Вагоны скоростного сообщения

В вагоностроении возникли новые и сложные технические проблемы, связанные с созданием пассажирских вагонов для скоростного движения. Одним из центральных вопросов является аэродинамика поезда, поскольку высокоскоростное движение вызывает увеличение основного сопротивления движению и главным образом его составляющей части — воздушного сопротивления, которое при скоростях 28, 56 и 84 м/с (100, 200 и 300 км/ч) составляет соответственно —35, 65 и 80% общего сопротивления движению. Форма головной части с точки зрения аэродинамики имеет важное значение, начиная со скорости движения, превышающей 28 м/с (100 км/ч). Увеличением обтекаемости головной части удается получить большую экономию мощности локомотива. Экономия остается ощутимой и при увеличении длины поезда, хотя значение фактора воздушного сопротивления лобовой формы, например, при поезде из десяти вагонов снижается более чем в 2 раза.

Значительное влияние на воздушное сопротивление оказывает междувагонное пространство, длина которого в пассажирских поездах локомотивной тяги с обычными вагонами равна 1000 мм. Исследования показали, что если полностью перекрыть пространства между вагонами по контуру боковых стен, то, например, при составе из десяти вагонов, движущемся со скоростью 69 м/с (250 км/ч), можно почти на 700 л. с. уменьшить требуемую мощность локомотива.

На воздушное сопротивление крайне неблагоприятно влияет также подвагонное пространство, в котором размещено тормозное, электрическое и другое оборудование. Из эксплуатационных соображений нецелесообразно закрывать тележки. Остальную часть рационально закрывать при помощи фальшбортов или нижнего кожуха-обтекателя, который одновременно может служить несущим элементом кузова и тем самым понизить центр тяжести вагона. Для уменьшения аэродинамического сопротивления боковые стены кузова целесообразно наклонять к середине вагона под углом —2° к вертикали.

Большое дополнительное воздушное сопротивление создают окна, которые обычно утоплены относительно наружной поверхности боковых стен примерно на 20 мм. На преодоление этого сопротивления требуется дополнительная мощность, равная 8,5 л. с. на один вагон при скорости 69 м/с (250 км/ч). Как показали исследования, утапливать окна более чем на 4 мм не рекомендуется. Рифленые стены увеличивают сопротивление трения боковой поверхности вагона на 23% при совпадении направлений ветра и рифленой поверхности, что для скоростного поезда из десяти вагонов, движущегося со скоростью 55 м/с (200 км/ч), вызывает необходимость затраты дополнительной мощности локомотива, равной 155 л. с. Это сопротивление увеличивается при изменении направления ветра и достигает 70% сопротивления трения боковой поверхности при а= 30°. Поэтому во многих странах кузова высокоскоростных вагонов выполняют без гофров.

Рис. 101. Зависимости силы давления и напряжений в оконном стекле боковых стен вагона от относительной скорости V встречных поездов:

1 — сила /?^ок давления на окно вагона; 2 — напряжения <7бок изгиба стекла; 3 — минимальное допускаемое напряжение [<ТИ| изгиба стекла

В момент скрещивания двух высокоскоростных поездов аэродинамические силы возрастают настолько, что их действие может вызвать разрушение отдельных элементов вагона, если при расчете прочности указанные силы не были учтены. Теоретическими исследованиями ВНИИВ и ЦНИИ МПС установлены зависимости, по которым можно определить аэродинамическое воздействие на малое по отношению к поезду неподвижное тело, силу давления воздушной волны на оконные стекла и рассчитать их прочность с учетом влияния аэродинамических сил.

Необходимую толщину оконного стекла можно определить исходя из возникающего в нем напряжения изгиба и сравнения его с допускаемым, которое для силикатного стекла [а]и = = 250 кгс/см2. Оконное стекло вагона рассматривают как тонкую пластинку, защемленную по краям и нагруженную равномерно распределенной нагрузкой. В этом случае максимальные напряжения изгиба, возникающие в оконном стекле, г — 0,5РЬ2 ,^21

иигаах б2 (1 + 0,623а2) ’ к '

где Р — интенсивность распределенной нагрузки; Ь — высота стекла; б — толщина стекла; а — коэффициент, показывающий отношение высоты стекла к его ширине.

Результаты (рис. 101) определения силы давления на оконные стекла боковых стен вагона и возникающих при этом максимальных напряжений изгиба при относительных скоростях движения от 69 м/с (250 км/ч) до 138 м/с (500 км/ч) показывают, что предельное допустимое напряжение в стеклах возникает при относительной скорости v0 = 105 м/с (380 км/ч). По мере увеличения числа вагонов в составе поезда значительно уменьшается доля хвосто-

вого сопротивления в общем воздушном сопротивлении. Поэтому при обычном количестве вагонов пассажирского поезда локомотивной тяги придание хвостовому вагону обтекаемой формы нерационально.

Высокоскоростное движение предъявляет определенные требования и к другому устройству вагона. Тележки должны обладать повышенными ходовыми качествами и надежностью. Особенностям эксплуатации таких поездов должна удовлетворять тормозная система (см. гл. III и IV). На вагонах, предназначенных для скоростного сообщения, исключено применение автономного электроснабжения. Все потребители электроэнергии должны получать питание централизованно от вагона электростанции или от контактной сети через электровоз. Это диктует необходимость применения электрического отопления с электрокалорифером в системе вентиляции.

Исследования ВНИИВ и ЦНИИ МПС позволили выработать общие технические требования к вагонам локомотивной тяги для скоростей 55 м/с (200 км/ч), на основе которых КВЗ создал партию пассажирских вагонов, эксплуатируемых в составе поезда «Русская тройка». Поезд рассчитан для движения преимущественно в дневное время суток и предназначен для перевозки пассажиров на расстоянии до 600— 800 км. Восемь вагонов поезда имеют увеличенную длину. В пассажирских салонах 2 (рис. 102, 103) установлено по 38 двухместных поворотных мягких кресел с регулируемым углом наклона спинок. В вагонах предусмотрены служебные помещения, купе 1 для проводников и два туалета 3. В составе поезда имеется вагон с баром и купе с радио-установкой. По сравнению с обычными вагоны скоростного поезда имеют меньшую высоту, пониженный центр тяжести, улучшенную герметизацию ку-

Поперечное сечеиие вагона РТ-200
Рис. 103. Поперечное сечеиие вагона РТ-200

зова и переходных устройств. С целью улучшения аэродинамических качеств и увеличения изгибной жесткости кузов выполнен с наклонными боковыми стенами и нижним кожухом-обтекателем. Пространство между вагонами на высоте боковых стен перекрыто эластичным соединением.

Электроснабжение вагона централизованное переменным током напряжением 380/220 В. Все вагоны поезда оборудованы электрическим отоплением, установками для кондиционирования воздуха, холодным и горячим водоснабжением, люминесцентным ос

вещением, водоохладителями питьевой воды, радиотрансляционной сетью, телефонной магистралью, скоростными тележками, дисковым электропневматическим и магниторельсовым тормозами. Вагон, рассчитанный на 76 пассажирских мест, имеет вес тары 42 тс, длину по осям сцепления 26 980 мм, ширину 3050 мм и высоту от уровня головок рельсов 4150 мм.

Почтовые и багажные вагоны, вагоны-рестораны | Вагоны | Кузова пассажирских вагонов