Найбільш важливими параметрами, котрі характеризують ефективність вантажних вагонів, є вантажо-підйомність, маса тари, осності (число осей), обсяг кузова, площа підлоги (для платформи) і лінійні розміри. Це так звані абсолютні параметри. Для порівняння вагонів різних типів і конструкцій використовуються співвідношення цих параметрів - відносні параметри. До них відносяться коефіцієнти тари, питомий об'єм кузова, питома площа статі, осьова і погонне навантаження.
Параметрами пасажирських вагонів є тип планування (визначається призначенням вагона), осності, населеність, маса тари, маса екіпіровки (вода, вугілля, обладнання, що знімається), лінійні розміри і максимальна швидкість руху. Для пасажирських вагонів визначають також масу тари, що припадає на одне місце для пасажира, масу тари на одиницю довжини або площі горизонтальної проекції вагона, осьову навантаження і ін.
- Вантажопідйомність Р - це найбільша маса вантажу, що допускається до перевезення у вагоні. Вантажопідйомність визначає провізну спроможність залізниць. Тому прагнуть створювати вагони з максимально можливою вантажопідйомністю, збільшуючи габаритні розміри, підвищуючи осьову і погонну навантаження. Для істотного підвищення вантажопідйомності збільшують число осей у вагоні. Чотиривісні вантажні вагони будуються грузопод'емностью68-71 т, а восьмивісні - 120-132 т.
- Осьова навантаження - навантаження від колісної пари на рейки. Допустима осьова навантаження визначається конструкцією і міцністю верхньої будови колії та швидкістю руху поїздів. В даний час вона обмежена величиною 230 кН (23,5 тс) для вантажних вагонів і 177 кН (18 тс) - для пасажирських. Ставиться питання про подальше підвищення допустимої осьової навантаження для вантажних вагонів до 245 кН (25 тс) і більш, що пов'язано з необхідністю збільшення потужності шляху по всій мережі залізниць.
- Погонна навантаження - навантаження від вагона на 1 м шляху. Допустима погонне навантаження визначається міцністю мостів і в даний час обмежена величиною 103 кН / м (10,5 тс / м). Чотиривісні вантажні вагони реалізують погонну навантаження 65-72 кН / м. восьмивісні - 80-85 кН / м. Збільшення погонного навантаження - найбільш ефективний шлях підвищення вантажопідйомності вагона.
- Маса тари Т - власна маса порожнього вагону. Сума вантажопідйомності і маси тари дає масу вагона брутто. Конструкція вагона повинна мати мінімальну масу і необхідну міцність. Тому зниження маси тари - найважливіше завдання вагонобудування. Її рішення дозволяє зменшити експлуатаційні витрати, пов'язані з пересуванням тари вагонів, знизити витрату матеріалів на виготовлення вагонів і підвищити вантажопідйомність вагона в межах допустимої осьової навантаження.
Зниження маси тари при одночасному підвищенні вантажопідйомності і надійності вагонів можна досягти шляхом зменшення динамічних сил, що діють на вагон, за рахунок вдосконалення ходових частин і автозчіпного пристрою; вибором доцільних конструктивних форм нагонов і їх елементів; застосуванням більш прогресивних матеріалів для елементів вагонів (низьколегованих сталей, сталей підвищеної міцності і корозійної стійкості, високоміцних алюмінієвих сплавів і пластмас); вдосконаленням технології виготовлення і ремонту вагонів; вдосконаленням методів розрахунку і випробувань нагонов. - Ефективність зниження маси вантажного вагона оценіваетсятехніческім коефіцієнтом тари Кт = P / T
Цей коефіцієнт характеризує якість конструкції вагона: чим менше Кт, тим менше власної маси вагона доводиться на кожну тонну вантажу, а отже, менше витрати на перевезення найважчого вагона і вагон економічно вигідніше. Тому при проектуванні нових вагонів необхідно прагнути до зниження Кт. Для пасажирських вагонів коефіцієнт тари визначається як відношення маси тари до населеності вагона. - Питома обсяг кузова вагона є відношенням повного об'єму кузова V до його вантажопідйомності Р. Для платформ визначається питома площа F як відношення площі підлоги до вантажопідйомності. Від величин питомих обсягів і питомих площ залежить використання обсягу і вантажопідйомності вагона, а отже, собівартість перевезень і приведені витрати народного господарства. Тому при проектуванні вагонів визначають оптимальні значення Vy і Fу.
- Пасажирські та вантажні вагони характеризуються такжелінейнимі розмірами (довжиною, шириною, висотою і базою). Загальна довжина вагона 2Loб визначається відстанню між осями зчеплених автозчепів. Довжина рами 2L вагона - відстань між торцями кінцевих балок рами, база 2l вагона - відстань між центрами п'ятників кузова. Довжина, ширина і висота кузова визначаються заданою місткістю і габаритом рухомого складу. Для досягнення можливо більшої погонного навантаження ширину і висоту кузова зазвичай приймають максимальними для заданого габариту.
Важливими параметрами, які характеризують ефективність вантажних вагонів, є: вантажопідйомність, тара, число осей, об'єм кузова, площа підлоги і лінійні розміри вагона, а також співвідношення цих параметрів: коефіцієнт тари, питомий об'єм, питома площа статі, навантаження від колісної пари на рейку, погонне навантаження і максимальна швидкість руху.
До параметрів пасажирських вагонів відносяться: тип планування (визначається призначенням вагона), число осей, населеність, тара, маса екіпіровки (вода, вугілля), лінійні розміри, швидкість руху і коефіцієнт тари.
Вантажопідйомність вагона (Р) - найбільша маса вантажу, що допускається до перевезення у вагоні. Вантажопідйомність визначає провізну спроможність залізниць, і зростає з підвищенням числа осей у вагоні. Так чотиривісні вагони мають вантажопідйомність 68-71 т, а восьмивісні - 120-132 т.
Погонна навантаження - маса вагона брутто, що припадає на одиницю довжини вагона, виходить розподілом сили від маси брутто вагона на його довжину, вимірювану по осях автозчепів:
де mбр - маса брутто вагона, кг;
Lсц - довжина вагона по осях автозчепів, м;
g - прискорення вільного падіння, м / с 2.
Питома обсяг - відношення повного обсягу кузова V до вантажопідйомності P:
Питома площа - визначається для платформ, як відношення пощади статі до вантажопідйомності.
Пасажирські та вантажні вагони характеризуються також лінійними розмірами (довжиною, висотою і базою).
База вагона - відстань між центрами п'ятників кузова, якими він спирається на візки.
Довжина ширина і висота кузова вагона визначаються з одного боку, заданої місткістю, а з іншого - габаритом рухомого складу.
Тарою називається власна маса порожнього вагону. Сума вантажопідйомності і тари являє собою масу вагона брутто.
Важливим завданням вагонобудівній промисловості є зниження тари вагона. Ефективність зниження можна оцінити технічним коефіцієнтом тари Кm.
де Т - тара вагону;
Р - вантажопідйомність вагона, для пасажирського вагона береться число місць.
Зниження тари при одночасному підвищенні вантажопідйомності і надійності вагонів можна досягти шляхом вибору більш раціональної конструкції елементів, зменшення динамічних сил за рахунок вдосконалення ходових частин і автозчіпного пристрою, а також застосування низьколегованих сталей.
Навантаження від колісної пари на рейку - зусилля, що передається від осі на рейки. Навантаження, що допускається залежить від конструкції і міцності верхньої будови колії та швидкості руху поїздів.
де P0 - навантаження від колісної пари на рейку;
n0 - кількість колісних пар вагона.
Сили діючі на вагон
На вагон постійно діють навантаження, рівень яких практичес-ки не змінюється протягом часу служби вагона (або змінюється дуже незначно). Ці навантаження називаються статичними.
Протягом всього терміну служби деталі і вузли вагона знаходяться під дією власної ваги, величина якого залишається постійною. При проектуванні тара вагону (його власна маса) визначається в залежності від тари деталей і вузлів, що утворюють кузов, раму, ходові частини, Автозчіпне і автогальмового обладнання. В експлуатації вантажний вагон знаходиться під дією маси вантажу, що перевозиться, званої корисним навантаженням. Її величина при завантаженні різними вантажами змінюється, але не повинна бути більше встановленої вантажопідйомності вагона. При проведенні розрахунків на міцність корисне навантаження приймають постійною, рівною вантажопідйо-емності вагона.
До статичних силам відносяться також гідростатичні і розпірні зусилля. що виникають при перевезеннях в цистернах, напіввагонах, критих вагонах, хоперах та інших вагонах рідких, сипучих і інших навалювальних вантажів. При проведенні уточнюючих розрахунків ці сили можуть враховуватися як тимчасові, що діють не завжди.
Пасажирський вагон в експлуатації також знаходиться під дією корисного навантаження, яка визначається числом перевезених пасажирів. Крім того, при проведенні розрахунків на міцність до статичних навантажень відносять екіпірувальне обслуговування пасажирського вагона водою, паливом і т.д.
При русі по рейковому шляху відбуваються коливання вагона в різних площинах, в результаті яких виникають додаткові навантаження то на одну, то на іншу деталь або вузол конструкції. Ці навантаження є змінними, вони залежать від часу і називаються динамічними силами. Динамічні сили виникають у вертикальній площині, в горизонтальній (поперек шляху) і поздовжньої (вздовж шляху) площинах. До динамічних силам відносяться виникають при сталих і перехідних коливальних процесах сили взаємодії вагона з рейками при русі в прямих і кривих ділянках колії. Крім того, динамічними є сили взаємодії між деталями і вузлами вагона, вагонами і локомотивом при рушанні поїзда з місця, екстреному гальмуванні, маневрової роботи на станції, устано-вившись режимі руху поїзда на перегоні.
Рівень що виникають динамічних сил залежить від багатьох причин: стану рейкового шляху, його геометричних параметрів, характеристик жорсткості і дисипативних властивостей, режиму руху поїзда, пружних і дисипативних властивостей ресорного підвішування і ударно-тягових приладів вагона. При підвищених швидкостях руху істотну роль впливає повітряного середовища, і мінливість вітрового навантаження.
На вагон действуюттормозние сили, що виникають при русі поїзда в режимі гальмування.
Вагон піддається ряду впливів, що носять тимчасовий харак-тер: сил, що виникають при механізованому навантаженні і розвантаженні вагона (погрузка грейфером, розвантаження на вагоноперекидача), сил, що виникають при ремонті вагона (при підйомі кузова домкратами), системи самоуравновешенних сил при русі по кривих ділянках шляху (вертикальна кососімметрічная навантаження).
Крім того, вагон і його частини піддаються впливу сил, обумовлених особливостями технології його виготовлення і ремонту (про-процеси складання вузлів і деталей вагона, зварювальні роботи та ін.).
Тягові сили. діючі на поїзд
Сила тяги локомотива в залежності від швидкості визначається по тяговим характеристикам, які будуються для нових бандажів відповідно до характеристиками тягових двигунів, знятими на стенді або при експлуатаційних випробуваннях. Сила тяги локомотива не може перевершувати сили зчеплення ведучих коліс локомотива з рейками.
де FK - сила тяги;
P - «зчіпний» вага локомотива (сума навантажень на рейки від всіх провідних коліс);
# 968; - коефіцієнт зчеплення.
Коефіцієнт зчеплення колеса з рейкою максимальний на стоянці і зменшується в міру збільшення швидкості руху локомотива. Оскільки реальний коефіцієнт зчеплення залежить від випадкових факторів, таких як стан колії та атмосферні умови, його замінюють розрахунковим коефіцієнтом зчеплення # 968; K. величину якого визначають за емпіричними формулами, заснованим на результатах численних дослідів в умовах реальної експлуатації. У найпростішому випадку, для паровозів:
де v - швидкість руху, км / год.