Вагоны промышленного железнодорожного транспорта - Назначение и типы вагонов-самосвалов

Назначение и типы вагонов-самосвалов, особенности их конструкции
Вагоны-самосвалы (думпкары) предназначены для перевозки и механизированной разгрузки кусковых и сыпучих грузов, не требующих защиты от атмосферных влияний. Они применяются преимущественно на предприятиях горнорудной промышленности и крупных карьерных разработках для транспортировки вскрышных и скальных пород (песок, наносы, скальный грунт, известняк), а также различных руд. Эти вагоны используются также для нужд строительных организаций, выполняющих большие объемы земляных работ и перевозок стройматериалов, и металлургических заводов. Внутри заводов думпкары применяются при перевозке горелой земли, огнеупорного боя, ферросплавов, котельного шлака и других грузов. Как правило, вагоны- самосвалы эксплуатируются в составе специальных поездов постоянного формирования массой 1000— 2000 т.
По конструкции и условиям эксплуатации вагоны-самосвалы подразделяют на вагоны для легких, средних и тяжелых условий работы.
Для легких условий работы предназначены четырехосные думпкары типов 4ВС-50, 5ВС-60 и 6ВС-60. Ими перевозятся грузы в разрыхленном состоянии с насыпной массой до 2,2 т/м3, погружаемые экскаваторами с ковшами объемом до 4 м3. Допускается погрузка глыб массой до 2 т с высоты не более 2 м. Но при этом необходима предварительная подсыпка по площади пола размельченного груза слоем 0,2 — 0,3 м для снижения динамического воздействия падающих глыб на конструкцию кузова.
Для средних условий работы (перевозка грузов в разрыхленном состоянии с насыпной массой до 2,2 т/м3, погружаемых экскаваторами с ковшами объемом до 8 м3; погрузка глыб массой до 3 т е высоты до 2 м при наличии предварительной подсыпки толщиной 0,2— 0,3 м) применяются четырехосные думпкары типов ВС-85 и Д-82 и шестиосные типа 2ВС-105.
Для тяжелых условий работы (перевозка грузов с насыпной массой 2,4— 3 т/м3, погружаемых экскаваторами с ковшами объемом до 12,5 м3; погрузка глыб массой до 5 т с высоты до 3 м при наличии предварительной подсыпки толщиной не менее 0,3 м) выпускаются восьмиосные думпкары типа 2ВС-180.
Конструкция вагонов-самосвалов обеспечивает их механизированную погрузку и выгрузку без применения ручного труда. Низко расположенный центр тяжести думпкара обеспечивает максимальную устойчивость во время движения и при разгрузке.

Рис. 8.12. Четырехосный вагон-самосвал типа 6ВС-60.

Рис. 8.13. Нижняя рама вагона-самосвала типа 6ВС-60.

Думпкар представляет собой цельнометаллическую сварную конструкцию. Он состоит из наклоняющегося кузова, нижней рамы, на которую опирается кузов, и ходовых частей.
Последние служат опорами нижней рамы, на которой укреплены цилиндры для наклона кузова, элементы типовой тормозной системы и стандартные ударно-тяговые приборы.
Четырехосный вагон-самосвал типа 6ВС-60 грузоподъемностью 60 т, выпускаемый Калининградским вагоностроительным заводом, показан на рис. 8.12. Основным несущим элементом вагона является нижняя рама (рис. 8.13). Она состоит из хребтовой балки 7, двух концевых балок 2 с кронштейнами механизма открывания бортов, двух шкворневых 6 и четырех цилиндровых 4 балок (кронштейнов) и тормозной площадки 1 (только в тормозном вагоне).
Хребтовая балка выполнена из двух двутавров № 45, перекрытых сверху и снизу листами шириной 450 и толщиной 12 мм. Помимо того, внутри балки между двутаврами установлены 12 диафрагм из листа толщиной 8 мм. На верхнем листе хребтовой балки (в зоне сопряжения со шкворневыми балками) приварены упоры, ограничивающие перемещение кузова относительно нижней рамы.
Шкворневая балка замкнутого сечения сварена из двух вертикальных листов толщиной 10 мм, нижнего и верхнего горизонтальных листов толщиной соответственно 10 и 16 мм. На расстоянии 600 мм от продольной оси вагона на верхнем листе 3 шкворневой балки укреплены литые опоры 5 для поворота кузова.
Цилиндровая балка (кронштейн коробчатого сечения) состоит из двух вертикальных ребер толщиной 10 мм, перекрытых сверху и снизу листами толщиной 14 мм. На верхнем листе установлены литые опоры кузова думпкара, аналогичные опорам 5 шкворневой балки.
Как обычно, нижняя рама опирается на подпятники ходовых частей (две двухосные тележки типа ЦНИИ-Х3-О) посредством двух литых пятников диаметром 300 мм. На нижнюю раму опирается кузов думпкара, который имеет верхнюю раму, пол, два продольных борта и лобовые стенки.
Верхняя рама (рис. 8.14) изготовлена из двух продольных боковых 7, двух продольных центральных 3, двух шкворневых 4, двух концевых 1, четырех промежуточных поперечных 2, двух цилиндровых 5 и двух укороченных цилиндровых 6 балок. Продольная боковая балка выполнена из холодногнутого зетобразного профиля 200х60х10 мм, а центральная — из двух сваренных в коробку швеллеров № 14 или коробчатого гнутого профиля. Такое же сечение имеют промежуточные поперечные балки. Концевая балка изготовлена из швеллера № 20. Что касается шкворневых и цилиндровых балок, то каждая из них в отдельности состоит из двух элементов, соединенных двумя цилиндрическими опорами диаметром 125 мм. Элементами шкворневой, цилиндровой и укороченной цилиндровой балок являются соответственно две коробки швеллеров № 14, коробка швеллеров № 14 и одиночный швеллер № 14, два одиночных швеллера № 14. Шкворневые, цилиндровые и промежуточные балки уложены на продольные центральные (см. разрез А—А). Сверху все поперечные балки рамы перекрыты листом толщиной 4 мм, на который укладываются деревянные брусья толщиной 60 мм. Брусья закрыты верхним листом настила пола толщиной 12 мм. Деревянные брусья, расположенные между листами, увеличивают общую прочность рамы и частично поглощают энергию падающих при разгрузке грузов. К верхней раме приварены лобовые стенки. Каждая из них состоит из основания (коробка швеллеров № 18) и четырех вертикальных стоек (штамповка из листа толщиной 8 мм), к которым приварены внутренний и наружный листы толщиной соответственно 8 и 4 мм. Продольный борт (см. рис. 8.12) выполнен из верхнего (швеллер №20, закрытый штампованным козырьком) и нижнего (швеллер № 24, усиленный косынками) поясов, внутреннего листа толщиной 8 мм и девяти наружных корытообразных стоек из листа толщиной 4 мм.

Рис. 8.14. Верхняя рама вагона-самосвала типа 6ВС-60.

К нижнему поясу приварено пять петель, штампованных из листа толщиной 22 мм, для шарнирного соединения с верхней рамой.
Для наклона кузова думпкара при разгрузке служат четыре нетелескопических цилиндра, расположенных по два с каждой стороны от продольной оси вагона. Разгрузочный цилиндр (рис. 8.15) состоит из корпуса 4 (внутренний диаметр 680 мм, толщина стенки 14 мм), поршня 6, днища 5 сферической формы и крышки 7. Уплотнением между поршнем и корпусом цилиндра служит манжета из масломорозостойкой резины. Уплотнение имеется также между штоком поршня и горловиной 2 крышки. В крышке сделаны отверстия с пробкой 1 для залива масла в цилиндр и штуцер для впуска и выпуска сжатого воздуха. К корпусу цилиндра приварены две цапфы 3 цилиндрической формы, которые шарнирно закрепляются в подшипниках скольжения цилиндровых балок нижней рамы. Шток цилиндра шарнирно соединен с верхней рамой. Шарнирная связь цилиндра с нижней рамой обеспечивает свободный поворот его при наклоне кузова. Поршень отлит из серого чугуна, остальные элементы цилиндра изготовлены из стали марки Ст3.
Разгрузочные цилиндры приводятся в действие при подаче в них сжатого воздуха давлением 0,6 МПа из запасного резервуара. Пневматическая система позволяет осуществлять как индивидуальную разгрузку каждого вагона, так и групповую разгрузку всего состава. При этом кузов думпкара поворачивается в ту или другую сторону на 45° и шарнирно опирается цилиндрическими опорами верхней рамы на соответствующие опорные поверхности неподвижной нижней рамы. После разгрузки возвращение кузова в поездное (горизонтальное) положение происходит под действием собственного веса.
Для автоматического открывания продольного борта со стороны разгрузки при опрокидывании кузова и закрывания борта при возвращении кузова в поездное положение предназначен рычажный механизм открывания бортов. Он размещен между внутренним и наружным листами лобовой стенки и по конструкции аналогичен подобным механизмам других четырех-, шести- и восьмиосных думпкаров Калининградского вагоностроительного завода. Отличие только в геометрических размерах рычагов.
Механизм открывания бортов думпкара (рис. 8.16) состоит из регулируемой тяги 1, упорной тяги 2 и вертикального двуплечего рычага 3, шарнирно укрепленного на кронштейне лобовой стенки. Регулируемая тяга 1 состоит из собственно тяги с резьбой и головки. При нормальном положении тяга должна быть ввернута в головку до контрольного отверстия 4. Регулируемая тяга одним концом шарнирно соединена с кронштейном 5 продольного борта, а другим — с вертикальным рычагом 3. Упорная тяга 2 шарнирно соединена своими концами с вертикальным рычагом и с кронштейном нижней рамы.

Рис. 8.15. Разгрузочный цилиндр вагона-самосвала типа 6ВС-60.

При наклоне кузова тягой 2 передается вращательное движение двуплечему рычагу 3, при вращении которого регулируемая тяга 1 перемещается в сторону соединенного с ней борта. Следовательно, борт открывается. Плечи рычага 3 выбраны с таким расчетом, чтобы обеспечить опережение открывания борта относительно поворота верхней рамы. Борт устанавливается в одну плоскость с полом уже при наклоне кузова на 25°. При полном наклоне кузова на 45° борт открывается на угол 54°. Такое ускоренное открывание продольного борта по сравнению с его наклоном повышает устойчивость думпкара при разгрузке и улучшает ее условия.

Рис. 8.16. Механизм открывания продольных бортов думпкара 2ВС-105.

Рис. 8.17. Четырехосный вагон-самосвал типа ВС-85.

В эксплуатации находятся четырехосные думпкары для легких условий работы типов 4ВС-50 и 5ВС-60, ранее выпускавшиеся Калининградским вагоностроительным заводом. Ходовыми частями этих думпкаров служат двухосные тележки типа ЦНИИ-Х3-О. По конструктивному оформлению основных узлов думпкар типа 5ВС-60 практически не отличается от думпкара типа 6ВС-60. При одинаковых грузоподъемности и объеме кузова думпкар типа 6ВС-60 характеризуется повышенной прочностью нижней и верхней рам, а также более рациональным распределением металла благодаря применению гнутых и штампованных профилей. В свою очередь, вагон-самосвал типа 5ВС-60 создан на основе конструкции вагона типа 4ВС-50 и имеет по сравнению с ним большие грузоподъемность (60 т вместо 50 т), объем кузова (26,3 м3 вместо 23,2 м3) и устойчивость при движении и выгрузке.
Четырехосные вагоны-самосвалы типа ВС-85 грузоподъемностью 85 т серийно выпускают с 1969 г. (рис. 8.17). Вагон спроектирован Калининградским вагоностроительным заводом. Конструкция его аналогична четырехосным думпкарам грузоподъемностью 60 т, выпускаемым этим заводом. Поскольку грузоподъемность и объем думпкара типа ВС-85 увеличены, он имеет большие размеры и более мощные несущие элементы. Хребтовая балка нижней рамы выполнена из двух двутавров № 55. Продольные боковые балки верхней рамы изготавливаются из швеллеров № 30. Толщина деревянных брусков пола равна 75 мм, а толщина верхнего листа пола — 14 мм. Наклон кузова вагона осуществляется пневматическими цилиндрами, расположенными по два с каждой стороны вагона. Один из этих-цилиндров двойного действия, что обеспечивает принудительное возвращение вагона в поездное положение после его разгрузки.
В качестве ходовых частей служат две двухосные тележки типа ДВЗ-ЗО. Этими тележками оборудованы также четырехосные думпкары типов Д-80 и Д-82 грузоподъемностью соответственно 80 и 82 т конструкции и постройки Днепродзержинского вагоностроительного завода (первые строились в период 1959—1963 гг., вторые — в 1963— 1967 гг.). Названные думпкары принципиально отличаются от вагонов Калининградского завода конструкциями разгрузочных цилиндров и механизма открывания продольных бортов. Каждый из четырех разгрузочных цилиндров вагонов типов Д-80 и Д-82 телескопический — при наклоне кузова происходит выход не только штока поршня, но и «рубашки» цилиндра.
Механизм открывания борта имеет оригинальную конструкцию. Он размещен между верхней и нижней рамами и включает в себя шесть пар рычагов (по три пары на каждый борт — две пары в зоне шкворневых балок и одна пара посередине вагона). Такое размещение рычажных механизмов позволяет увеличить число опор продольного борта до трех. Таким образом, жесткость борта и, следовательно, масса его могут быть уменьшены. Каждая пара состоит из короткого и длинного рычагов, имеющих общий шарнир — ось, на которую напрессовывается ролик. Концы коротких рычагов соединены с кронштейнами нижней рамы с помощью шарниров, оси которых одновременно являются осями поворота кузова относительно нижней рамы. На верхней раме жестко закреплены направляющие, по криволинейной поверхности которых перемещаются ролики при наклоне кузова. При этом обеспечивается опережение открывания борта.
Шестиосные вагоны-самосвалы типа 2ВС-105 грузоподъемностью 105 т (рис. 8.18) серийно изготавливаются с 1963 г. Калининградским вагоностроительным заводом. Вначале эти думпкары оборудовались трехосными тележками типа УВЗ-7, а затем — тележками типа УВЗ-11А. Нижняя рама думпкара включает в себя хребтовую балку (два двутавра №55), две концевые, две шкворневые и шесть поперечных цилиндровых балок. Шкворневые и цилиндровые балки коробчатого сечения. Верхняя рама кузова состоит из двух продольных боковых балок (швеллер №30), девяти поперечных балок замкнутого сечения (коробка швеллеров № 20) и шестнадцати поперечных элементов из швеллера № 20. По концам продольные боковые балки соединены швеллером № 30, а по краю настила пола — коробкой из швеллера № 30.

Рис. 8.18. Шестиосный вагон-самосвал типа 2ВС-105.

Снизу к поперечным элементам  рамы приварены две центральные продольные балки коробчатого сечения из швеллеров № 20. Трехслойный настил пола выполнен так же, как в вагоне типа ВС-85.        
Разгрузка думпкара осуществляется с помощью шести пневматических нетелескопических цилиндров, расположенных по три с каждой стороны вагона, причем средний из трех цилиндров двойного действия: при наклоне кузова сжатый воздух подается в нижнюю (подпоршневую) полость цилиндра, для восстановления кузова в поездное положение воздух впускается в верхнюю полость. Вагон оборудован типовым механизмом открывания бортов (см. рис. 8.16).
До создания вагона типа 2ВС-105 Калининградский завод с 1960 г. строил шестиосные думпкары типа ВС-100 грузоподъемностью 100 т, при эксплуатации которых повреждались несущие элементы вследствие недостаточной их прочности. Помимо того, для наклона кузова вагон оборудован не шестью, а четырьмя нетелескопическими цилиндрами одинарного действия. Это существенный недостаток конструкции, поскольку в отдельных случаях посадка порожнего кузова за счет собственного веса не происходит.
Калининградским заводом изготовлена опытно-промышленная партия шестиосных думпкаров типа ВС-130 грузоподъемностью 130 т. Конструктивное оформление основных узлов вагона не отличается от думпкара типа 2ВС-105. Поскольку конструкция вагона рассчитана для тяжелых условий работы и характеризуется повышенной осевой нагрузкой (295 кН), жесткость нижней и верхней рам увеличена. В качестве ходовых частей служат две трехосные тележки типа УВЗ-11.

Восьмиосный вагон-самосвал типа 2ВС-180 грузоподъемностью 180 т (рис. 8.19) предназначен для применения главным образом на предприятиях горнодобывающей промышленности, где приемные устройства бункеров обогатительных фабрик приспособлены к разгрузке думпкаров длиной более 16 м. Думпкары этого типа серийно выпускаются Калининградским заводом, первая опытная партия их была построена в 1963 г.

Таблица 8.2. Основные технические характеристики вагонов-самосвалов