10.5. История развития грузовых вагонов

Одновременно с увеличением мощности и скорости локомотивов происходило совершенствование конструкции железнодорожных вагонов по следующим основным направлениям: повышение грузоподъемности, скорости и надежности. Прототипом вагона считается небольшая четырехколесная деревянная тележка – «вагонетка» (в странах Западной Европы) или «собака» (в России). Вагоны, направляющими для которых служили деревянные лежни, использовались в шахтах и рудниках еще в средние века. С заменой полосовых рельсов на уголковые, на рельсы с желобом, а затем – с овальной головкой изменилась и конструкция вагонного колеса: стали применяться колеса с выступом (гребнем или ребордой). Эти изобретения способствовали увеличению скорости движения при повышении безопасности и комфортности (за счет плавности хода) перевозок.

С появлением паровозной тяги начали производиться пассажирские вагоны, а позже стали выпускаться грузовые четырехосные крытые вагоны и платформы грузоподъемностью 8,2 т. В 1855 году были построены двухосные вагоны грузоподъемностью 6,5–10 т. С 1868 года стали выпускаться вагоны с опрокидывающимся кузовом – думпкары. В 1892 был создан грузовой вагон грузоподъемностью 12,5 т (так называемый «нормальный тип»), определивший развитие конструкции вагонов в России на последующие годы. Этому способствовало введение в России в начале 80-х годов бесперегрузочного следования грузовых вагонов, что обеспечивало эксплуатацию вагонов одного типа по всем железным дорогам страны. В последующие годы совершенствовались рессорное подвешивание, тяговые приборы, буферные устройства, деревянные элементы конструкции заменялись металлическими.

Рисунок 10.18. Вагон-самосвал (думпкар).

В настоящее время на горнодобывающих предприятиях большую долю парка железнодорожных вагонов составляют думпкары (рис. 10.18) или вагоны-самосвалы – грузовые вагоны для перевозки и автоматизированной выгрузки вскрышных пород, угольно-рудных грузов, грунта, нерудных строительных материалов. Наклон кузова обеспечивается пневматической системой – цилиндр с поршнем, приводимым в движение сжатым воздухом, поступающим по трубопроводу от компрессора локомотива. В частности, на карьерах применяются 6–8-осные думпкары грузоподъемностью 105, 140, 145 и 165 т.

10.6. История развития железнодорожного пути

Совершенствование тяги и вагонного парка железных дорог происходит параллельно с развитием конструкции пути. На первых рельсовых дорогах применялись либо деревянные направляющие, покрытые металлическими полосами, либо направляющие (и одновременно несущие) металлические уголки, прикрепленные к деревянным лежням или поперечинам. Такое решение не могло устраивать даже паровые железные дороги, так как с появлением паровозов резко повысились нагрузки от колес, а скорости уже первых локомотивов достигали 50 км/ч и более. Учитывая высокие динамические нагрузки от колес подвижного состава и необходимость работы на изгиб, все варианты конструкции рельсов (рис. 10.19) по профилю постепенно приблизились к форме двутавровой балки. Такое очертание профиля рельса позволяет иметь наибольший момент инерции и, следовательно, наименьшие кромочные напряжения. Первоначально распространение получили две конструкции рельсов – двухголовая и широкоподвешенная. При создании двухголового рельса его авторы полагали, что после износа одной головки рельс можно будет перевернуть и использовать другую его сторону. Однако эта идея не оправдалась, так как износ верхней головки от воздействия колес подвижного состава сопровождался износом и его нижней части. Русские инженеры уже в первые годы развития железных дорог выбрали широкоподвешенный рельс, например, на линии С.-Петербург – Москва были уложены именно такие рельсы, изготовленные на Людиновском заводе. Впоследствии этот профиль рельса распространился по всем железным дорогам мира.

Рисунок 10.19. Образцы рельсов: a – первый чугунный рельс Рейнольдса; б – рельс Курра; в – грибовидный рельс Джессона; г – рыбообразный рельс; д – рельс системы Беркиншо; е – рельс железной дороги между Берлином и Лейпцигом; ж – английский двухголовый рельс; з – рельс с утолщением у стыков системы Стивенса; и – рельс системы Виньюля; к – корытообразный рельс.

Первые рельсы изготавливались, в основном, из чугуна. Однако было установлено, что стальные рельсы изнашиваются меньше и равномернее чугунных. После широкого распространения бессемеровского способа получения стали железные рельсы, первоначально изготовляемые из пудлингового железа, начали заменять стальными. В настоящее время во всех странах применяют только стальные рельсы, металл которых (кроме углерода) содержит кремний, марганец и другие добавки, повышающие его качество. Широкое распространение получили термически упрочненные рельсы с повышенной износоустойчивостью. Если профиль рельса за последние 140 лет изменился мало, то его масса увеличилась с 20–24 до 75–77 кг/м. В течение этого же периода практически не изменилась форма деревянных шпал (с 1950 года начали применяться железобетонные шпалы), а также конструкция и материал балластной призмы – песок, графий и щебень являются типовыми ее составляющими.

Уже с середины XIX века выбор конструкции пути начинают связывать с грузонапряженностью дороги, типом подвижного состава, скоростью следования поездов и другими условиями движения. Если первоначально железные дороги представляли собой нечто единое по общему типу постройки, то постепенно происходила дифференциация типа дороги как по их устройству, так и по назначению. В зависимости от размеров движения сооружаются однопутные, двухпутные и многопутные железные дороги.