован двухстворчатыми открывающимися внутрь дверями. Рис. 4.9. Кузов 8-осного универсального полувагона Рама кузова имеет хребтовую балку 9, состоящую из двух сваренных между собой продольным швом Z-образных профилей, перекрытых в месте соединения двутавром. На двутаврах укреплены кронштейны 8 петель для шарнирного навешивания крышек разгрузочных люков 6. Люки в открытом положении располагаются на специальных упорах 11. В консольной части хребтовой балки установлены передние и задние упоры автосцепки. Передний упор отлит как одно целое с ударной розеткой 18. Шкворневые балки 10 замкнутого коробчатого сечения снизу имеют пятники и скользуны. Надпятниковые зоны опорных узлов усилены коробками, а над скользунами установлены усиливающие ребра. Сверху к балкам 15 рамы приварены пороги 17, ограничивающие открывание створок дверей наружу кузова. На торцовых поверхностях концевой балки укреплены рычаг расцепного привода 20 автосцепки и поручень составителя 16. Поперечные балки 13 рамы двутаврового сечения, верхние их полки имеют гофры, выступающие над уровнем пола, что предупреждает непосредственное опирание длинномерных грузов на крышки разгрузочных люков и предохраняет их от деформации. Подобные выступающие части имеют шкворневые балки 10. Крышки б люков гофрированные, снабжены специальными запорами 5, удерживающими их в горизонтальном положении. Крышки также оборудованы торсионными устройствами, облегчающими их подъем при закрывании. Для обеспечения плотного прижатия с помощью рычага крышек на нижней обвязке 7 имеются скобы 4. Боковые стены кузова имеют металлическую обшивку 30 с корытообразными выштамповками, подкрепленную каркасом, состоящим из верхней 31 и нижней 7 обвязок, а также угловых 14, шкворневых 3 и промежуточных 12 стоек. Шкворневые и промежуточные стойки замкнутого поперечного сечения сварены из П-образных профилей. Угловые стойки 14 (замкнутого поперечного сечения) сварены из двух Zобразных элементов, укрепленных к верхней обвязке накладками 27. Верхняя обвязка 31 между стойками усилена накладками 32. Обшивка 30 укреплена к каркасу точечной сваркой. Двухстворчатые двери шарнирно соединены с угловыми стойками кузова при помощи петель 26. Каждая створка двери состоит из металлической гофрированной обшивки 21, подкрепленной каркасом, состоящим из верхней 23 и нижней обвязок, а также вертикальных элементов 22 замкнутого поперечного сечения, сваренных из профилей. В закрытом положении дверь удерживается запорами - нижним 19 и верхним, состоящим из клина 24 и направляющих с упорами 25 для клина, приваренных соответственно к правой и левой створкам двери. В открытом положении двери располагаются вдоль боковых стен и удерживаются специальными поворачивающимися скобами 28, вставляемыми в отверстия 29 на верхних обвязках кузова. По концам кузов оборудован наружными 1 и внутренними лестницами, а также подножками 2 и поручнями, предназначенными для обслуживающего персонала. 5. Кузов и рама универсальной платформы Универсальные платформы имеют мощную стальную сварную раму с деревянным или дерево-металлическим настилом пола и металлическими откидными боковыми и торцевыми бортами. Настил пола платформы подкреплён дополнительными балками рамы. Торцевые борта в открытом положении служат переездными мостками для погрузки колёсной техники самоходом. На платформе допускается перевозка как распределённых, так и сосредоточенных в средней части грузов (45 тонн на платформе длиной 3 метра и 60 тонн на платформе длиной 4,3 метра). Специализированные платформы, не имеют бортов, а некоторые также настила пола. Они оборудуются приспособлениями для удобного крепления грузов при транспортировке и облегчения погрузочно-разгрузочных операций. К специализированным относятся платформы для перевозки большегрузных контейнеров, лесоматериалов, легковых автомобилей (в два яруса). Размеры пола для стандартной платформы: 2870х13300мм, площадь 36.8 м2. Полезная грузоподъемность: 60-75 тонн. Максимальная высота груза - 2600мм (высота вместе с платформой до 4м), при негабаритности - до 3900мм (до 5,3м). Кузов четырехосной платформы общего назначения (универсальной) (рис. 4.10) состоит из рамы, оборудованной восемью продольными боковыми 1 и двумя торцовыми 25 бортами. Рама сварная, снабжена мощной хребтовой балкой 10, состоящей из двух двутавров переменной высоты, уменьшающейся к консольным частям. Боковые продольные балки 11 - из двутавров, а шкворневые 12 - замкнутого поперечного сечения. В месте пересечения хребтовой 10 и шкворневых 12 установлены пятники 15, сверху которых имеются усиления надпятниковыми диафрагмами. В консольных частях хребтовой балки 10 укреплены задние 16 и передние 19 упорные кронштейны, объединенные ударной розеткой автосцепки 20, а также предохранительные планки 17, предназначенные для защиты от истирания вертикальных стенок двутавров. На нижнем листе шкворневых балок установлены скользуны 14, над которыми расположены усиливающие ребра 13. Рис. 4.10. Кузов универсальной платформы модели 13-4012 На концевых балках 21 укреплены кронштейны 22, служащие опорой для торцовых бортов 25 в открытом положении. При погрузке колесной техники самоходом с заездом вдоль платформы кронштейны 22 и торцовые борта 25 воспринимают значительную нагрузку. На концевой балке 21 укреплен рычаг 23 расцепного привода автосцепки. Основные поперечные балки 7 рамы — переменного по высоте, а промежуточные 8 постоянного двутаврового сечения. Верхняя плоскость поперечных балок 7, 8, 12 расположена ниже уровня пола на высоту вспомогательных продольных балок 6 и 9. Настил пола комбинированный: металлический 18 в средней части и деревянный 5 по бокам. Доски пола одним концом заводятся в П-образную балку 9, а другой их конец укреплен к продольным боковым балкам 11 гнутым специальным элементом 4. На боковых продольных балках рамы укреплены лесные скобы 2, а также кронштейны шарниров и упоры клиновых запоров 3 продольных бортов. Торцовые борта 25, имеющие меньшую высоту по сравнению с продольными, в вертикальном положении фиксируются клиновыми запорами 24. Отличительной особенностью рам большинства платформ является переменное сечение по высоте боковых продольных балок, имеющих наибольшую высоту в середине. К концевым поперечным балкам для опоры откидного торцевого борта приварены кронштейны. Хребтовая балка выполнена из двух двутавровых балок, связанных между собой ребрами жесткости. 6. Кузов цистерны Кузов вагона-цистерны представляет собой котёл цилиндрической формы, закрытый с боков эллиптическими днищами. Котлы цистерны имеют устройства для погрузки и разгрузки, вид которых зависит от перевозимого груза. Котлы специальных цистерн могут иметь тепло-изоляционное покрытие или оборудование для разогрева перевозимого продукта, а также приборы для контроля за его состоянием. В некоторых цистернах внутренняя полость котла разделяется на несколько секций. В цистернах, у которых котёл укладывается на раму, воспринимающую продольные нагрузки, возникающие в поезде, котёл в передаче этих нагрузок к другим вагонам поезда не участвует. У вагона-цистерны безрамной конструкции котёл является цельнонесущей конструкцией, воспринимает и передаёт продольные тяговые и ударные усилия, выполняя функции рамы. Для повышения прочности и жёсткости котлов вагоновцистерн большого диаметра и длины цилиндрическая обечайка котла подкрепляется кольцами - шпангоутами, которые могут быть установлены на наружной поверхности или внутри ёмкости. Объём котла цистерны колеблется в широких пределах от 15-20 м³ в первых вагонах-цистернах, строившихся в конце XIX века, до 120 м³ (8-осная цистерна для перевозки светлых нефтепродуктов) и выше. Одним из вариантов оснащения кузова восьмиосной цистерны безрамной конструкции (нет продольных боковых и хребтовой балок) показан на рис. 4.11. Его котел сварен посередине из двух цилиндрических обечаек 1 и двух эллиптических днищ 21, расположенных по концам. Котел снабжен двумя люками 26 и двумя универсальными сливными приборами 10, закрываемыми клапанами 9, привод которых расположен в люках 26. Для придания котлу повышенной жесткости и прочности он подкреплен шестью П-образными кольцевыми шпангоутами 2, приваренными к цилиндрической части посередине и над опорами. С целью обеспечения полного слива жидкого груза на нижней цилиндрической части в сторону к сливным приборам предусмотрены уклоны, образованные выштамповкой или постановкой специальных листов 22. Для доступа внутрь котла через люк 26 он имеет лестницу 23. Снаружи на котле установлены два предохранительных клапана 24, наружные лестницы 8, площадки 25 с ограждениями 27, предназначенные для обслуживающего персонала. По концам котел установлен на опорах, имеющих хребтовую балку 7 и шкворневую - 6, приваренную к опорному листу 5, укрепленному снизу к цилиндрической части 1. В зоне опоры нижний лист котла усилен накладками 4. Кроме того, котел приварен к хребтовым балкам 7 при помощи специальных лап, а на шкворневых балках закреплен посредством ребер 11. Рис. 4.11. Кузов восьмиосной цистерны безрамной конструкции В пересечении хребтовой балки 7 со шкворневой 6 установлен пятник 13, усиленный сверху надпятниковой коробкой 14, а к нижнему листу шкворневой балки приварены скользуны 12, ограничивающие боковую качку кузова во время движения цистерны и служащие дополнительной опорой при вписывании в кривые участки пути. В консольных частях хребтовой балки 7 размещены задние упоры 15 автосцепки, объединенные между собой, и передние упоры 17, объединенные ударной розеткой 18. На внутренних вертикальных стенках хребтовой балки между упорами установлены предохранительные планки 16. К концевым балкам 19 опор котла прикреплены рычаги 20 расцепного привода автосцепки. Концевые 19 и шкворневые 6 балки связаны боковыми элементами 3. 7. Думпкар Для обеспечения необходимой прочности пол кузова думпкара сделан многослойным, он состоит из уложенного на раму нижнего стального листа, амортизирующей прослойки и верхнего стального листа (пакета листов). Амортизирующей прослойкой обычно служат деревянные брусья толщиной 60 - 75 миллиметров. У большегрузных думпкаров для тяжёлых условий работы между верхним настильным листом и деревянными брусьями дополнительно укладывается усиливающий лист высокопрочной стали толщиной 30 - 45 мм. Нижняя рама думпкара имеет мощную хребтовую балку из двутавровых балок, усиленных листами, и оборудована автосцепками, тормозными приборами и другими устройствами. В отличие от других грузовых вагонов, думпкар имеет кузов, наклоняющийся при выгрузке груза, и борта, откидывающиеся при наклоне кузова. Наклон кузова обеспечивается пневматическими цилиндрами, шарнирно подвешенными на кронштейнах нижней рамы вагона. Сжатый воздух подаётся по трубопроводу от компрессора локомотива. Регулировка давления осуществляется дистанционной системой управления. В исходное положение после разгрузки кузов устанавливается под действием собственного веса или принудительно (посадочными пневмоцилиндрами). 8. Транспортеры Транспортеры предназначены для перевозки тяжеловесных грузов, перевозка которых на платформе невозможна ввиду превышения допускаемого момента изгиба рамы. По сути, платформенный транспортер - эта также платформа, но с усиленной рамой. Транспортеры платформенного типа бывают 4-, 6- и 8-осные грузоподъемностью 64, 92, 110, 120 тонн. Данные транспортеры используются для перевозки тяжеловесных грузов - техники, станков, оборудования, длинномерных грузов. Прямая площадка позволяет размещать даже длинные грузы достаточно просто, а крепление производится металлическими упорами, которые приваривают к накладному листу, закрепленному болтами на раме транспортера. Площадочные транспортёры (рис. 4.12) предназначены для перевозки грузов, габариты которых делают перевозку или более дорогой или невозможной по железной дороге. Поэтому такие транспортёры имеют пониженную погрузочную площадку благодаря изогнутой форме главной балки, что позволяет понизить индекс негабаритности груза и соответственно стоимость перевозки по железной дороге. Транспортеры площадочного типа бывают 4-, 8-, 16-осные грузоподъемностью 66, 100, 110, 120, 200, 220 тонн. Несмотря на существенный недостаток, - длина площадки ограничена, что порой не позволяет разместить длинные грузы, - площадочные транспортеры - одни из самых распространенных при перевозке по железной дороге негабаритных и тяжеловесных грузов. Рис. 4.12. Площадочный транспортер Транспортеры колодцевого типа (рис. 4.13) предназначены для перевозки грузов круглой или квадратной формы, высота которых не позволяет перевозить их на обычных платформах. Кузова транспортеров колодцеобразного типа имеют главную несущую балку, состоящую из двух боковых продольных элементов, между которыми в средней части расположен колодец, позволяющий разместить выступающую часть груза. Колодец позволяет существенно понизить индекс негабаритности груза. Транспортеры колодцевого типа бывают 4-, 6-, 8-осные грузоподъемностью 52, 61, 80, 110 тонн. Погрузка грузов в колодцевые транспортеры ограничена внутренним размером колодца. Рис. 4.13. Транспортер площадочного типа Транспортеры сцепного типа (рис. 4.14) используются для перевозки длинномерных грузов и представляют собой несколько транспортеров-сцепов, соединенных между собой. Транспортеры сцепного типа бывают 8-, 12-, 16-, 24- и 32осные грузоподъемностью 120, 240, 340, 480 тонн. Каждый сцеп имеет сменные опорытурникеты, служащие для укладки груза. При полном использовании 32-осного транспортера для перевозки груза массой до 480 т сменные опоры снимают и закрепляют в специально предусмотренных местах на надтележечных балках транспортера. В этом случае груз располагают на стационарных опорах, установленных посередине несущих балок. Опоры могут поворачиваться относительно вертикальной оси, а одна из них, кроме того, поступательно перемещаться вдоль продольной оси транспортера. Такая подвижность опор обеспечивает свободное прохождение транспортера с грузом кривых участков пути радиусом до 150 м. Рис. 4.14. Транспортер сцепного типа Транспортеры сочлененного типа (рис. 4.15) предназначены для перевозки сверхнегабаритных грузов: мощных силовых трансформаторов и статоров крупных электрогенераторов, а также других крупногабаритных и тяжеловесных грузов, но с использованием специальных вспомогательных приспособлений. Транспортер имеет две консоли, опирающиеся через систему балок на ходовые части. Перевозимый груз подвешивается между консолями транспортера и соединяется с ними валиками. Под действием собственного веса груз защемляется между верхними частями консолей и участвует в работе конструкции транспортера как несущий элемент. Грузоподъемность 16-, 20-, 28- и 32-осного транспортеров равна соответственно 220, 300, 400 и 500 т. Рис. 4.15. Транспортер сочлененного типа 9. Неисправности рам и кузовов вагонов Неисправности и повреждения рамы. Наиболее распространенными неисправностями рам грузовых вагонов является образование в них различных трещин и надрывов. Трещины обычно встречаются в местах соединения ударной розетки и концевой балки, на хребтовой балке в местах расположения передних и задних упоров автосцепного устройства и между ними, в сварных швах, соединяющих шкворневую и хребтовую балки. Трещины в промежуточных поперечных балках встречаются редко и в основном в полувагонах. Признаком наличия трещин в элементах рам вагонов, как и в других узлах и деталях, является скопление в местах их образования валиков пыли, ржавчины, зимой инея. Образованию трещин и изломов в хребтовой балке часто предшествует вертикальный её прогиб, который допускается не более 100 мм и измеряется с помощью линейки и шнура, который натягивается между пятниками вагона. Об обрыве шкворневой балки в месте соединения её с хребтовой балкой может свидетельствовать отсутствие зазора в скользунах соответствующих концов шкворневой балки. Обрыв угловой стойки полувагона в соединении с нижней боковой обвязкой кузова является признаком возможного излома хребтовой балки в месте её сочленения с концевой балкой, а обрыв шкворневой стойки в месте соединения с нижней обвязкой является признаком возможного излома хребтовой балки в зоне пятника или нарушения сварочного соединения ее со шкворневой балкой. На обрыв хребтовой балки может указывать также обрыв любой промежуточной стойки или раскоса кузова в месте соединения с нижней обвязкой. Обрыв одного из раскосов в средней части является, как правило, следствием прогиба хребтовой балки сверх допустимой величины. Крытые вагоны имеют такие же признаки излома и повышенного прогиба хребтовой балки, как и полувагоны. В вагонах хопперах о возможном изломе хребтовой балки в консольной части свидетельствует обрыв угловой или шкворневой стойки кузова в месте соединения их с верхней обвязкой. Запрещается постановка в поезда и следование в них вагонов с неисправностями кузовов: • Обрыв сварного шва соединения стойки с обвязкой или балкой рамы, обрыв раскоса. • Повреждение крыши, обшивки, пола, потолочных или боковых люков, если груз может быть испорчен вследствие падения влаги, выпасть на путь или быть похищенным, неисправность кровли, создающая опасность отрыва ее листов. • Отсутствие двери или дверного упора. Повреждения крепления, изгиб дверных рельсов повреждения направляющих, угрожающих падением двери на путь; • Перекос кузова боле 75 мм; • Зазор между шкворневой балкой и боковой рамой тележки у груженых цистерн менее 30 мм. • Уширение кузова вагона более 75 мм на одну сторону. • Отсутствие крышки люка или створки двери у полувагона. Обрыв хотя бы одного шарнирного соединения в крышке люка, неисправность запора крышки люка или торцевых дверей, которая может вызвать самопроизвольное открывание или падение; • Излом верхней обвязки полувагона; • Повреждение бортов, досок и металлического настила пола, петель и запоров у платформы, которые могут вызвать падение бортов, груза или выход их за габарит. • Специализированные платформы, груженные крупнотоннажными контейнерами, у которых в узлах крепления контейнера хотя бы один фитинговый упор отсутствует либо не фиксируется в вертикальном рабочем положении, погнут, имеет трещину; • Трещина в котлах цистерн, которые вызывают течь груза, продольные и поперечные трещины в опорных листах и местах из приварки к котлам безрамных цистерн длиной более 300 мм; • Неисправность сливных приборов у цистерн, приводящие к портере груза, отсутствие запорных крышек сливных приборов; • Открытие крыши сливных приборов, крыши колпаков и откидных колпаков специальных цистерн; • Отсутствие, ослабление или обрыв пояса котла цистерн, сдвиг котла. • Неисправности и повреждения, нарушающие прочность крепления поручней, подножек и переходных площадок; • Открытые загрузочные люки, не зафиксированные специальным фиксатором штурвалы привода механизма разгрузки у вагонов для перевозки цемента, трещины в сварных соединениях кронштейнов крепления привода механизма разгрузки, обрыв крепления крышки загрузочного люка вагона - хоппера для зерна; • Трещины и пробоины кузовов, неисправность механизмов разгрузки, приводящие к потере груза, у вагонов для перевозки минеральных удобрений, окатышей и агломерата; • Открытые переездные площадки у платформ для перевозки автомобилей. В вагонах-думпкарах, кроме указанных неисправностей, не допускаются: • Повреждение механизма открывания бортов, механизма блокировки, отогнутый или не совпадающий с опорой более 15 мм; • Отсутствия противовеса валика или шплинта в рычагах механизма открывания бортов или валика опоры кузова; • Ослабление болтов крепления корпуса амортизатора; • Излом ушка разгружающего цилиндра, обрыв упоров от перемещения кузова. 10. Основные направления совершенствования конструкции рам и кузовов вагонов 1. Понижение центра тяжести вагона, что улучшит его устойчивость в порожнем режиме и позволит создать дополнительные объемы для перевозки сыпучих грузов. 2. При разработке конструкции кузова вагона необходимо выполнение требований быстроты и удобства выгрузки и погрузки, исключающими применение ручного труда, а также сохранности грузов при транспортировке. 3. Расширение эксплуатации безрамных цистерн на отечественных железных дорогах. Ее преимущества состоят в существенном понижении центра тяжести, наиболее полном использовании пространства между тележками за счет возможного увеличения диаметра котла в среднем сечении, что позволит сохранить длину вагона по осям сцепления при увеличенном объеме котла и использовать существующие устройства по наливу и сливу без их модернизации. 4. Главным направлением совершенствования крытых вагонов предусмотрено максимальное удовлетворение требований грузоотправителей в части удобства погрузки-выгрузки, крепления и сохранности перевозимых грузов. 5. Увеличение объема кузова, усиление устройства пола наборными металлическими секциями, оборудование внутреннего помещения подвижными съемными перегородками. 6. Разработка новой конструкции дверей с устройствами, предотвращающими навал груза. 7. Улучшение теплоизоляция кузова 8. Обеспечение возможности установки усовершенствованного оборудования для перевозки людей. 9. Основным направлением совершенствования универсальных платформ является согласование их размеров и технических характеристик с требованиями на перевозку новой номенклатуры грузов. 10. Повышение прочности пола за счет применения наборных металлических секций с усиленным покрытием. 11. В связи с исключением перевозки сыпучих грузов на платформах они будут выпускаться безбортными. 12. Платформы для перевозки контейнеров, предназначенные для эксплуатации в пассажирских и грузобагажных поездах, по ходовым качествам и воздействию на путь не должны отличаться от пассажирских вагонов. Предусмотрено оборудование их пневматическими тормозами с грузовым и пассажирским режимами. 13. Разработка и введение в эксплуатацию скоростной платформы для перевозки контейнеров, предназначенная для эксплуатации в ускоренных грузовых поездах. Оборудование всех платформ поглощающими аппаратами повышенной энергоемкости. 14. Повышение осевой нагрузки вагонов-хопперов, что обеспечивает значительное сокращение расходов и трудозатрат за счет улучшенных технических параметров новой конструкции. При этом время выгрузки за счет усовершенствованной конструкции разгрузочных люков сократится на 20 - 25 %. Универсальность их конструкций повышается за счет возможности промывки кузова, что позволит использовать этот подвижной состав для перевозки более широкой номенклатуры сыпучих грузов. 15. Главное требование к кузову вагона минераловоза - повышенные антикоррозионные свойства. Этим требованиям в полной мере отвечает нержавеющая сталь. В случае применения углеродистых сталей должно быть использовано специальное защитное покрытие, обеспечивающее безремонтный пробег до планового ремонта. Контрольные вопросы 1. Укажите назначение кузова вагона. 2. Поясните назначение рамы вагона. 3. Постройте блок-схему и кинематическую схему передачи нагрузок от вагона на путь (ходовая часть – укрупнено). 4. Назовите основные элементы рамы вагона. Какая балка рамы испытывает наибольшие нагрузки? 5. Поясните назначение хребтовой балки. Какого сечения она выполняется? 6. Для какой цели служат продольные боковые балки? Какого сечения их выполняют? 7. Назовите основные несущие поперечные балки рамы. 8. Поясните назначение концевых балок, укажите особенности их конструкции. 9. Поясните назначение и конструкцию шкворневых балок. Каким образом увеличивается их прочность в месте соединения с ходовыми частями? 10. Поясните назначение промежуточных поперечных балок. Чем определяется их количество в раме вагона? 11. Поясните, как классифицируются основные элементы конструкции по функциональности (несущей способности). 12. Какие типы несущих конструкций и рамы вы знаете? Для каких типов вагонов они характерны? 13. С какой целью поперечные балки выполняются различного сечения? 14. Изучите лекционный материал и учебную литературу и самостоятельно оформите сводную таблицу (табл. 4.1) 15. Назовите основные типы транспортеров, поясните особенности их конструкции и применения. 16. Назовите основные неисправности кузовов и рам вагонов. 17. Укажите основные требования ПТЭ железных дорог к кузовам и рамам вагонов. 18. Назовите основные направления совершенствования конструкции кузовов и рам вагонов различных типов (моделей). Таблица 4.1 № Тип вагона Модель Несущие Рама вагона п.п. ХребтоПоперечная Шкворневая Продольная вагона элементы вая балка балка балка балка 1 Пасс. 2 3 Крытый груз. Полувагон 4 Платформа 5 Цистерна Основные особенности кузова Примечание. Необходимо указать наличие, количество балок рамы; особенности их конструкции.