Экспериментальный полувагон для перевозки угля и других полезных ископаемых

Сегодня в России остро стоит проблема обновления парка подвижного состава для все более увеличивающихся перевозок угля и других полезных ископаемых. Редактор журнала «Горная Промышленность» В.А. Зенин, обратился с просьбой к Владимиру Ивановичу КОРОЛЬКОВУ, д.т.н., директору инженерного центра ОАО «ВАСО» - НПП «Технологический центр» рассказать об истории создания первого российского опытного полувагона с кузовом из высокопрочных алюминиевых сплавов.Современное мировое вагоностроение еще с 1960-х годов предлагало использовать полувагоны, изготовленные из алюминиевых сплавов. На сегодняшний день 80% грузоподвижного состава США изготовлено из алюминиевых конструкций, в Европе 60%. Россия в этом направлении делает только первые шаги. Железнодорожники на своих профильных заводах пытались изготовить вагоны нового поколения, но их конструкции оказались неудачными. Основная задача при создании нового полувагона - снижение веса, т.к. при перевозке грузов большое значение играет собственная масса вагона, что влечет за собой дополнительные затраты. Конструкторы, которые проектировали новый полувагон из алюминиевых сплавов, пошли традиционным проверенным путем, оставив без изменения конструкцию полувагона, основу которого составляли стальные балки. Алюминиевые сплавы использовались в конструкции стоек, верхней обвязки и обшивки. В итоге вес вагона снизился с 25 т до 23.5 т, что в конечном итоге оказалось весьма незначительным.

Основой силовой схемы полувагона является мощная продольная стальная хребтовая балка, воспринимающая осевые и поперечные (изгибающие) эксплуатационные нагрузки, на которой закреплены поперечные балки, поддерживающие обшивку со стойками. Такая конструктивно-силовая схема относительно проста в изготовлении, достаточно технологична в производстве, однако обладает целым рядом недостатков. Данная схема не позволяет обшивкам и рамной конструкции кузова воспринимать весь комплекс нагрузок, включая продольные и изгибающие нагрузки. В результате конструкция становится недостаточно эффективной, что вызывает повышение массы тары и, как следствие, значительно снижает грузоподъемность при ограниченной предельной нагрузке на ось тележки и рельсовый путь.

Расположение кузова над хребтовой балкой с большой строительной высотой повышает центр тяжести полувагона, снижая его устойчивость на опрокидывание, особенно при движении порожняком. При высоком расположении дна кузова относительно головок рельсов невозможно достичь большого объема кузова при неизменных габаритах полувагона.

Стало понятно, что необходимы абсолютно новые технические идеи и решения в конструировании нового полувагона. Все началось в 2004 г., когда в Воронеж прибыл с рабочим визитом вице-президент РЖЦ В. Гапа-нович. ОАО «Российские железные дороги» разработало программу создания новых полувагонов, основным конструкционным материалом в которых являются алюминиевые сплавы. Реализация этой программы была поручена Воронежскому акционерному самолетостроительному обществу (ВАСО). При создании полувагона были использованы: колоссальный опыт авиастроения, современные методы проектирования и изготовления авиационных конструкций. ВАСО силами своего Инженерного центра - НПП «Технологический центр» совместно с ВНИИЖТ создало опытный образец специализированного четырехосного полувагона для перевозки угля и сыпучих грузов с кузовом из алюминиевых сплавов. Для изготовления полувагона были использованы авиационные технологии. В своей работе мы исходили из того, что если наши конструкторы создают самые лучшие в мире самолеты, то почему нельзя создать современный, не уступающий лучшим мировым образцам подвижной состав.

При проектировании конструкции полувагона были использованы новые технические идеи: несущий кузов, обеспечивающий оптимальное распределение эксплуатационных нагрузок на все элементы конструкций; трехслойная силовая обшивка, воспринимающая значительную часть нагрузок; гладкие внутренние и внешние поверхности. Гладкость внутренних поверхностей обеспечивает наилучшие условия для выгрузки сыпучих гру-
зов на роторных вагоноопрокидывателях. Конструкция должна обеспечивать максимально возможную степень автоматизации заготовительных и сборочных процессов. На ОАО «Каменск-Уральском металлургическом заводе», входящим в «СУАЛ-Холдинг» было освоено опытное производство длинномерных прессованных полых панелей из высокопрочных алюминиевых сплавов. Получив готовые комплектующие, на предприятии приступили к сборке вагона. Наше «ноу-хау» заключается в том, что мы совсем убрали хребтовую балку, ту основу, на которой держится вагон, заменив ее на несущий кузов. Сам кузов изготовлен из экструдированных пустотных панелей. На нем установлены экспериментальные тележки с нагрузкой 25 тонн на каждую ось, установлена раздельная система торможения, которая раньше не применялась. Объем кузова полувагона увеличен до 100.5 м3, вместо 60-70 м3 в старом. Грузоподъемность вагона - 82 т, масса нового полувагона - 18 тонн.

Новый алюминиевый полувагон успешно прошел испытания на полигоне ВНИИЖТа в Щербинке. Расчетный жизненный ресурс нового полувагона - 32 года (у ныне работающих - 16 лет). При испытании его разгоняли до 130 км/час и он показывал хорошие ходовые качества. По стоимости полувагон из высокопрочных алюминиевых сплавов дороже изготовленного из стали, но имеет ряд существенных преимуществ: повышена грузоподъемность, что эффективно сказывается на использовании вагона, более высокая коррозийная стойкость кузова вагона, увеличена скорость транспортировки. По нашим оценкам пропускная способность железной дороги увеличивается до 19%. На ВАСО будет изготовлена установочная опытно-промышленная партия из 10 полувагонов для дальнейшей сертификации. Тема железнодорожных перевозок сегодня весьма актуальна. Мы также спроектировали специальные платформы для трансконтинентальных перевозок контейнеров.

Первый шаг в создании полувагона нового поколения сделан. Думаю, что у вагона из алюминиевых сплавов есть хорошая перспектива продвижения на рынок грузоперевозок.

Журнал "Горная Промышленность" №4 2007