Оценка возможности и эффективности повышения осевых нагрузок грузовых вагонов

01.03.2017
«Техника железных дорог»

 

Производительность вагона напрямую связана с грузоподъемностью, которая зависит в первую очередь от допустимой осевой нагрузки. В связи с этим выбор максимально допустимой осевой нагрузки - важнейший фактор, определяющий технико-экономические характеристики проек­тируемых вагонов. Вопрос о ее величине обсуждается многие десятилетия. Известен положи­тельный зарубежный опыт тяжеловесного движения с вагонами, имеющими осевые нагрузки, превышающие 35 тс. В ряде публикаций авторов данной статьи на базе теоретических расчетов доказывалась техническая возможность и экономическая целесообразность повышения осевых нагрузок. С другой стороны, многие ученые и специалисты в России считают, что повы­шение осевых нагрузок свыше 25 тс вызовет существенное увеличение расходов на содержание пути, которое превышает доходы от улучшения технико-экономических параметров вагонов. В подтверждение своих доводов они приводят результаты отрицательного опыта увеличения осе­вой нагрузки до 25 тс на тележках 18-100 в 80-х годах или результаты испытаний перегруженных вагонов на нагрузку, превышающую расчетную.

 

Сравнение вагонов с осевой нагрузкой 25 тс

 

К настоящему времени разработан и ис­пытан ряд грузовых вагонов, специально спроектированных под осевую нагрузку 25 тс, которые устанавливают на тележ­ки моделей 18-194-1 (АО «НПК «Уралва­гонзавод»); 18-9855 (АО «ТВСЗ»); 18-9800 (АО «ВНИКТИ»), В данной статье приво­дятся некоторые результаты испытаний вагонов производства АО «Тихвинский вагоностроительный завод» (АО «ТВСЗ»).

 

В качестве ходовых частей вагонов АО «ТВСЗ» используется тележка 18-9855, которая имеет существенные отличия от тележки самой массовой модели 18-100 с осевой нагрузкой 23,5 тс. Новые тех­нические решения, заложенные в тележ­ке 18-9855 (боковые упругие скользуны постоянного контакта, колесные пары повышенной твердости с криволиней­ным диском, кассетный конический подшипник с опиранием боковой рамы через адаптер, износостойкая полимер­ная прокладка в пятниковом узле), обес­печивают снижение динамических сил на путь и отсутствие их роста по мере износа фрикционных гасителей в процессе экс­плуатации.

 

Для подтверждения обеспечения тележкой модели 18-9855 с осевой нагруз­кой 25 тс безопасности движения в соста­ве вагонов различных типов и в составе поездов, а также заявленных эксплуата­ционных показателей тележки проведе­ны экспериментальные исследования, к которым привлечены ведущие испыта­тельные центры России (АО «ВНИКТИ», АО «ВНИИЖТ», ООО «ИЦ ВЭИП», АО «ИЦ ТСЖТ», ООО «ТИЦ ЖТ», ООО «ИЦПС», ФГУП «НИИ мостов», ИЦ АО «НВЦ «Вагоны»), Испытаны все основные типы вагонов: полувагоны, вагоны-цистерны, вагоны-платформы, крытые вагоны и вагоны-хопперы. В рам­ках работ по оценке воздействия на путь вагонов с осевой нагрузкой 25 тс были проведены сравнительные испытания полувагонов на тележках 18-9855 в но­вом состоянии и с пробегом 300 тыс. км от постройки без ремонта и обточки ко­лесных пар. В результате испытаний по полученным показателям воздействия на путь было доказано, что вагоны с уве­личенной осевой нагрузкой оказывают меньшее воздействие на путь, чем вагоны на тележках 18-100. Это было достигнуто за счет снижения вертикальной динами­ческой добавки обрессоренных частей и боковой качки вагона. В итоге разработ­чики конструкции добились снижения суммарной вертикальной динамической силы, действующей на путь, у тележки 18-9855 по сравнению с тележкой 18-100, а также снижения и боковой силы.

 

Отделом испытаний мостов и конструк­ций ФГУП «НИИ мостов» для оценки воз­действия вагонов с осевой нагрузкой 25 тс на путь были проведены исследования про­летных строений, которые показали, что динамическое воздействие на мостовые конструкции вагонов на тележках модели 18-9855 меньше, чем вагонов на тележках 18- 100. Это объясняется тем, что в тележке 18- 9855 применены колесные пары с твердыми колесами и S-образным диском. На твердых колесах при их применении в паре с компо­зиционной тормозной колодкой с чугунной вставкой образуется меньше выщербин и дефектов на поверхности катания, а S-об­разный диск снижает ударные нагрузки на искусственные сооружения.

 

Суммируя сказанное выше, можно сделать вывод, что вагоны повышенной грузоподъемности до 75-77 т на тележ­ках 18-9855 с увеличенной до 25 тс ста­тической осевой нагрузкой не оказывают повышенного воздействия на путь и ис­кусственные сооружения (мосты) в новом и изношенном состоянии, а также в соста­ве поездов повышенной массы.

 

Возможности увеличения статической осевой нагрузки

 

Для определения возможности даль­нейшего увеличения грузоподъемности вагонов были рассмотрены критерии допу­стимого воздействия на инфраструктуру согласно нормативным документам.

 

Допускаемая погонная нагрузка для железнодорожных путей общего пользо­вания составляет 10,5 т/м. Эксплуатируе­мые сейчас цистерны с осевой нагрузкой 23,5 тс имеют погонную нагрузку порядка 8 т/м. Если полувагоны и хопперы с осевой нагрузкой 27 тс будут иметь такую же дли­ну, как типовые конструкции, то погонная нагрузка перспективных вагонов с осевой нагрузкой 27 тс не превысит 7,7 т/м, что меньше погонной нагрузки цистерн экс­плуатационного парка. Таким образом, по погонной нагрузке для полувагонов и хоп­перов ограничений нет.

 

При повышении осевых нагрузок необ­ходимо снизить динамическую нагрузку на рельсы. На кафедре «Вагоны и вагонное хозяйство» ПГУПС проведена исследова­тельская работа и определены величины необходимого статического прогиба рес­сорного подвешивания в зависимости от осевой нагрузки при различных скоростях движения и для разных баз тележки. В результате показано, что в диапазоне скоростей движения до 90 км/ч увеличение прогиба рессорного подвешивания до 90 мм может позволить иметь осевую нагрузку даже 28 тс, а при увеличении базы тележки до двух мет­ров - 29 тс.

 

Опираясь на проведенные исследо­вания, ООО «ВНИЦТТ» разработало, а АО «ТВСЗ» изготовило тележку мо­дели 18-6863 для осевой нагрузки 27 тс. Для обеспечения непревышения динамической погонной нагрузки ваго­нов с осевой нагрузкой 27 тс конструкто­рам пришлось существенно переработать типовую конструкцию тележки. В новой тележке модели 18-6863 использовано в 1,5 раза более мягкое рессорное подвеши­вание, что позволило снизить вертикаль­ную динамику. Расчетный статический прогиб груженого вагона составляет 70 мм, что на 20 мм больше, чем у типовых тележек.

 

В настоящее время разработаны и про­ходят сертификацию несколько моделей полувагонов с осевой нагрузкой 27 тс на тележке 18-6863 . Полувагоны име­ют улучшенные технико-экономические характеристики. На скоростном испытательном полигоне АО «ВНИИЖТ» проводится комплекс ходовых испыта­ний и испытаний по воздействию на путь. Планируется, что в начале 2017 года эти вагоны будут проходить эксплуатацион­ные испытания на замкнутом маршруте.

 

Развитие железнодорожной инфра­структуры ОАО «РЖД» и технологии организации перевозочного процесса ориентированы на организацию движе­ния поездов унифицированной длиной в 71 условный вагон. В этом случае вес поезда составит 7 700 т. Значительные преимущества от курсирования вагонов можно получить и на участках с полезной длиной приемоотправочных путей в 56 условных вагонов. Масса поезда на таких участках может быть повышена до 6 050 т без увеличения длины поезда, без дополнительных ограничений на пропуск по та­ким участкам.

 

По нашему мнению, применение по­лувагонов с повышенной нагрузкой на ось является важным направлением эко­номии затрат ОАО «РЖД» и получения дополнительных доходов собственника вагонов. Для решения этой задачи необ­ходим комплексный подход, связанный как с улучшением ходовых качеств ваго­нов, так и завершением подготовки пути и искусственных сооружений к обращению грузовых поездов с осевыми нагрузками 27 тс.

 

Полученные выводы

 

Инновационные вагоны на современ­ных тележках 18-9855 (Barber S-2-R) с осе­вой нагрузкой 25 тс оказывают меньшее воздействие на путь, чем вагоны старых типов на тележках 18-100. По результатам испытаний:

  • вертикальная сила от колеса на рельсы у вагонов на тележках 18-9855 не пре­вышала 163,8 кН, в то время как у ва­гона на тележках 18-100 она достигала 167,3 кН (+2%);
  • боковая сила у вагонов на тележках 18-9855 не превысила 70кН, в то время как у вагона на тележках 18-100 соста­вила 80 кН (+12,5%).

 

Создание инновационных вагонов с осевой нагрузкой 27 тс требует увели­чения статического прогиба рессорного подвешивания тележек до 70-90 мм и до­пустимой разницы высот автосцепок до 140 мм у порожнего и груженого вагонов. Созданные на АО «ТВСЗ» новая тележка и автосцепка в определенной мере отвеча­ют этим требованиям. Следует ожидать, что проводимые испытания позволят под­твердить возможность эффективной экс­плуатации вагонов грузоподъемностью более 83 т.

 

Ю. П. Бороненко, д.т.н., проф., зав. кафедрой «Вагоны и вагонное хозяйство» ФГБОУ ВО ПГУПС

А.В.Третьяков, д.т.н., проф. кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство» ФГБОУ ВО ПГУПС

М. В. Зимакова, к.т.н., начальник отдела ходовых испытаний АО «НВЦ «Вагоны»

Новости отрасли


АРХИВ >>



Публикации ВНИЦТТ

26.09.2017
«Гудок»

14.10.2016
«Вагоны и вагонное хозяйство (III квартал 2016 года)»


АРХИВ >>