Классификация вагонов и их основные технико-экономические показатели

Вагоны по своему назначению делят на две основные группы — пассажирские и грузовые. По условиям эксплуатации их можно классифицировать следующим образом:

вагоны магистральные, служащие для перевозки пассажиров и грузов по сети железных дорог Министерства путей сообще­ния (МПС);

вагоны промышленного транспорта, предназначенные для экс­плуатации на внутризаводских и других промышленных рельсо­вых путях; если вагоны промышленного транспорта отвечают и требованиям, предъявляемым к магистральным вагонам, то по согласованию с МПС их можно эксплуатировать без ограничения (или с некоторыми ограничениями) и на магистральных железных дорогах МПС;

вагоны городского транспорта, обеспечивающие перевозку пас­сажиров и грузов по городским и, в ряде случаев, пригородным железнодорожным путям — наземным и подземным.

Вагоны также делят на вагоны широкой и узкой колеи.

Пассажирские вагоны магистральных железных дорог делят на несамоходные вагоны локомотивной тяги и самоходные.

К вагонам локомотивной тяги относят следующие вагоны:

дальнего следования (купированные или открытого типа) — для перевозки пассажиров на большие расстояния; в зависимости от оборудования спальных мест для лежания их называют жест­кими или мягкими;

межобластного сообщения — для перевозки пассажиров на сравнительно небольшие расстояния (до 800—1000 км), главным образом в дневное время;

пригородного сообщения — для перевозки пассажиров на не­большие расстояния в пределах пригородных зон городов и рабо­чих поселков;

вагоны-рестораны, обеспечивающие организацию питания пас­сажиров в пути следования при дальних перевозках;

багажные — для перевозки багажа пассажиров дальнего сле­дования, а также багажа, отправляемого пассажирской ско­ростью;

почтовые — для перевозки почтовых грузов (писем, посылок и т. д.);

почтово-багажные — для выполнения комбинированной функ­ции почтовых и багажных вагонов на участках железных дорог с небольшими пассажирскими перевозками;

вагоны для туристов (двухэтажные), имеющие на первом этаже купе отдыха со спальными местами, а на втором этаже — салон с креслами под остекленным куполом;

вагоны-электростанции, предназначенные для централизован­ного питания электроэнергией (в поездах дальнего следования)

всех систем пассажирских вагонов, не имеющих индивидуального источника электроснабжения;

специальные вагоны — вагоны-лаборатории, служебные, сани­тарные, вагоны-клубы, вагоны-выставки и др.

К самоходным магистральным пассажирским вагонам относят следующие вагоны:

электропоездов — главным образом для пригородного и мест­ного сообщения;

дизель-поездов — для пригородного и местного сообщения на неэлектрифицированных линиях;

автомотрисы (автономные самоходные вагоны) — для перевозки пассажиров на участках железных дорог с небольшими пассажир­скими перевозками.

К грузовым вагонам магистральных железных дорог относят:

универсальные — для перевозки грузов широкой номенкла­туры;

специализированные — для перевозки одного или нескольких близких по характеру грузов.

По типам конструкции различают:

платформы — для перевозки длинномерных и громоздких гру­зов, контейнеров, леса, металлопроката, автомашин и других гру­зов, не требующих защиты от атмосферных воздействий;

полувагоны — для перевозки руды, угля, лесоматериалов и других грузов, не требующих защиты от атмосферных воздействий;

крытые вагоны — для перевозки зерна, упакованных штучных и ценных грузов, скота и других грузов, нуждающихся в защите от атмосферных воздействий;

цистерны — для перевозки жидкостей (нефтепродуктов, кислот, сжиженных газов), некоторых порошкообразных сыпучих грузов и т. п.;

хопперы и бункерные саморазгружающиеся вагоны — для пере­возки массовых сыпучих, порошкообразных, кусковых и полу­жидких грузов;

изотермические вагоны — для перевозки скоропортящихся, главным образом пищевых грузов (мяса, рыбы, молока, фруктов и т. п.);

транспортеры (специальные многоосные вагоны) — для пере­возки таких грузов, которые по габаритным размерам или массе невозможно перевозить в обычных вагонах.

Пассажирские и грузовые магистральные вагоны могут быть как общесетевыми, так и с ограниченной сферой применения, главным образом в зависимости от их габаритных размеров.

К вагонам промышленного транспорта относят вагоны-думп­кары, саморазгружающиеся вагоны-самосвалы, предназначенные главным образом для горнорудных предприятий и угольных раз­работок, а также все специальные грузовые вагоны, эксплуати­руемые на промышленных предприятиях без права выхода (или ^с правом выхода) на магистральные пути МПС.

К вагонам городского транспорта относят:

трамвайные вагоны — для перевозки населения (в городах и ближайших пригородах) по рельсовым путям, оборудованным контактной подвеской;

вагоны метрополитена — для массовой перевозки пассажиров на линиях метрополитена, оборудованных третьим токоведущим рельсом.

Всем вагонам, находящимся в серийном производстве, обяза­тельно присваивают номер модели, который состоит из двух частей: первая часть содержит два знака — номер подгруппы и вид со­гласно общесоюзному классификатору промышленной и сельско­хозяйственной продукции; вторая часть содержит индекс кон­структорской документации изделия. Граничные значения индек­сов для каждого предприятия устанавливает ВНИИВ.

Конкретные эксплуатационные и технико-экономические ха­рактеристики вагонов зависят от обоснованного выбора их пара­метров и конструктивного исполнения. Наиболее важными пара­метрами, характеризующими эффективность грузовых вагонов, являются грузоподъемность, вес тары, количество осей, объем кузова, площадь пола, длина вагона и другие его линейные раз­меры, а также производные этих параметров — коэффициент тары, удельный объем или удельная площадь, нагрузка от колесной пары на рельсы (осевая нагрузка) и погонная нагрузка на путь.

Первостепенное значение имеет проблема снижения тары ваго­нов, так как ее решение позволяет снизить затраты материалов на изготовление вагонов, сократить расходы в эксплуатации на перевозку тары вагонов и повысить их грузоподъемность в пре­делах допускаемой нагрузки от колесной пары на рельсы. Все это способствует увеличению провозной способности железных дорог. Снижения тары вагонов при одновременном повышении грузо­подъемности и эксплуатационной надежности можно достигнуть в результате более рациональной конструкции узлов и деталей; уменьшения динами шских усилий совершенствованием ходовых частей и поглощающих аппаратов автосцепки; применения низко­легированных сталзй повышенной прочности и коррозионной стойкости, высокопрочных алюминиевых сплавов и пластмасс. Эту задачу можно также решить, совершенствуя технологию из­готовления вагоноз, применяя прогрессивные методы сварки и сборки узлов, поверхностное упрочнение, оплавление и обработку наиболее ответственных сварных швов, точное литье и т. д. Эффек­тивность снижения тары характеризуют коэффициентом тары — отношением веса тары вагона к грузоподъемности. Различают:

технический или конструктивный коэффициент тары k_T = T/P, где Т — вес тары; Р — номинальная грузоподъемность;

погрузочный коэффициент тары, учитывающий фактическое использование грузоподъемности вагона, k_n = Т/Рλ, где λ — коэффициент использования грузоподъемности; Рλ — статиче­ская нагрузка вагона;

эксплуатационный коэффициент тары, учитывающий степень использования вагона с учетом дальности перевозок и порожнего пробега

,

где а_пор — коэффициент порожнего пробега; Р_дин — средняя ди­намическая нагрузка груженого вагона, определяемая делением тонно-километровой работы на пробег в вагоно-километрах.

При проектировании и эксплуатации вагонов следует стре­миться к тому, чтобы все три коэффициента тары имели минималь­ное значение и по возможности мало различались.

Коэффициенты тары в значительной мере зависят от удельного объема или удельной площади. Удельным объемом называют от­ношение объема кузова к грузоподъемности вагона:

где V — полный расчетный объем кузова, м³; Р — грузоподъем­ность, тс; V_n — полезный объем, м³; φ — коэффициент использо­вания расчетного объема, φ = V_п/V.

Для платформы характерным параметром является удельная площадь — отношение площади пола к номинальной грузоподъем­ности:

'

где F — полная площадь пола, м²; Н — высота груза, м.

Для специализированных вагонов, предназначенных для пере­возки груза с одинаковым удельным (объемным) весом у, тс/м³, необходимый удельный объем или удельную площадь определяют из выражений

Для универсальных вагонов, рассчитанных на перевозку гру­зов большой номенклатуры, трудно добиться полного использо­вания объема и грузоподъемности при перевозке различных гру­зов. Поэтому для универсальных вагонов V_y и f_y определяют как оптимальные величины для всего грузооборота (по методике и формулам, предложенным Л. А. Коганом).

По приведенным формулам устанавливают долю в грузоооороте и необходимые при перевозке удельные объемы К_у._г и удельные площади f_у6 каждого груза, планируемого для перевозки в вагоне данного типа. Сгруппировав грузы, близкие по значениям V_у.г

и f_у.г, определяют степень использования λ грузоподъемности вагона в зависимости от V_y и f. Тогда

где а_и — доля в грузообороте грузов, при перевозке которых ис­пользуется грузоподъемность вагона при данных V_у и f_у, а_н — доля в грузообороте грузов, при перевозке которых, недоисполь­зуется грузоподъемность вагона при данных V_y и f_у

Коэффициент λ использования грузоподъемности и соответ­ственно средневзвешенные статические и динамические нагрузки можно также рассчитать, корректируя статическую нагрузку в за­висимости от изменения полезного объема (для одних грузов) или площади (для других грузов) и предельной грузоподъемности (для остальных грузов).

Оптимальным удельным объемом V_у.опт является объем, соот­ветствующий минимальным приведенным затратам, определяемым выражением

С + Е_нК,

где С — себестоимость перевозок; К — капитальные затраты на внедрение нового вагона; Е_н — нормативный коэффициент эффек­тивности.

Одним из важнейших параметров вагона является грузоподъем­ность. Увеличение грузоподъемности позволяет повысить произ­водительность вагона в единицу времени, увеличить веса поездов, улучшить использование мощности локомотивов и станционных устройств, снизить расходы на маневровую работу, текущее со­держание, обслуживание вагонов и т. д. В конечном счете все это приводит к увеличению провозной способности железных дорог и снижению себестоимости перевозок. В современных условиях повышение статической нагрузки вагонов на 1 % позволяет уве­личить средний вес грузового поезда (нетто) примерно на 15 тс, а повышение веса поезда на 10% сокращает себестоимость пере­возок примерно на 2%.

Грузоподъемность можно определять исходя из структуры грузооборота и рационального использования габарита подвиж­ного состава. Тогда

Где V_габ — возможный объем кузова по габариту, м³; V_у.опт –

оптимальный удельный объем, определенный для данного грузо­оборота, м³/тс.

Грузоподъемность можно также определять по допускаемой осевой нагрузке. Тогда

где Р₀ — допускаемая осевая нагрузка, тс; т — количество осей в вагоне; k_T — технический коэффициент тары вагона.

Наконец, грузоподъемность можно определять исходя из допу­скаемой максимальной нагрузки вагона, приходящейся на 1 м пути (погонной нагрузки). Тогда

где L — проектная длина вагона по осям сцепления автосцепок, м; q_n — допускаемая погонная нагрузка на путь от брутто вагона, тс/м.

Экономичность вагона зависит от его конструкции, которая должна иметь минимальную стоимость и обладать высокими экс­плуатационными качествами. Особенно важное значение имеет степень приспособленности вагона для быстрого выполнения погрузочно-разгрузочных операций с минимальными затратами труда. Данные эксплуатации показывают, что грузовой вагон в среднем около 35% времени оборота находится в простое под погрузкой и выгрузкой. Поэтому совершенствование конструкции грузовых вагонов должно быть направлено на сокращение доли времени оборота, затрачиваемого на.погрузочно-разгрузочные операции.

Основные линейные размеры грузового вагона необходимо определять из условия вписывания в заданный габарит, удобной погрузки и выгрузки, рационального размещения и обеспечения сохранности грузов, наилучшего взаимодействия с другим под­вижным составом и максимального использования допускаемых осевых и погонных нагрузок на путь.

Важнейшие параметры пассажирских вагонов следующие: вес тары; вместимость (расчетная населенность); линейные размеры (длина и др.); скорость движения; ускорение разгона и т. д. Для сравнения различных конструкций удобны такие удельные показатели, как масса тары на одно пассажирское место (на одного расчетного пассажира), масса тары на единицу длины или площади горизонтальной проекции вагона, вместимость на единицу длины, мощность тяговых двигателей на ось, и т. д.

При оценке технико-экономических показателей пассажирских вагонов необходимо учитывать уровень их комфортабельности, обеспечения эргономических, санитарных и эстетических требова­ний. Естественно, например, что вес тары и стоимость вагона ^с кондиционированием воздуха будет выше, чем те же параметры

вагона с обычной вентиляцией. Однако и проезд в таком вагоне значительно удобнее. Возникают определенные трудности при ко­личественной оценке экономической эффективности мероприятий по совершенствованию конструкции пассажирских вагонов, на­правленных на улучшение комфортно-санитарных условий проезда, увеличение его скорости и безопасности движения. Поэтому во многих случаях пока не удается получить абсолютную технико-экономическую характеристику новой конструкции в конкретной форме народнохозяйственного эффекта и строго экономически обосновать выбор оптимальных параметров пассажирских вагонов. Исследования по разработке более совершенных методов оценки экономической эффективности пассажирских вагонов проводятся во ВНИИВ и других организациях.

В эксплуатации определяющим показателем совершенства кон­струкции вагона является себестоимость перевозок груза или пас­сажиров в заданных условиях. В общем случае критерием опти­мальности конструкции вагона являются минимальные приведен­ные народнохозяйственные затраты на выполнение транспортных операций расчетного объема. Лучшим считают вагон с парамет­рами, при которых приведенные затраты наименьшие, а народно­хозяйственный экономический эффект — наибольший.

Народнохозяйственный экономический эффект от производства и использования нового или усовершенствованного вагона

(1)

где Ц_б — цена базисного вагона (руб.), скорректированная с уче­том фактических затрат, соответствующих году начала освоения производства нового вагона, и установленного для вагона этого типа норматива рентабельности; а — коэффициент эквивалент­ности, характеризующий относительное изменение производитель­ности нового вагона с учетом расчетного срока службы вагона;

∆ С — изменение себестоимости производства одного нового вагона (в год начала его освоения) по сравнению с базисным; Е_н — нор­мативный коэффициент эффективности в отрасли вагоностроения; ∆ К — удельные дополнительные капитальные затраты, связанные с созданием и организацией производства нового вагона; И'₆ и И'_н — годовые текущие издержки без учета отчислений на амор­тизацию соответственно базисного и нового вагонов; Р_{ам н} — коэффициент отчислений на реновацию при использовании нового вагона; Е'_н —нормативный коэффициент эффективности для жел.-дор. транспорта; К'б и К'н — дополнительные капитальные затраты, сопутствующие применению соответственно нового и базисного вагонов, исходя из объема перевозок при использовании нового вагона.

Коэффициент

(2)

где П_н и П_б — годовая производительность вагона, соответственно нового и базового; Т_н и Т_б — срок службы соответственно нового и базового вагона с учетом его морального износа. Для грузовых, почтовых и багажных вагонов

(3)

где — средняя динамическая нагрузка груженого вагона; R' — рейс груженого вагона; k_p — коэффициент, учитывающий время нахождения вагона вне рабочего парка; 0_В — оборот вагона.

Для пассажирских вагонов

(4)

где М — средняя населенность вагона; S — среднесуточный про­бег вагона.

Важным параметром, учитываемым при проектировании новых вагонов, является лимитная цена, которая служит экономиче­ским показателем предельно допустимого уровня народнохозяй­ственных затрат с учетом технико-экономических показателей нового изделия. Лимитная цена

(5)

где В — коэффициент удешевления, связанный со снижением из­держек производства нового изделия после освоения его серий­ного выпуска (обычно В = 0, 8-^0, 95).

Оптовую цену на новый вагон устанавливают с учетом норма­тивной рентабельности. Как правило, оптовая цена существенно ниже лимитной цены.