Четырехосные вагоны и вагоны других конструкций повышенной грузоподъемности

Железная дорога - Как устроена ЖД

При одинаковых нагрузках от колесной пары на рельсы четырехосные вагоны обладали меньшим коэффициентом тары, поскольку масса некоторых частей оставалась такой же, как у двухосных, или возрастала в меньшей степени, чем грузоподъемность. Естественно, что длина состава, сформированного из четырехосных вагонов, при неизменной массе его 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 позволяло сократить расход топлива паровозами на единицу работы, повысить массу или скорость движения поезда.
В то время нередко происходили обрывы сцепных приборов в движущемся поезде. Так, при испытании паровозов на линии Долинская — Николаев в 1916 г. поезд массой 4100 т, составленный из двухосных нормальных 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 вагонов с одной дороги на другую, сократить число дверей и люков, что тоже было немаловажно, так как они требовали время для их уплотнения и пломбирования, сократить число тормозильщиков, сопровождавших составы для приведения в действие ручных тормозов.
Все описанные выше достоинства четырехосных вагонов диктовали насущную необходимость и целесообразность их создания. Был даже объявлен конкурс на лучшую конструкцию таких вагонов. Превосходство четырехосных вагонов предопределило их создание и применение на отечественных железных дорогах. Конструкторы целеустремленно трудились над их усовершенствованием.
В 1895—1909 гг. были спроектированы и построены четырехосные вагоны (цистерны, изотермические, полувагоны, платформы, крытые) 13 конструкций, причем больше всего было выпущено полувагонов. А началось все с постройки цистерн. Первую четырехосную цистерну грузоподъемностью 25 т создали в 1895 г. Ее котел имел внутренний диаметр 1800 мм, длину 11 200мм и объем 29 ма, что почти соответствовало вместимости двух нормальных цистерн. Общая длина такого вагона составляла 12690 мм, т. е. на 2578 мм меньше длины двух нормальных цистерн. Повышенная погонная нагрузка позволяла формировать поезда увеличенной массы без удлинения станционных путей. Четырехосная цистерна обладала меньшей тарой (13,6 т у нетормозной и 15,2 т у тормозной) по сравнению с тарой двух нормальных цистерн (в среднем на 1,4 т).
Котел крепился на раме с помощью деревянных лежней. Рама имела боковые балки из прокатных швеллеров, подкрепленные шпренгелями. Она опиралась на две двухосные тележки с балансирами и цилиндрическими пружинами в рессорном подвешивании. Цистерны, принадлежавшие Владикавказской дороге, имели колеса уменьшенного диаметра (850 мм), а цистерны Московско-Казанской дороги — обычного для всех вагонов диаметра (1050 мм). В 1898 г. было начато строительство четырехосных цистерн грузоподъемностью 33т. Такие вагоны имели подкрепленные шпренгелями хребтовые балки из двух швеллеров каждая.
Хребтовая балка, позволявшая удобно оборудовать вагон автосцепкой, являлась основным элементом рамы, воспринимавшим и передававшим продольные динамические силы, которые достигали больших значений в движущемся поезде и при маневровых соударениях вагонов. Она особенно целесообразна для цистерн. Усиление ее шпренгелями малоэффективно, так как шпренгели помогают восприятию вертикальных, а не продольных сил. Средняя часть хребтовой балки цистерны незначительно загружена вертикальными силами. Над тележками размещали крайние стальные опоры котла цилиндрической формы. Двухосные тележки — сборной поясной конструкции, подобно американской тележке типа Даймонд. Котел был оборудован двумя колпаками, что ускоряло налив и улучшало условия работы обслуживающего персонала, занятого очисткой внутренней поверхности. Внутренний диаметр котла составлял 2000 мм, его длина — 12 087 мм, объем — 38 м3. Тара нетормозной цистерны 14,7 т, а тормозной — на 1 т больше. Цистерна была оборудована нижним сливным прибором и использовалась для перевозки темных нефтепродуктов и керосина. Широкого распространения этот тип вагона не получил.
Для нефтеперегонных заводов Галиции (Австро-Венгрия) в России строили трехосные цистерны грузоподъемностью 20—25 т, несколько сотен которых эксплуатировалось также на железных дорогах нашей страны.
На Усть-Катавском заводе в 1900— 1902 гг. было построено большое количество четырехосных полувагонов 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 усиливали шпренгелями. В каждой из боковых деревянных стен кузова имелось по две двери, тележки вагонов такие же, как и в цистернах грузоподъемностью 33 т. Высота стен кузова составляла 1200 мм, его объем — 36 м3. Грузоподъемность вагона равнялась 30т, тара-— 12т.
Начиная с 1906 г. 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 (рациональное инженерное решение!). 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 применяли цилиндрические пружины. Объем кузова составлял 50 м3. Грузоподъемность вагона первоначально равнялась 37,5 т, а в 1915 г. в связи с острой нехваткой вагонов для перевозки угля она была повышена до 50 т без усиления каких-либо частей вагона. При этом коэффициент тары снизился с 0,43 до 0,33 и был значительно меньше, чем у двухосных полувагонов.
В 1906 г. было построено небольшое количество трехосных полувагонов грузоподъемностью 25 т с коэффициентом тары 0,36. Они имели небольшую погонную нагрузку, уступая тем самым четырехосным полувагонам.
Первая четырехосная платформа длиной 12,9 м была построена Мытищинским вагоностроительным заводом в 1898 г.
Четырехосные платформы грузоподъемностью 33 т начали строить с 1903г. Продольные балки длиной 12,9 м были изготовлены из прокатных швеллеров и усилены шпренгелями. Платформа имела откидные борта, тормозную будку и ударно-тяговые приборы, подобные одноименным частям двухосной платформы нормального типа. Тележки — типа Даймонд. Тара платформы составляла 14,5т.
Большую длину (14-—16 м) имели платформы (без бортов), строившиеся в последующие годы. Их хребтовые балки с шпренгельным усилением, боковые балки изготовлены были без шпренгелей. Длинномерные грузы, для которых предназначались эти платформы, опирались на поперечные балки. Четырехосные платформы широкого распространения в дореволюционное время не получили.
На Мытищинском заводе в 1898 г. был построен четырехосный тележечный крытый вагон грузоподъемностью 33,5 т.
В 1905 г. для внутреннего сообщения на Московско-Казанской дороге создали вагон грузоподъемностью 30 т, что в два раза превышало грузоподъемность двух крытых вагонов нормального типа. Для уменьшения тары вагон строили без тележек, с двумя парами свободно устанавливающихся осей, т. е. колесных пар, способных занимать радиальное положение в кривых участках пути и тем самым уменьшать сопротивление движению. Эта оригинальная конструкция имела и недостатки: интенсивный износ буксовых направляющих и соприкасающихся с ними корпусов букс, требующий частого ремонта для восстановления изношенных частей.
Объем кузова составлял 65,6 м3, ширина и высота — такие же, как у кузова нормального вагона, а длина равнялась 11 640 мм, т. е. была меньше, чем у двух вагонов нормального типа. У тормозных четырехосных вагонов тара была 14,6 т, у нетормозных — 13,6 т.
Значительное количество крытых четырехосных вагонов на тележках было построено в 1906 г. для Юго-Западных и Екатерининской дорог. Стальные боковые балки рамы кузова имели форму бруса равного сопротивления изгибу, без шпренгелей. Стальными были также и стойки кузова. В каждой боковой стене имелось две задвижных двери и четыре люка. Грузоподъемность вагона составляла 37,5 т, тара тормозного вагона — 19,3 т, нетормозного — 17,8 т.
В 1908 г. были построены четырехосные крытые вагоны с хребтовыми балками в раме кузова. Так как эти балки воспринимали большую часть продольной нагрузки, нижние обвязки боковых стен выполнены облегченными. Грузоподъемность вагона составляла 37,5 т, впоследствии она была повышена до 50 т.
Мытищинский завод в 1904 г. строил трехосные крытые вагоны, небольшое число которых (грузоподъемностью 25 т) было изготовлено для Екатерининской дороги. Длина рамы кузова такого вагона составляла 11 780мм, база (расстояние между центрами крайних колесных пар) — 7000 мм. Вагоны проявляли склонность к сходу с рельсов, когда разгружались крайние колесные пары, поэтому их постройка была прекращена.
Первый четырехосный изотермический вагон был построен в 1900 г. на Мытищинском заводе для быв. Московско-Казанской дороги. Четырехосный изотермический вагон грузоподъемностью 17 т и с тарой 22,5 т, созданный в 1902 г., охлаждался льдом, загружаемым сверху в четыре холодильных кармана. Для лучшей изоляции крыша устраивалась двойной. По сравнению с двумя двухосными четырехосный изотермический вагон имел меньшую поверхность охлаждения. Кроме того, облегчились операции по загрузке его льдом.
В 1911 г. был построен изотермический вагон, кузов которого опирался одним концом на двухосную тележку, а другим — на одну колесную пару. Грузоподъемность такого вагона равнялась 16,5 т, тара — 26 т.
Первый изотермический вагон с механическим охлаждением системы Силича был построен в 1910 г. Внутри вагона находились отделение для обслуживающего персонала, холодильная установка и камеры для перевозимого груза, в которых могла поддерживаться необходимая температура. Грузоподъемность его составляла 11 т, тара — 47 т, что создавало нагрузку от оси колесной пары на рельсы 14,5 кН. Тележки он имел такие же, как у багажных вагонов, что позволяло использовать его в пассажирских поездах. Были созданы и другие конструкции вагонов с механическим охлаждением, однако из-за сложности устройства и обслуживания широкого распространения они в то время не получили: сказывалась слабость промышленности, выпускавшей холодильные агрегаты.
С начала первой мировой войны резко возросли потребности в железнодорожных перевозках. Однако вагоностроительная промышленность России, занятая военными заказами, не могла их удовлетворить. Министерство путей сообщения вынуждено было заказать в США и Канаде 20 000 грузовых вагонов (преимущественно четырехосных). В конце 1915 г. эти вагоны в разобранном виде начали поступать морским путем во Владивосток, где для их сборки были организованы временные мастерские.
На железные дороги России поступили крытые двухосные и четырехосные вагоны, а также четырехосные полувагоны с деревянной и металлической обшивкой кузова. Грузоподъемность крытого двухосного вагона, известного под названием вагона канадского типа, составляла 20 т. Упряжь была несквозной (разрезной), стойки кузова — стальные.
Крытый четырехосный вагон имел стальной каркас кузова в виде фермы, способный воспринимать основные нагрузки вагона. При этом отпадала надобность в мощных боковых балках рамы кузова. Он опирался на тележки типа Даймонд с чугунными колесами, поверхность катания которых была термически обработана (отбелена).
С каждой стороны вагона находилась задвижная дверь, люков не было. Объем кузова — 80 м3. Вагоны были оборудованы автоматическим тормозом. Часть вагонов имела и ручные тормоза с приводом от вертикального вала с храповиком, штурвал которого располагался в плоскости крыши. Для прохода кондуктора во всю длину крыши имелся помост с лестницей, идущей от буферного бруса. Проход по такому помосту нередко приводил к несчастным случаям, и поэтому вскоре он был упразднен. Грузоподъемность вагона равнялась 40 т, а впоследствии была увеличена до 50 т. Тара составляла 20,6 т, наибольшая статическая нагрузка от колесной пары на рельсы — 152 кН (15,2 тс).
Четырехосный полувагон со стальными 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—21,5т. Ручные тормоза были выносными, без площадок для кондуктора.
Сравнивая характеристики вагонов, можно убедиться в преимуществах четырехосных вагонов, однако в дореволюционное время они составляли очень малую часть парка грузовых вагонов.