§ 41. 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

250

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

/ — сила F_бок~_K давления на окно вагона; 2 — напряжения (Tg_0K изгиба стекла; в — мини­мальное допускагмое напряжение [СТ_И] изгиба стекла

250 300 350 400 V, км/ц

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.

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,

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-

251

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 / для провод­ников и два туалета 3. В составе поезда имеется вагон с баром и купе с радио­установкой. По сравнению с обычными вагоны скоростного поезда имеют мень­шую высоту, пониженный центр тя­жести, улучшенную герметизацию ку-

252

Рис. 103. Поперечное сечение 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-

253

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.