Крытые вагоны (стр. 1 )

Министерство путей сообщения Российской Федерации

Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Кафедра «Вагоны»

К Р Ы Т Ы Е В А Г О Н Ы

Методическое пособие

по дисциплине «Конструирование и расчет вагонов»

Хабаровск

2003

УДК 629.463.1/.5(075.8)

ББК 0244.2 я73

Х 207

Рецензент:

Начальник Восточного отделения Центра организации

Ремонта грузовых вагонов МПС

Харитонов, М. И.

Х 207 Крытые вагоны: Методическое пособие по дисциплине «Конструирование и расчет вагонов» / , ; ДВГУПС. Каф. «Вагоны». - Хабаровск: ДВГУПС, 2003. – 54с.:ил.

В методическом пособии приведены назначение, классификация и конструктивные схемы крытых вагонов. Изложены вопросы истории развития конструкций кузовов крытых вагонов, устройство кузовов современных крытых вагонов. В пособии приведен обзор конструкций крытых вагонов, необходимый для получения студентами знаний, предусмотренных Государственным стандартом. Данное пособие может быть использовано при выполнении курсовых и дипломных проектов, связанных с разработкой новых конструкций крытых вагонов. Методическое пособие предназначено для студентов специальности «Вагоны» дневной и заочной форм обучения.

УДК 629.463.1/.5(075.8)

ББК 0244.2 я73

Ó Дальневосточный государственный университет

путей сообщения (ДВГУПС), 2003

ВВЕДЕНИЕ

Создание высокоэффективных типов и конструкций вагонов, качественное техническое их обслуживание и ремонт во многом зависит от квалификации специалистов вагонного хозяйства. Для грамотного решения вопросов, связанных с созданием и внедрением эффективных конструкций грузовых, пассажирских, рефрижераторных и специализированных вагонов, современный инженер - механик должен знать и использовать в своей деятельности устройство, функциональное назначение, рабочие характеристики оборудования вагонов. В связи с этим рабочей программой профессиональной подготовки специалистов по дисциплине «Конструирование и расчет вагонов» предусмотрено выполнение цикла лабораторных работ, целью которых является изучение указанных вопросов. Полученные знания закрепляются при выполнении курсового и дипломного проектов.

Данное пособие содержит основные сведения о конструкции, истории развития, возможных конструктивных схемах такого массового вида подвижного состава, как крытые вагоны. Приведенные в методическом пособии сведения необходимы как для изучения конструкции современных крытых вагонов, так и для решения вопросов конструирования при выполнении курсовых и дипломных проектов.

1.  НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ КРЫТЫХ ВАГОНОВ

Крытые вагоны предназначены для перевозки штучных, тарно-штучных, пакетированных, насыпных, дорогостоящих приборов, различных механизмов, станков, машин и других грузов, требующих укрытия и защиты от воздействия атмосферных осадков [1, 3]. Конструкции кузовов этих типов вагонов имеют раму, боковые и торцевые стены, крышу, двери и люки для загрузки и выгрузки грузов. По своему назначению крытые вагоны разделяются на два типа: универсальные и специализированные.

Отличительной особенностью кузовов универсальных крытых вагонов является наличие задвижных дверей 1 (рис. 1.1, а), вентиляционных люков 3 в боковых стенах и загрузочных люков 2 в крыше. В таких вагонах, наличие крыши препятствует использованию подъемно-транспортных механизмов при выполнении погрузочно-разгрузочных операций, а размеры дверного проема ограничивают фронт работ при погрузке и выгрузке грузов автопогрузчиками или электрокарами.

Для повышения производительности труда, а также для более эффективного использования подъемно-транспортной техники при производстве погрузочно-разгрузочных операций могут быть использованы крытые вагоны с трансформируемыми крышей или стенами.

Например, в крыше могут быть устроены щелевые люки 1 (рис. 1.1, б) на всей ее длине, что позволит загружать вагоны сыпучим грузом при движении состава вагонов в сторону загрузочного бункера 2. В этом случае между кузовами должны быть предусмотрены специальные откидные фартуки 3 в межвагонных промежутках.

Для более эффективного использования автопогрузчиков и ускорения погрузо-разгрузочных работ, производимых со штучными, тарно-штучными пакетированными и подобными грузами, кузова могут быть оборудованы стенами со сдвигающимися панелями 1, 2, 3, 4 (рис. 1.1, в). Сдвинув, например, панели 1 и 2 вправо при помощи автопогрузчика можно было бы производить (с боковой платформы) погрузо-разгрузочные работы в левой стороне кузова вагона, а затем, повторяя операции, в правой стороне кузова.

Для обеспечения возможности использования подъемно-транспортных механизмов (подъемные краны) при погрузке и выгрузке крупногабаритных и тяжеловесных грузов кузов может быть оснащен раздвижной (рис. 1.1, г) или раскрывающейся (рис. 1.1, д) крышей. При такой конструктивной схеме, часть крыши 1 (рис. 1.1, г) сдвигается вправо, располагаясь над частью 2. После производства погрузо-разгрузочных работ в левой части кузова обе части крыши сдвигаются влево, и производится погрузка или выгрузка груза в правой части кузова вагона. При варианте кузова с раскрывающейся крышей продольные части 1 и 2 (рис. 1.1, д) располагаются вдоль боковых стен.

К специализированным крытым вагонам относятся вагоны для перевозки: скота, легковых автомобилей, холодногнутой стали, гранулированных полимеров, муки, апатитового концентрата, а также конструкции бункерного типа (хоппер) для перевозки зерна, цемента и минеральных удобрений.

В вагонах бункерного типа, с целью использования гравитационных свойств сыпучих грузов, кузов проектируют с наклонными торцевыми стенами (рис. 1.1, е). В этом случае сыпучий груз самотеком выгружается через бункерные устройства 2 с боковыми или нижними люками. Загрузка сыпучего груза производится через люки 1, расположенные в крыше.

Кузова крытых вагонов, предназначенных для перевозки легковых автомобилей, имеют двухстворчатые торцовые двери 2 (рис. 1.1, ж), оборудованы нижним и средним полом (двухэтажный) и зарешеченными окнами 1. Автомобили размещают на нижнем и среднем полу и закрепляют специальными колесными упорами. Погрузо-разгрузочные операции выполняют своим ходом по переездным площадкам и направляющим устройствам.

Кузова специализированных крытых вагонов имеют цельнометаллическую конструкцию, кроме вагонов для перевозки скота.

Для бестарной транспортировки муки используется специализированный вагон, на раме 1 (рис. 1.1, з) которого размещены вертикальные коническо-цилиндрические бункера 2, имеющие верхние загрузочные люки 3. Разгрузка осуществляется автоматически с помощью сжатого воздуха через специальные герметичные муководы.

Кузова крытых вагонов для перевозки крупного скота оборудованы кормушками, поилками, баками для запаса воды, закромами для хранения корма. Кузов для мелкого скота и птицы – двухэтажный, он также оборудован всеми устройствами, необходимыми при длительной их транспортировке. Для прохода обслуживающего персонала из вагона в вагон такие кузова оборудованы торцовыми дверями с переходными площадками, а некоторые из них имеют купе для проводников.

2.  ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ КОНСТРУКЦИЙ КРЫТЫХ

ВАГОНОВ

Наиболее полно история развития конструкций крытых вагонов рассмотрена в книге «Развитие отечественного вагонного парка» [2]. Ниже приведены выдержки из этой книги.

Первые крытые вагоны имели две двухосные тележки. Все несущие элементы кузова делали де­ревянными из-за недостаточного про­изводства металла в стране.

Рама кузова крытого вагона со­стояла из продольных и поперечных брусьев. Основными продольными брусьями являлись боковые, которые одновременно служили нижними об­вязками боковых стен. Боковые бру­сья соединяли между собой шестью поперечными: двумя концевыми, дву­мя шкворневыми, расположенными над серединами тележек, и двумя дверными, т. е. размещенными у ос­нования дверных стоек. Кроме того, в средней части рамы, между боковы­ми брусьями располагали дополнительные боковые брусья. Они дохо­дили только до шкворневых брусьев. Длина рамы составляла 7990 мм.

Боковая стена высотой 1785 мм имела 10 стоек (две угловые, две дверные, две шкворневые и четыре промежуточные), четыре раскоса, обеспечивавших жесткость стены, и верхний обвязочный брус, соединяв­ший верхние концы стоек. Их нижние концы были соединены боковым бру­сом рамы.

Торцовая стена имела три стойки, расположенные между угловыми. Ку­зова обшивали досками толщиной 25 мм, шириной 175 мм, их распола­гали горизонтально с внутренней сто­роны вагона, прибивая к стойкам гвоздями. Пол также составляли из досок толщиною 50 мм. Крыша имела дуги и деревянную обшивку, покры­тую плотной просмоленной паруси­ной. На парусину наносили слой смо­лы, посыпанной песком и обмазанной густым раствором извести.

По середине боковых стен ставили двустворчатые двери, отворяющиеся наружу. Запирались они с помощью бруса, который при закрывании две­рей поворачивался, и заходил своими концами за скобы, укрепленные на дверных стойках. Люков у вагона не было.

Объединенные ударно-тяговые при­боры обеспечивали сцепление ваго­нов между собой, а также передачу продольных сжимающих и растяги­вающих усилий. Приборы располага­ли по центру на концевых брусьях рамы и стягивали друг с другом двумя боковыми болтами, проходившими по всей длине вагона. Надобности в бо­ковых буферах не было.

Вагон был оборудован тормозным устройством с ручным приводом. Привод тормоза осуществлялся це­пью, снабженной храповиком и со­бачкой; штурвальное колесо разме­щали на тормозной площадке, имев­шей сиденье для кондуктора-тормозильщика. Грузоподъемность вагона составляла 8,2 т, тара - 7,8 т.

Четырехосные вагоны, построен­ные Александровским заводом, бла­годаря своим достоинствам успешно эксплуатировались на Петербург-Московской железной дороге. Одна­ко им были присущи и недостатки: максимальная статическая нагрузка от колесной пары на рельсы состав­ляла 40 кН, т. е. 4 тс вместо 10 тс, на которые был рассчитан рельсовый путь дороги; технический коэффици­ент тары, у крытого вагона составлял 0,95.

Снижения этого коэффициента, ха­рактеризующего технико-экономи­ческую эффективность вагона и по­вышение нагрузки от колесной пары на рельсы, можно было достичь путем замены деревянных деталей метал­лическими в основных несущих эле­ментах кузова и его рамы. Однако металла в России тогда выплавлялось мало, в связи, с чем целесообразно было строить двухосные вагоны.

Коэффициент тары двухосного крытого вагона состав­лял 0,79, т. е. был существенно лучше, чем у описанного выше четырехосно­го вагона. Для удобства передачи нагрузки от кузова на колесные пары боковые брусья располагали над шейками осей. Чтобы получить большую шири­ну кузова, его боковые стены были вынесены наружу, они опирались на боковые брусья при помощи кронш­тейнов.

Крытый двухосный вагон, постро­енный в 1862 г., имел деревянную ра­му кузова, на которой было располо­жено 10 поперечных брусьев. На концы этих брусьев опирались ниж­ние обвязочные брусья боковых стен с вдолбленными стойками. Настил пола состоял из досок толщиной 50 мм, уложенных вдоль вагона и опирав­шихся на поперечные брусья. Стены были обшиты досками толщиной 25 мм. Кровля — парусиновая на смо­ле. Вагон имел четыре буфера. Для лучшей передачи продольных сжимаю­щих усилий рама кузова имела рас­косы. Упряжь — сквозная, стержни крюков, проходящие вдоль всего ва­гона, соединялись в центре. Там же располагался тяговый аппарат. Гру­зоподъемность вагона составляла 10 т, тара нетормоз­ного вaгона - 6,2 т, тормозного - 6,7 т.

В 1870—1873 гг. Ковровские мас­терские строили крытые вагоны более совершенной конструкции. Для опо­ры боковых стен и настила пола не требовалось поперечных брусьев. Уг­ловые стойки боковых стен опирались на концы буферных брусьев, а про­межуточные стойки — на выносные кронштейны, прикрепленные к боко­вым брусьям рамы кузова. Доски по­ла укладывали поперек вагона. Ввер­ху боковых стен размещались застек­ленные окна или люки, закрывавшие­ся откидными стальными крышками изнутри вагона. Дверь перемещалась по направляющим. В некоторых ва­гонах деревянные брусья рамы кузо­ва для повышения их жесткости и прочности подкреплялись шпренгелями.

В 1872 г. Ковровские мастерские выпустили первый грузовой вагон, в котором деревянные боковые брусья рамы были заменены стальными бал­ками.

Длина кузова тормозного и нетор­мозного вагона в рассматриваемой конструкции была одинаковой. Тор­мозная площадка размещалась на конце вагона с удлиненной консолью, она имела ширину 490 мм. Ступень­ки тормозной площадки опирались на кронштейны (косоуры). Тормоз — од­ностороннего действия, колодки — чугунные. Грузоподъемность вагона была 10 т, а тара - 6,8 т. Описанный тип ва­гона Ковровских мастерских впос­ледствии и был принят за основу «нормального» вагона.

Уместно отметить, что двухосные крытые вагоны, выпускавшиеся Алек­сандровским заводом в 1874—1875гг., имели деревянную раму кузова. Бо­ковые стены снабжались раскосами, их люки закрывались деревянными задвижками. Менее совершенными были грузовые вагоны постройки Ко­ломенского завода. Однако здесь со­здавались и прогрессивные конст­рукции вагонов. Так, после семилет­них исследований для балок рамы кузова был выбран коробчатый про­филь (швеллер), получивший в даль­нейшем широкое распространение в вагоностроении.

Большое значение для совершен­ствования конструкций вагонов, их ремонта и технического содержания имели съезды инженеров. Состоявший­ся в 1884 г. VII совещательный съезд инженеров службы подвижного со­става и тяги железных дорог России рассмотрел чертежи и технические условия на постройку грузовых ваго­нов. Особое внимание инженеров съезда привлекли чертежи крытых вагонов с нормальными размерами, разработанные Юго-Западными до­рогами. В результате по этим чертежам было построено свыше 1000 крытых вагонов и платформ.

Грузоподъемность крытых вагонов и платформ устанавливалась 12,5 т, размеры пола кузова тормозного и нетормозного вагонов — одинаковые, боковые балки рамы кузова — из швел­лера. Дверь — задвижная, плотно за­крывающая дверной проем. Кровля крытого ваго­на — стальная, уложенная на сплош­ную деревянную обшивку. Тормозные площадки — крытые, сквозные, с ши­рокими удобными ступеньками. Оставлены без изменения рас­стояние между центрами буферов, их высота над уровнем рельсов, расстоя­ние между внутренними гранями бан­дажей, их ширина и толщина, а также размеры винтовой стяжки для сцеп­ления вагонов, кроме того, 20 % ва­гонов должны быть тормозными.

В 1892 г. крытые вагоны и платформы нормального типа были введены в законодательном порядке для всех государственных и частных железных дорог. В результате Рос­сия явилась единственной страной в мире, располагающей 120—140 ты­сячами вагонов одного для всех дорог типа, что имело огромное значение, поскольку значительно упрощались ремонт и эксплуатация вагонов.

Конструкция нормального вагона была для своего времени рациональ­ной. Это подтверждалось также и тем, что грузоподъемность его последова­тельно увеличивалась: с 12,5 (1891 г.) до 15 т(1905г.), 16,5(1911 г.) и 18 т (1933 г.). Грузоподъемность росла лишь за счет усиления рессор­ного подвешивания и осей колесных пар, несущие элементы кузова и его рамы оставались прежними.

Рост перевозок в дореволюционной России обусловливал не только количественное увеличение ва­гонного парка, но и его совершенст­вование. Прежде всего, это происходило за счет повыше­ния грузоподъемности вагонов — важ­ного средства увеличения массы (веса) поездов, роста провозной спо­собности железных дорог.

Вопросы, связанные с повышением грузоподъемности нормальных ваго­нов и созданием четырехосных грузо­вых вагонов, обсуждались и на совещательных съездах инжене­ров службы тяги, специалистами экс­плуатационниками. При этом учиты­валось, что существующие конструк­ции подвижного состава, состояние пу­ти и искусственных сооружений не позволяли в то время повышать гру­зоподъемность двухосного вагона сверх 16,5 т. Для некоторых конст­рукций вагонов ограничивался и рост погонной нагрузки. Создание парово­зов повышенной мощности привело к увеличению числа грузовых вагонов в составе поезда до 50—60, однако, обращение таких поездов вызывало значительные затруднения.

Из-за малой грузоподъемности ва­гонов мощные паровозы использова­лись недостаточно эффективно. К то­му же конструкция двухосных вагонов во мно­гом уступала четырехосным, имею­щим ряд существенных преимуществ.

Повышение грузо­подъемности нормального вагона до 16,5 т обусловило введение осей но­вого типа, получивших название усиленных. Усиливали также рессоры путем увеличения числа листов и ударно-тяговые приборы. Что каса­ется кузова крытого нормального ва­гона, то он в основном удовлетворял условиям эксплуатации, однако в ря­де случаев подвергался видоизмене­ниям.

Для большинства перевозимых гру­зов объем кузова и площадь пола бы­ли достаточными. Исключение со­ставляли грузы с малой объемной мас­сой (легковесные). Чтобы полнее ис­пользовать грузоподъемность вагона при перевозке таких грузов, созда­вали временную или постоянную «надстройку» кузова. Например, у не­тормозного вагона под полом, между колесными парами, размещали ящик с отворяющимися наружу дверцами. Ящик крепили стальными полосами и болтами к боковым балкам рамы кузова. Надстройку выполняли и на крыше вагона. Она имела каркас из стали уголкового профиля, который был обшит досками и сверху покрытый брезен­том. Ящик и верхняя надстройка поз­воляли увеличить объем кузова нор­мального вагона на 15 м3.

В 1912 году Гельсинфорские мастер­ские строили крытые вагоны со сталь­ными стойками кузова вместо дере­вянных, что было вызвано затрудне­ниями в получении выдержанного дубового леса. Тара такого вагона со­ставляла 7,7 т, а грузоподъемность 18 т (вместо 7,2 и 16,5 т у нормально­го крытого вагона). Металлические стойки повысили прочность кузова. Полностью деревянные стойки были заменены металлическими только в годы советской власти.

При строи­тельстве крытых нормальных вагонов предусматривалась возможность (в случае необхо­димости) использования их для перевозки людей. Стены ку­зова в таких вагонах снаружи снаб­жали второй обшивкой, между наружной и внутренней обшивками про­кладывали слой войлока. Пол так­же был двойным. Пространство меж­ду основным и верхним полом запол­няли древесными опилками. Двери также имели вторую обшивку. Они были задвижными или отодвигались на 1/3 ширины: образовавшийся проем закрывался одностворчатой дверью. Для более удобного входа в вагон под дверями подвешивали стремянки. В люковые отверстия ставили задвиж­ные застекленные рамы. В середине кузова размещали чугунную печь, труба которой выводилась вверх через крышу. Пол в месте установки печи и крышу у трубы защищали ог­нестойким материалом. При перевозке людей на доски несъемного оборудо­вания, размещаемого внутри кузова, укладывали съемные доски, образуя подобным способом нары. Такие вагоны назывались теплушками.

Для перевозки мелкого скота строили двухъярусные вагоны с ре­шетчатым кузовом. Стойки и обре­шетка были деревянными. Вагоны обо­рудовали поворачивающимися кор­мушками, которые можно было за­полнять снаружи.

Крупный скот перевозили в кры­тых вагонах со стальным каркасом кузова. Вагоны имели улучшенное рессорное подвешивание. Внутри ку­зова ставили корыта для корма и воды. Некоторые вагоны не имели их, что нередко требовало специальных стоянок для кормления и поения животных. На крышах вагонов этих типов были устроены вентиляционные надстройки. Длина кузовов составля­ла 11 —12 м, тара вагонов 10—11 т, грузоподъемность 12,5т.

Важно отметить, что курс на строи­тельство нормальных вагонов имел большое значение для развития вагон­ного парка, поскольку ограничивал разнотипность вагонов и тем самым облегчал условия их ремонта и экс­плуатации. Вместе с тем это сдержива­ло развитие технической мысли, на­правленной на дальнейшее совершен­ствование конструкции вагонов, что диктовалось растущим грузооборо­том железных дорог, ростом мощности паровозов, а также интересами кли­ентуры.

При одинаковых нагрузках от ко­лесной пары на рельсы четырехосные вагоны обладали меньшим коэффици­ентом тары, поскольку масса некото­рых частей оставалась такой же, как у двухосных, или возрастала в меньшей степени, чем грузоподъемность. Ес­тественно, что длина состава, сформированного из четырехосных вагонов, при неизменной массе его уменьша­лась. Это обстоятельство позволяло использовать более короткие станци­онные пути, т. е. сокращать затраты на их удлинение. Четырехосные ваго­ны оказывали меньшее удельное со­противление движению, так как тележ­ки свободнее проходили кривые участ­ки пути, а также благодаря меньшему числу междувагонных промежутков, где создавалось повышенное воздуш­ное сопротивление. Снижение удель­ного сопротивления позволяло сокра­тить расход топлива паровозами на единицу работы, повысить массу или скорость движения поезда.

В то время нередко происходили обрывы сцепных приборов в движу­щемся поезде. Так, при испытании па­ровозов на линии Долинская—Ни­колаев в 1916 г. поезд массой 4100 т, составленный из двухосных нормаль­ных вагонов, практически нельзя бы­ло эксплуатировать из-за частых об­рывов сцепных приборов, в то время как передвижение состава из четырех­осных вагонов грузоподъемностью 40 и 50 т затруднений не вызывало. Кроме того, четырехосные вагоны позволяли сократить продолжитель­ность операций по формированию и расформированию поездов, доку­ментальному оформлению перевозок, взвешиванию вагонов, упростить об­менные операции, необходимые в то время при переходе вагонов с одной дороги на другую, сократить число дверей и люков, что тоже было немало­важно, так как они требовали время для их уплотнения и пломбирования, сократить число тормозильщиков, со­провождавших составы для приведе­ния в действие ручных тормозов.

Все описанные выше достоинст­ва четырехосных вагонов диктовали насущную необходимость и целесооб­разность их создания. Превосходство четы­рехосных вагонов предопределило их создание и применение на отечест­венных железных дорогах.

На Мытищинском заводе в 1898 г. был построен четырехосный тележечный крытый вагон грузоподъемно­стью 33,5 т.

В 1905 г. для внутреннего сообще­ния на Московско-Казанской дороге создали вагон грузоподъем­ностью 30 т, что в два раза превышало грузоподъемность двух крытых ваго­нов нормального типа. Для уменьше­ния тары вагон строили без тележек, с двумя парами свободно устанавливаю­щихся осей, т. е. колесных пар, спо­собных занимать радиальное положе­ние в кривых участках пути и тем са­мым уменьшать сопротивление движе­нию. Эта оригинальная конструкция имела и недостатки: интенсивный из­нос буксовых направляющих и со­прикасающихся с ними корпусов букс, требующий частого ремонта для вос­становления изношенных частей. Объем кузова составлял 65,6 м3, ширина и высота — такие же, как у кузова нормального вагона, а длина равнялась 11640 мм, т. е. была мень­ше, чем у двух вагонов нормального типа. У тормозных четырехосных ва­гонов тара была 14,6 т, у нетормоз­ных — 13,6 т.

Значительное количество крытых четырехосных вагонов было построено в 1906 г. для Юго-Западных и Екате­рининской дорог. Эти вагоны имели тележки. Стальные боковые балки рамы кузова имели форму бруса рав­ного сопротивления изгибу, без шпренгелей. Стальными были также и стой­ки кузова. В каждой боковой стене имелось две задвижных двери и четы­ре люка. Грузоподъем­ность вагона составляла 37,5 т, тара тормозного вагона - 19,3 т, нетор­мозного - 17,8 т.

В 1908 г. были построены четырех­осные крытые вагоны с хребтовыми балками в раме кузова. Так как эти балки воспринимали большую часть продольной нагрузки, нижние об­вязки боковых стен выполнены облег­ченными. Грузоподъемность вагона составляла 37,5 т, впоследствии она была повышена до 50 т.

Мытищинский завод в 1904 г. строил трехосные крытые вагоны, небольшое число которых (грузо­подъемностью 25 т) было изготовлено для Екатерининской дороги. Длина рамы кузова такого вагона составляламм, база — 7000 мм. Вагоны проявляли склон­ность к сходу с рельсов, когда раз­гружались крайние колесные пары, поэтому их постройка была прекращена.

С начала первой мировой войны резко возросли потребности в желез­нодорожных перевозках. Однако ва­гоностроительная промышленность России, занятая военными заказами, не могла их удовлетворить. Министер­ство путей сообщения вынуждено было заказать в США и Канаде 20000 гру­зовых вагонов (преимущественно четырехосных). В конце 1915 г. на железные дороги России посту­пили крытые двухосные и четырехос­ные вагоны, а также четырехосные по­лувагоны с деревянной и металличес­кой обшивкой кузова. Грузоподъем­ность крытого двухосного вагона, из­вестного под названием вагона ка­надского типа, составляла 20 т. Упряжь была несквозной (раз­резной), стойки кузова — стальные.

Крытый четырехосный вагон имел стальной каркас кузова в виде фер­мы, способный воспринимать основ­ные нагрузки вагона. При этом отпа­дала надобность в мощных боковых балках рамы кузова. С каждой стороны вагона находи­лась задвижная дверь, люков не было. Объем кузова — 80 м3. Вагоны были оборудованы автоматическим тормо­зом. Часть вагонов имела и ручные тормоза с приводом от вертикального вала с храповиком, штурвал которого располагался в плоскости крыши. Для прохода кондуктора во всю дли­ну крыши имелся помост с лестницей, идущей от буферного бруса. Проход по такому помосту нередко приводил к несчастным случаям, и поэтому вско­ре он был упразднен. Грузоподъем­ность вагона равнялась 40 т, а впос­ледствии была увеличена до 50 т. Та­ра составляла 20,6 т, наибольшая ста­тическая нагрузка от колесной пары на рельсы — 152 кН (15,2 тс).

Империалистическая и гражданская войны существенно сократили вагонный парк страны, строительство новых вагонов возобновилось уже в Советской России.

Двухосные крытые вагоны грузо­подъемностью 20 т начали строить в 1923 г. Помимо увеличенной грузо­подъемности, эта конструкция отличалась от крытого нормального ваго­на каркасом стен и рамой кузова, полностью изготовленной из метал­лических балок, что повышало проч­ность и надежность вагона. Стойки и верхнюю обвязку кузо­ва изготовляли из стали углового профиля сечением 90х90х9 мм и 90х60х мм, а дуги крыши — из швеллера 80x45x6 мм. Рама кузова имела хребтовую бал­ку, что позволяло в будущем обо­рудовать этот вагон автосцепным уст­ройством, а до его введения — не­сквозной упряжью ручного сцеп­ления. Это также являлось достоин­ством данной конструкции. Все бал­ки рамы кузова выполняли из швел­леров № 24, причем средние попереч­ные балки усиливали нижними на­кладками сечением 240х8 мм, а концевые (буферные) балки — верх­ними и нижними накладками сече­нием 300х8 мм. Балки и другие ме­таллические элементы кузова были соединены заклепками; для повыше­ния жесткости узлов использовали косынки и угольники. Стены вагона обшивали досками толщиной 40 мм внизу и 22 мм вверху и прикрепляли к стойкам болтами. Обшивку крыши толщиной 22 мм прибивали гвоздями к деревянным брускам, расположен­ным в потолочных дугах и фрамугах. Дверной проем имел ширину 1830 и высоту 2134 мм. Двери, люки, несъемные приспо­собления для перевозок людей в этом вагоне были такими же, как и в нор­мальном крытом. Внутренняя длина кузова составляла 6,6 м, внутренняя ширина - 2,75 м, высота кузова у боко­вой стены - 2,5 м, общая длина ваго­на (без тормозной площадки) - 7,9 м, тара - 11,4т, площадь пола - 18,15м2, объем кузова - 45,4 м3. Повышение прочности сопровождалось увеличе­нием коэффициента тары (0,57 вместо 0,5 у нормального вагона грузоподъем­ностью 16,5 т), а рост грузоподъем­ности вызвал увеличение нагрузки от оси колесной пары на рельсы и по­гонной нагрузки (156,5 кН и 3,96 т/м вместо 131 кН и 3,43 т/м у нормаль­ного вагона).

Несмотря на отмеченные преиму­щества вагона грузоподъемностью 20 т по сравнению с нормальным, он не соответствовал требованиям, предъ­являемым к перспективному подвиж­ному составу. Поэтому было решено ориентироваться на постройку четы­рехосных крытых вагонов. Такое ре­шение обосновывалось следующими достоинствами четырехосных (большегрузных, как они тогда назывались) вагонов:

1. При значительно большей грузоподъемности четырехосный вагон имел столько же ударно-тяговых при­боров, торцовых стен, буферных брусьев, как и двухосный вагон. По­этому у него, при равной прочности (нормаль­ный вагон обладает недостаточной прочностью и вследствие этого несо­поставим), коэффициент тары имеет меньшее значение.

2. Поезд, составленный из больше­грузных вагонов, имеет меньшую дли­ну, чем из двухосных. Следовательно, можно увеличивать мощность локо­мотивов и массу поездов без удлине­ния станционных путей и развития грузовых станций.

3. С уменьшением длины поезда снижается сопротивление движению, обусловленное боковым движением ветра; с уменьшением числа вагонов сокращается число междувагонных промежутков, увеличивающих со­противление движению от воздушных завихрений.

4. Четырехосные вагоны легче проходят кривые участки пути, осо­бенно малого радиуса, и с большими скоростями, что снижает сопротивле­ние движению и расход топлива ло­комотивом.

5. С уменьшением числа вагонов в поезде, числа ударно-тяговых прибо­ров и других частей сокращаются повреждения вагонного парка, об­легчается работа осмотрщиков ва­гонов и других лиц, занятых ремон­том и осмотром вагонов, уменьшается время для осмотра, ремонта и смазки вагонов. Кроме того, сокращается маневровая работа на станциях, уменьшается объем работ на оформ­ление документации.

6. Уменьшается число дверей и люков, т. е. мест, требующих повы­шенного контроля для предупреж­дения хищений грузов; снижаются расходы на изготовление, ремонт и установку хлебных щитов, на за­крытие и пломбирование вагонов.

7. Сокращается работа по учету и регулировке вагонного парка.

8. Четырехосные вагоны позволя­ют с меньшими затратами перейти к автоматической сцепке.

9. Большегрузные вагоны позво­ляют с меньшими затратами перейти на автоматические тормоза и сокра­тить расходы в эксплуатации из-за меньшего числа тормозных приборов по сравнению с парком малогрузных вагонов.

Однако большегрузные вагоны вы­зывали большие затруднения при по­грузке и выгрузке вручную и при пе­редвижении вагонов без локомотива. Эти трудности были устранены путем механизации процессов погрузки и выгрузки и исключения маневровой работы без локомотива.

Параметры и конструкцию четы­рехосного крытого вагона выбирали исходя из ряда соображений, в част­ности, учитывая, что, для удобства эксплуатации, грузоподъемность ново­го вагона целесообразно иметь крат­ной грузоподъемности нормального вагона. Однако двухкратное превы­шение грузоподъемности нормального вагона являлось недостаточным, а осуществить четырехкратное превы­шение не позволяли допустимые на­грузки от оси колесной пары на рель­сы. Поэтому было решено иметь трех­кратное превышение, т. е. 49,5 т или округленно 50 т. При до­пустимой осевой нагрузке 180 кН (18 тс) масса брутто четырехосного ва­гона могла составлять 72 т и тара ограничивалась 22 т. При допустимой погонной нагрузке, равной 6 т/м, минимальная длина ва­гона могла составлять 12 м. В дальнейшем предполагалось увели­чить допустимую погонную нагрузку, но для крытого вагона при принятом габарите подвижного состава ориенти­роваться на такое увеличение не имело смысла, так как требовалось иметь объем кузова, позволяющий рацио­нально использовать принятую грузо­подъемность.

Исходя из ограничений по таре вагона, внутренняя длина кузова была принята равной 13 м. По условиям ис­пользования досок съемного обору­дования, применяемых при перевоз­ках людей, внутренняя ширина кузо­ва была принята равной 2,75 м, хотя по условиям вписывания в габарит ее можно было увеличить на 80 мм. Кры­тый вагон проектировали по габари­ту, позволяющему эксплуатировать его за пределами границ Советского Союза. Исходя из этого высота от по­ла до крыши, измеренная у боковой стены, составила 2,5 м. Эта высота на 280 мм превышала высоту крытого нормального вагона. Ее можно было бы довести до 2,8 м, если ориентиро­ваться на габарит подвижного со­става, предназначенного для эксплуа­тации только по железным дорогам страны. При этих размерах площадь пола равнялась 35,75 м2, а объем ку­зова 89,37 м3.

Какому количеству дверей отдать предпочтение: двум или четырем? Бы­ло очевидно, что при четырех дверях облегчается и ускоряется погрузка и выгрузка, особенно сыпучих грузов; вагон лучше, может быть приспособ­лен для перевозки людей; улучшается освещение и вентиляция кузова. Од­нако четыре двери усложняют кон­струкцию кузова, снижают несущую способность боковых стен, требуют дополнительного усиления рамы ку­зова. Все это увеличивает тару ва­гона (по расчетам Сормовского заво­да на 1,2 т) и соответственно его стои­мость. Такой вагон будет требовать более частого ремонта. Каждая лиш­няя дверь увеличивает вероятность просыпания зерновых и подобных грузов, а также вероятность хище­ния грузов. При четырех дверях воз­растают расходы на хлебные щиты и на пломбирование вагона. Вот почему было решено строить двухдверные ва­гоны, ориентируясь на механизацию погрузочно-разгрузочных работ. Вре­менно, до развития средств механиза­ции, допускалась возможность созда­ния четырехдверных вагонов. Вопрос о числе дверей рассматривался неод­нократно. Так, в 1906г. были построе­ны крытые четырехосные вагоны с четырьмя дверьми, но в 1915 г. Министерство путей сообщения при заказе вагонов в США приняло решение о двухдверном варианте.

Четырехосный крытый вагон с двумя дверьми, в отличие от нормаль­ного, было решено строить с верхним рельсом для передвижения двери, так как при таком расположении рельса он не повреждался при погрузке и вы­грузке навалочных грузов; дверные ролики могли быть без гребней, что облегчало перемещение двери; лучше сохранялась их смазка. Однако при этом увеличивался перекос открываю­щейся двери. Забегая вперед, отметим, что при проектировании крытого вагона с увеличенным объемом кузо­ва Алтайскому заводу в 1981 г. было рекомендовано применить нижний на­правляющий рельс двери.

Не менее важным был вопрос и о числе люков в боковых стенах. Чем их больше, тем лучше вентиляция и освещенность кузова, тем легче гру­зить сыпучие и некоторые другие грузы. Поэтому клиентура высказы­валась даже за шесть люков. Учиты­вая, однако, что такое число люков усложняет конструкцию каркаса ку­зова, было решено иметь по два люка в каждой боковой стене.

Рассмотрим конструкцию основ­ных частей крытого вагона, постро­енного в 1925 г. Рама кузова имела хребтовую бал­ку, образованную из двух швеллеров № 30, перекрытых между шкворне­выми балками накладками толщиной 8 мм.

Кроме хребтовой балки, рама ку­зова имела две шкворневые, две бу­ферные, четыре промежуточные по­перечные и две боковые балки, являющиеся одновременно нижними поя­сами каркаса боковых стен. Этот каркас представлял собой раскосно-стоечную ферму, т. е. конструк­цию, составленную из верхней (зето­вый профиль 10х75х6,5 мм) и нижней (швеллер № 20) обвязок, уг­ловых (уголковый профиль 120х120х10 мм), шкворневых, двер­ных и промежуточных стоек — все зетового профиля 80х65х мм и раскосов. Поскольку в последних основной деформацией, обусловленной вертикальной нагрузкой, является растяжение, они выполнены из поло­совой стали сечением 126х6 и 126х8 мм. Посередине каждого про­лета размещались дополнительные стойки, облегчавшие сопротивление обшивки усилию распора сыпучих гру­зов. Каркас торцовой стены, кроме уг­ловых стоек, имел две стойки и два раскоса, выполненных из зетового профиля 100х75х6,5 мм. Стойки и раскосы крепили внизу к буферной балке, а вверху — к фрамуге. Каркас крыши образовался обвязками (угол­ковый профиль 75х75х6 мм), фра­мугами и 13 потолочными дугами (швеллер 80х45х6 мм). Обшивка стен — из досок толщи­ной 40 мм внизу и 22 мм вверху, прикрепленных к каркасу болтами диаметром 12,7 мм, а обшивка кры­ши — из досок толщиной 22 мм, креп­ление которых такое же, как и в опи­санном выше вагоне грузоподъемностью 20 т. Крыша присоединена к каркасу стен болтами, все остальные соединения — клепаные.