Вагоны промышленного железнодорожного транспорта - Обоснование выбора типов и параметров грузовых вагонов

Раздел 2. ТЕОРИЯ И РАСЧЕТ ВАГОНОВ

Глава 1 О ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ОБОСНОВАНИЯ ВЫБОРА ТИПОВ
И ПАРАМЕТРОВ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ

Факторы, определяющие выбор типов грузовых вагонов

Основным направлением развития железнодорожного транспорта является дальнейшее повышение пропускной и провозной способности железных дорог.
Успешное выполнение плана перевозок народнохозяйственных грузов может быть обеспечено при дальнейшей интенсивности использования существующего подвижного состава, увеличении массы и скорости движения поездов и создании новых, более современных и более экономичных грузовых вагонов.
В основу технико-экономических расчетов, определяющих основные параметры новых грузовых вагонов на перспективу, должны быть положены: объем и дальность перевозок по основным родам грузов и механизация погрузочно-разгрузочных работ.
Основные условия, которым должны соответствовать новые типы и конструкции вагонов, заключаются в максимальном использовании грузоподъемности, снижении эксплуатационных расходов на их содержание и ремонт, повышении прочности и долговечности, уменьшении коэффициента тары и обеспечении безопасности движения.
Исходными данными для проектирования новых типов и конструкций грузовых вагонов являются: назначение вагона, габарит, в который должен вписаться вагон, максимальная скорость, грузоподъемность, допускаемая нагрузка от колесной пары на рельсы, допускаемая средняя нагрузка на метр пути, коэффициент тары, удельный объем, величины основных нагрузок.
При выборе основных типов грузовых вагонов определяющим фактором являются объем и состав грузооборота, отражающие характер промышленного и сельскохозяйственного производства страны.
Примерная доля каждого груза и его рациональное распределение по типам вагонов в общем грузообороте страны, по данным Государственного института технико-экономических изысканий, представлены в табл. 10.1.
Как следует из табл. 10.1, вагонный парк должен состоять из вагонов пяти основных типов: крытых, полувагонов, платформ, цистерн и изотермических вагонов.

Выбор основных параметров грузовых вагонов

Для освоения намеченного на ближайшую перспективу грузооборота необходимо иметь вагоны с рациональными параметрами. Одним из показателей эффективности вагона является коэффициент тары: технический, погрузочный, эксплуатационный. Коэффициенты тары должны быть возможно меньшими. Это объясняется не только стремлением к уменьшению расхода материала на постройку вагона, но главным образом значительными постоянными затратами при эксплуатации вагонов. Практически даже небольшое уменьшение тары вагона дает значительный экономический эффект.

Таблица 10.1. Распределение грузооборота между вагонами разных типов

Однако снижение тары вагона должно согласовываться с его прочностью и долговечностью.
Технический, или конструкционный, коэффициент тары представляет собой отношение тары вагона к его грузоподъемности:
k-т — TIP,                                   (10.1)
где Т — тара вагона, т;
Р — грузоподъемность, т.
Погрузочный коэффициент тары представляет собой отношение тары к фактически используемой грузоподъемности вагона:
kn = Τ/Ρλ,                                        (10.2)
где λ — коэффициент использования грузоподъемности вагона. Эксплуатационный коэффициент тары дополнительно учитывает пробеги

вагона в порожнем и груженом состоянии:
(10.3)
где а — коэффициент порожнего пробега, равный отношению порожнего пробега вагонов данного типа к их груженому пробегу;
Рд.ср — средняя динамическая нагрузка груженого вагона, тс, получаемая от деления тонно-километров на вагоно-километры.
Коэффициент использования грузоподъемности определяется по формуле
(10.4)
где Σαи — сумма удельных значений грузов в общем объеме грузооборота, при котором полностью используется грузоподъемность вагона;
ΣαΗ              — сумма удельных значений грузов в общем грузообороте, при котором не полностью используется грузоподъемность вагона;
uу и uу' — удельные объемы грузов при полностью и не полностью использованной грузоподъемности вагона, м3/тс.
Рациональный объем кузова вагона, м3
(10.5)
где Vу.опт — удельный оптимальный объем кузова вагона.
Оптимальный удельный объем вагона устанавливается технико-экономическими расчетами [12]. При проектировании вагона удельный объем определяет его линейные размеры. Правильно выбранный удельный объем обеспечивает наиболее полное использование грузоподъемности вагона и объема кузова. Завышенный удельный объем приводит к неоправданному увеличению массы тары вагона, а заниженный — к неполному использованию грузоподъемности. Вариант конструкции вагона, обеспечивающий наименьшую себестоимость перевозок, считается наиболее рациональным, а его удельный объем кузова — оптимальным.
Грузоподъемность вагона, определяемая структурой грузооборота и габаритом подвижного состава, находится по формуле
(10.6)
где Vгаб — объем кузова по условиям вписывания вагона в габарит.
Грузоподъемность вагона, определяемая конструкцией и состоянием мостов, может быть подсчитана по формуле
(10.7)
где 2Lоб — длина вагона по осям автосцепок, м;
qn — допускаемая погонная нагрузка вагона, тс/м. Погонная нагрузка для грузовых вагонов может быть определена [18] по формуле
, (10.8)
а для платформ — по формуле
, (Ю.9)
где Fгаб =2Lвн-2Bвн — площадь пола вагона по условиям вписывания вагона в габарит, м2;
fу.опт — оптимальная удельная площадь пола платформы;

где ΣΡΙ — грузооборот, т-км нетто.
2LBH — внутренняя длина вагона, м;
2Ввн — внутренняя ширина вагона, м;
ат — толщина торцовой стенки кузова вагона, м;
аа — вылет автосцепки, м. При проектировании вагонов необходимо предусматривать мероприятия, направленные как на увеличение надежности вагона в целом, так и на создание конструкции кузова, обеспечивающей уменьшение трудоемкости и продолжительности грузовых операций.
Годовая производительность вагона определяется по формуле
(10.10)
где Рф — фактическая грузоподъемность вагона, т;
lгр— груженый рейс вагона, принимаемый по данным ЦНИИ МПС 600 км;
Θ — время оборота вагона, сутки. Время оборота вагона

где a — коэффициент порожнего пробега вагона;
vуч — участковая скорость по видам тяги, м/с;
Lтех — среднее расстояние между техническими станциями, м;
tтех — время простоя вагона на технической станции, с.
tн.к — время на начальные и конечные операции, с. Потребный парк вагонов для освоения объема грузооборота в тонно-километрах нетто (10.12)