Вагонний парк являє собою різноманіття типів і конструкцій вантажних і пасажирських вагонів. Таке різноманіття обумовлено вимогами підвищення провізної здатності залізниць, повного використання вантажопідйомності і обсягу кузова, механізації та автоматизації вантажно-розвантажувальних робіт, комфорту і зручності пасажирів.
Економічні показники роботи вагонного парку визначаються правильним вибором типів вагонів і їх техніко-економічних параметрів.
Правильний вибір кількісного складу вагонного парку за типами і основними техніко-економічними параметрами вантажних вагонів грунтується на прогнозуванні розвитку галузей промисловості і видів транспорту країни, розміщення продуктивних сил по регіонах, обсягів і складу вантажообігу, дальності перевезень, величиною відправок вантажів. Крім того, важливе значення має рівень технічного оснащення залізниць (конструкція і стан шляху і мостів, довжина станційних колій, вид тяги, типи локомотивів, механізми, що застосовуються під час вантажно-розвантажувальних роботах, а також габарити рухомого складу, форми власності вагонів), розвиток автомобільних доріг і вантажного автотранспорту.
При правильному виборі типів вагона і структури вагонного парку (процентного складу за типами вагонів) забезпечується виконання необхідного обсягу перевезень при мінімумі приведених витрат (відношення собівартості перевезень вантажів до капітальних вкладень).
Найбільш важливими техніко-економічними параметрами, котрі характеризують ефективність вантажних вагонів, є вантажопідйомність, тара, осності (число осей), обсяг кузова (площа підлоги для платформи) і лінійні розміри кузова і вагона. Перераховані параметри є абсолютними і обов'язкові для паспорта вагона.
Для порівняння вагонів різних типів між собою і характеристики технічної досконалості конструкції вагонів використовуються співвідношення цих параметрів - відносні параметри. До них відносяться коефіцієнти тари, питомий об'єм кузова (питома площа статі), осьова і погонне навантаження.
Техніко-економічними параметрами пасажирських вагонів є тип планування (визначається призначенням вагона), осності, населеність, тара, маса екіпіровки (вода, вугілля, обладнання, що знімається), лінійні розміри і максимальна швидкість руху. Для пасажирських вагонів визначають також тару, що припадає на одне місце для пасажира, тару на одиницю довжини або площі горизонтальної проекції вагона, осьову навантаження і ін.
Вантажопідйомністю P називається найбільшу вагу вантажу, що допускається до перевезення у вагоні. Вантажопідйомність, будучи основним параметром вагона, належить одночасно до найважливішими параметрами залізничного транспорту в цілому, і так як вона в значній мірі визначає провізну спроможність залізниць, прагнуть створювати вагони з максимально можливою вантажопідйомністю. Чим більше вантажопідйомність вагона, тим більше його продуктивність (кількість перевезень), які виконуються в одиницю часу. При цьому збільшення вантажопідйомності зазвичай супроводжується зменшенням наведених витрат.
Перевагами вагонів великої вантажопідйомності є:
- зниження коефіцієнта тари, оскільки при збільшенні вантажопідйомності вагонів маса автозчіпного пристрою, автогальмового обладнання, торцевих стін кузова, ходових частин і деяких інших елементів конструкції або не змінюється, або зростає в меншій мірі, ніж вантажопідйомність;
- зменшення питомої опору руху, в результаті чого скорочується витрата електроенергії або палива, споживаних локомотивами, або підвищується пропускна спроможність залізниць за рахунок зростання швидкості руху, або провізна здатність - за рахунок збільшення маси поїзда;
- раціональне використання автозчеплення, автогальм, ходових частин, прогресивних видів тяги і потужних локомотивів. У зв'язку з цим підвищується маса поїзда і швидкість його руху;
- збільшення (в більшості випадків) погонного навантаження і за рахунок цього зростання маси поїзда при незмінній довжині станційних колій і скорочення капітальних вкладень в розвиток пропускної здатності доріг;
- зменшення капітальних вкладень в вагонний парк або зростання його сумарної вантажопідйомності при незмінних витратах; скорочення витрати металу на одиницю вантажопідйомності;
- зниження витрат на маневрову роботу, зважування вагонів і документальне оформлення вантажів;
- скорочення витрат по ремонту та утриманню вагонів, віднесених на одиницю вантажопідйомності.
Тарою вагона Т називається власну вагу порожнього вагону. Конструкція вагона повинна забезпечувати мінімальну вагу при необхідної міцності, тому зниження тари є найважливішим завданням вагонобудування. Зниження тари вагона дозволяє зменшити експлуатаційні витрати, пов'язані з пересуванням вагонів, знизити витрату матеріалів на їх виготовлення і підвищити вантажопідйомність в межах допустимої осьової навантаження.
Зниження тари вагонів досягають наступними шляхами:
- зменшенням динамічних сил, що діють на вагон, за рахунок вдосконалення ходових частин і автозчіпного пристрою (підвищення статичного прогину і забезпечення оптимальних величин демпфуючих зусиль, зменшення маси необрессоренних частин вагона і усунення дефектів колісних пар, зниження центру ваги вагона);
- вибором доцільних конструктивних форм вагонів і їх елементів (кузова каплевидної форми у вагонів-хоперів, цельнонесущіе кузова з полегшеними або частково вилученими хребтовими балками, раціоналізація перетинів і профілів);
- 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 (застосування зварних автоматів, колісних пар S-подібного профілю, касетних букс, поліпшення якості поверхні, застосування поверхневого зміцнення деталей, вдосконалення технології лиття і прокату, підвищення якості зварювання);
- вдосконаленням методів розрахунку і випробувань вагонів (усунення зайвих запасів міцності в деталях кузова, застосування систем автоматизованого проектування на основі методу скінченних елементів).
Зниження тари вагона є однією з найважливіших задач вагонного господарства. Це обумовлено не тільки великою витратою матеріалу (переважно металу) на будівництво вагонів, але головним чином значними постійними витратами на пересування вагонів, які зростають зі збільшенням їх тари. Навіть невелике зменшення тари вагонів супроводжується значним ефектом, що обумовлено масовістю вагонного парку. Однак зниження тари вагонів повинно здійснюватися без шкоди для безпеки руху поїздів та експлуатаційної надійне вагонів.
Ефективність зниження тари вантажного вагона оцінюється технічним коефіцієнтом тари, який характеризує якість конструкції вагона: чим менше kт. тим менше власної ваги вагона доводиться на кожну тонну вантажу, що перевозиться, а отже, менше витрати па перевезення найважчого вагона і вагон економічно вигідніше. Тому при проектуванні нових вагонів необхідно прагнути до зниження kг.
Коефіцієнт тари вантажного вагона є ставлення тари вагона до його вантажопідйомності. Для пасажирських вагонів коефіцієнт тари визначається як відношення маси тари до населеності вагона.
Вантажні та пасажирські вагони характеризуються також лінійними розмірами: довжиною L. шириною B. висотою Н кузова всередині і зовні, довжиною рами Lр. базою вагона lб і довжиною вагона по осях зчеплення автозчепів Lас.
Довжина, ширина і висота кузова всередині і зовні визначаються заданою місткістю і габаритом рухомого складу.
Довжина платформи і піввагони зазвичай вибирається з урахуванням існуючих сортаментів довгомірних вантажів. Зокрема, довжину платформи і піввагони бажано мати кратній величині 6,6. 6,7 м, що відповідає довжині поширених лісоматеріалів з урахуванням зазорів між штабелями і стінами вагона. Виходячи з умов розміщення контейнерів, внутрішню довжину платформи і піввагони доцільно приймати кратною 2170 мм. Крім того, довжина, ширина і висота піввагона повинні відповідати розмірам вагоноперекидачів.
Довжина котла цистерни залежить від діаметра котла, форм днища, ковпака і інших частин, що визначають обсяг котла.
Збільшення діаметра і зменшення довжини котла знижують його масу, але зменшують міцність і жорсткість. Збільшення діаметра котла підвищує центр ваги цистерни, а зменшення довжини зазвичай скорочує базу цистерни. Все це веде до погіршення стійкості і плавності ходу цистерни, що істотно для чотиривісних конструкцій.
Виходячи із способів розміщення знімного обладнання, внутрішню ширину критого вагона приймають рівною 2760 мм. Для забезпечення навантаження контейнерів внутрішню ширину піввагона і платформи приймають не менше 2740 мм.
Щоб забезпечити краще використання вантажопідйомності платформ при перевезенні в них сипучих вантажів, необхідно збільшити висоту бортів. Однак при цьому зросте їх маса, що утруднить відкриття і закриття бортів. Крім того, висота бортів вибирається з урахуванням можливості перевезення ряду вантажів з опущеними бортами. При цьому положенні вони не повинні виходити за межі нижнього обрису габариту рухомого складу, а торцеві борти повинні розміщуватися в міжвагонному просторі з урахуванням безпечного положення людини між бортами двох платформ.
Для досягнення можливо більшої погонного навантаження ширину і висоту кузова зазвичай приймають максимальними для заданого габариту рухомого складу.
Довжина рами Lр вагона - відстань між торцями кінцевих балок рами, база lб вагона - відстань між центрами п'ятників кузова.
Прийняті лінійні розміри кузова уточнюють шляхом вписування вагона в габарит і виходячи з інших вимог, що пред'являються до вагонів.
Питома обсяг кузова вагона є відношенням повного об'єму кузова Vк 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 також собівартість перевезень і приведені витрати. Тому при проектуванні вагонів визначають їх оптимальні значення.
Осьова навантаження Ро - це навантаження від колісної пари на рейки, що визначається як відношення ваги брутто до числа осей.
Допустима осьова навантаження визначається конструкцією і міцністю верхньої будови колії та швидкістю руху поїздів.
Допустиму величину осьового навантаження приймають в залежності від типу рейок, числа шпал на 1 км шляху, роду баласту. Істотний вплив робить вантажонапруженість ліній.
Підвищення вантажопідйомності вагона досягається підвищенням допустимої осьової навантаження і осності вагона, а також зниженням коефіцієнта тари. Однак, виходячи з потужності шляху і економічності його змісту, для проектованих основних типів вагонів Росії осьова навантаження була обмежена величиною 23,5 т. В даний час реалізуються заходи щодо збільшення осьового навантаження 27 т, що пов'язано з необхідністю збільшення потужності шляху по всій мережі залізниць доріг.
Подальше збільшення осьового навантаження до 30 т пов'язано з необхідністю підвищення потужності шляху і, при тому - по всій мережі доріг, оскільки основні типи вагонів є всюдихідними.
При вирішенні питання про підвищення осьового навантаження необхідно враховувати, що шлях є дорогим спорудою - на шляхове господарство припадає 47% основних фондів виробничого призначення залізничного транспорту. Збільшення осьового навантаження істотно підвищує пошкодження шляху.
Навантаження, що отримується в результаті поділу ваги брутто вагона на загальну його довжину (вимірювану по осях зчеплення автозчепів), називають погонной навантаженням q. Підвищення погонного навантаження q при незмінній довжині станційних колій дозволяє збільшити корисну вагу поїзда, отже, підвищити провізну спроможність доріг, віддалити витрати на розвиток їх пропускної здатності.
Наприклад, вага брутто поїзда з восьмивісних піввагонів з погонного навантаженням брутто q = 8,6 т / м на 37% більше ваги брутто поїзда рівної довжини, сформованого з чотиривісних піввагонів з погонного навантаженням брутто q = 6,3 т / м.
Крім великої економії капітальних вкладень, збільшення погонного навантаження вагонів забезпечує значне зменшення собівартості перевезень. Наприклад, збільшення погонного навантаження з 6 до 8 т / м забезпечує скорочення експлуатаційних витрат на одноколійних на 6% і на двоколійних - на 5%.
Допустима величина погонного навантаження брутто визначається міцністю мостів, а також пристроєм деяких ділянок шляху. Для основних типів вагонів загальномережевого звернення допускається погонне навантаження брутто 10,5 т / м.