CC BY
342
УДК 621.833.15
И. В. Федоров
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ВАГОНОВ ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ
Дата поступления: 09.04.2018 Решение о публикации:19.04.2018
Аннотация
Цель: Определение направлений совершенствования конструкции вагонов для перевозки лесоматериалов. Методы: Применяется анализ конструкций и технико-экономических параметров вагонов для перевозки лесоматериалов. Результаты: Определены тенденции развития вагонов для перевозки лесоматериалов. Выявлены основные проблемы, возникающие в процессе транспортировки лесоматериалов. Произведенный анализ конструкций и параметров вагонов для перевозки лесоматериалов позволил определить направления совершенствования их конструкции. Практическая значимость: Предложены конструктивные решения, обеспечивающие повышения безопасности транспортировки и объема перевозимых лесоматериалов, а также использования верхней суженной части габарита, что, в свою очередь, позволит повысить объем кузова вагона на 15-20 %. Использование рассмотренных конструктивных решений даст возможность повысить объем перевозимых лесоматериалов без удлинения вагона, что увеличит провозную способность железных дорог без вложений в инфраструктуру.
Ключевые слова: Перевозка лесоматериалов, вагоны для лесоматериалов, оборудование для перевозки лесоматериалов, грузовые вагоны, вагоны-платформы, габарит погрузки.
Igor V. Fedorov, senior lecturer, Fedorov281973@yandex.ru (Emperor Alexander I Petersburg State Transport University) IMPROVEMENT OF CARS DESIGNED TO TRANSPORT TIMBER
Summary
Objective: To determine design development directions of cars built to transport timber. Methods: The analysis of constructions was applied, as well as technical and economical parameters of cars designed to transport timber. Results: Development trends of cars designed to transport timber were determined. The main problems occurring in the process of timber transportation were detected. The analysis of constructions and parameters of cars for timber transportation was carried out making it possible to determine the directions of their design development. Practical importance: Construction solutions providing for security improvement of transportation and volume of transportable timber were suggested, as well as the use of upper necked part of the clearance, consequently increasing the cubic capacity on 15-20 %. Application of the presented construction solutions will make it possible to increase the volume of transportable timber without car extension, which will improve railroad carrying capacity without investing into infrastructure.
Keywords: Timber transportation, cars designed to transport timber, hauling equipment, freight wagons, flat wagons, loading gage diagram.
Введение
Среди грузов, перевозимых железнодорожным транспортом, большая доля принадлежит круглому лесу и вырабатываемым из него лесоматериалам. Особенность лесопромышленного комплекса (ЛПК) России - удаленность от потребителей, что определяет значительную роль транспортной составляющей в конечной цене продукта.
Дальность перевозки постоянно возрастает. Так, в 2017 г. при общем увеличении перевозок лесоматериалов на 1,7 % рост перевозок на экспорт в Китай и Казахстан составил соответственно 13 и 40 %. Учитывая относительно невысокую стоимость лесоматериалов (транспортная составляющая в цене более 15 %), увеличение производительности вагонов для перевозки лесоматериалов и сокращение затрат на погрузку и выгрузку играют важнейшую роль как для грузовладельцев, так и для грузоперевозчика. Грузоотправителям повышение производительности вагонов позволяет снизить расходы на оплату перевозки, грузоперевозчику - на транспортировку, так как тарифы для грузов 1-го класса часто ниже себестоимости перевозки.
Вагоны для перевозки лесоматериалов в Российской империи и СССР
История эксплуатации вагонов для перевозки лесоматериалов в России насчитывает 170 лет. Первые специализированные для перевозки леса четырехосные платформы были построены по американским образцам в 18441846 гг. для нужд Петербургско-Московской железной дороги на Александровском заводе Санкт-Петербурга [1]. Вагон представлял собой четырехосную платформу с гладким металлическим полом, оборудованную шестью металлическими стойками с каждой стороны. Торцевые стены у вагона отсутствовали. Данные вагоны не получили распространения, и в дальнейшем до конца XIX в. лесоматериалы перевозились в основном на нормальных двухосных платформах, для этого с 1867 г. в конструкции платформ предусматривались скобы для установки деревянных стоек, ограждающих лесоматериалы [1, 2].
В начале XX в. вновь на российских железных дорогах появились четырехосные полувагоны и платформы, которые использовались для перевозки леса. Полувагоны Усть-Катавского вагоностроительного завода имели оригинальную конструкцию, высокие стойки без обшивы в верхней части кузова [1]. Начиная с 1930-х годов, с началом массового выпуска новых четырехосных полувагонов и платформ на Уральском вагоностроительном заводе перевозка лесоматериалов в СССР осуществлялась в основном универсальными вагонами.
Специализированные вагоны проектировались и строились только для нужд узкоколейных железных дорог (известен транспортер для перевозки леса в хлыстах колеи 750 мм длиной 26,5 м Алтайского вагоностроительного завода [1]). Перевозка круглых лесоматериалов на универсальной платформе показана на рис. 1,а, в универсальном полувагоне - рис. 1,6.
Штабель лесоматериалов, погруженный на универсальный подвижной состав, в поперечном направлении удерживается попарно связанными между собой с помощью проволоки деревянными стойками, в продольном направлении - за счет сил трения. Недостатками перевозки лесоматериалов в универсальных вагонах являются высокий расход необходимого для перевозки реквизита (проволоки, подкладок, стоек), подбор лесоматериалов перед погрузкой, значительное время простоя вагонов под погрузо-выгрузочными операциями и опасность этих операций.
Интенсивное развитие в СССР целлюлозно-бумажной и лесоперерабатывающей промышленности [3] привело к созданию специализированных вагонов для транспортировки леса. В 1970 г. на Днепродзержинском вагоностроительном заводе имени газеты «Правда» (ДВЗ, ныне ОАО «Днепровагон-маш») приступили к выпуску специализированной платформы для транспортировки леса в хлыстах модели 23-469. Эти вагоны имели длину рамы 24 м (25,22 м по осям сцепления автосцепок), шесть металлических П-образных рам с запорным механизмом для крепления хлыстов, торцевые стены на вагоне отсутствовали.
С 1979 г. ДВЗ приступил к выпуску специализированной платформы для перевозки лесоматериалов длиной от 4 до 20,5 м (модель 23-4000, длина рамы 22 м), позднее конструкторская документация на нее была передана концерну «КаиИитЫ» (Финляндия), который также выпускал данный тип вагона. Платформа имела 10 П-образных стоек и две торцевые стены. Ее появление было вызвано начавшимися экспортными поставками лесоматериалов из СССР в Финляндию. Механизированная выгрузка леса (которая используется в Финляндии) из полувагонов затруднительна, а разгрузка платформ с деревянными стойками крайне опасна, потому что при разрезании проволоки стягивающей стойки возникает опасность раскатки штабеля лесоматериалов. Существенным недостатком платформы модели 23-4000 является ее низкая грузоподъемность - 55 т, притом что объем кузова позволяет загружать 72 т, а допустимая для тележек модели 18-100 грузоподъемность 61 т.
Следующей разработкой ДВЗ стала платформа модели 23-4064, созданная на базе универсальной платформы; вагон имел две торцевые стены и восемь П-образных рам, приваренных к раме вагона. Недостатком данного вагона является малый объем кузова 105 м 3, который не позволяет использовать грузоподъемность этого вагона.
В 1990 г. Стахановский вагоностроительный завод разработал оригинальную конструкцию специализированной платформы для леса (модель
а
Рис. 1. Перевозка круглых лесоматериалов на универсальной платформе (а)
и в полувагоне (б)
23-925, рис. 2 и 3). Лесные рамы на вагоне имеют возможность изменять свое положение в зависимости от длины перевозимых лесоматериалов. Подобная конструкция платформы (модель 23-4028) была предложена в 1992 г. и ДВЗ.
Наряду с появлением специализированных вагонов в 1983 г. ДВЗ начал выпускать съемное оборудование ВО-118 для транспортировки круглых лесоматериалов на универсальных платформах, которое стало прототипом для последующих конструкций съемного оборудования. Оборудование
.Г¥ —- ------- - -- , !
Рис. 2. Платформа модели 23-925
Рис. 3. Крепления съемной рамы платформы модели 23-925 к раме вагона
представляло собой восемь П-образных рам, устанавливаемых на пол платформы и соединяемых со стоечными скобами, расположенными на боковых балках с помощью восьми болтов (по четыре с каждой стороны). Основания рам оборудованы зубчатыми пластинами (гребенками), удерживающими лесоматериалы от смещения вдоль вагона. Оборудование предусматривало перевозку лесоматериалов в обычном габарите погрузки, для крепления лесоматериалов в верхней суженной части габарита погрузки («шапки») использовалась стяжка, состоящая из двух круглых труб, формирующих боковую поверхность «шапки», соединенных между собой цепями с замковым устройством. Однако тогда данное оборудование широкого распространения не получило.
Вагоны для перевозки лесоматериалов в Российской Федерации
Из-за экономического кризиса в начале 1990-х годов резко сократилась заготовка древесины. В результате к 1998 г. объем перевозок лесоматериалов упал более чем в 3 раза по сравнению с 1989 г. Разработки новых конструкций вагонов и оборудования для перевозки леса были практически прекращены. В 1992-2000 гг. появилась единственная, но значительно отличающаяся от ВО-118 конструкция съемного оборудования для перевозки леса на универсальной платформе (модель ВО-162). Она была разработана Уральским научно-исследовательским институтом лесной промышленности и выпускалась ФГУП «Уралвагонзавод». Оборудование предусматривало перевозку лесоматериалов в зональном габарите погрузки, состояло из пяти металлических рам и двух торцевых стен [4]. Для увеличения объема кузова верхняя часть стоек наклонена внутрь кузова вагона. Основной недостаток данного оборудования - его высокая масса (10 т).
С 1998 г. в России начала увеличиваться заготовка древесины. Это связано с экспортом лесоматериалов в Финляндию и Китай, а также с ростом производства в целлюлозно-бумажной и лесоперерабатывающей отраслях промышленности России. Для перевозки лесоматериалов стали использоваться в основном универсальные платформы со съемным оборудованием, так как для них Министерством путей сообщения России были предоставлены тарифные скидки. Цель таких мероприятий - задействовать в перевозках универсальные платформы моделей 13-401, 13-4012, значительное количество которых на конец 1990-х годов оказалось не задействовано в перевозках. Вследствие данной политики с 2000 г. начался интенсивный процесс создания конструкций съемного оборудования для транспортировки круглых лесоматериалов на универсальных платформах. За основу при разработке новых конструкций принималось оборудование ВО-118. Были созда-
ны следующие конструкции съемного оборудования: М1736, М1742 (ПКБ ЦВ), ВО-118А (Алтайвагонзавод), 401М5-01, 401М5-02, 401М5-03 (НВЦ «Вагоны»). Они предусматривали перевозку леса в обычном габарите погрузки и строились по классической схеме оборудования типа ВО-118 (восемь П-образных рам, закрепленных за стоечные скобы при помощи восьми болтов, основание с «гребенкой», стяжка для крепления «шапки», перевозка лесоматериалов без торцевых стен). Отличительной особенностью оборудования 401М5-02 от вышеперечисленных проектов является наличие двух торцевых стен [5].
В 2000 г. НВЦ «Вагоны» разработало проект переоборудования платформ модели 23-469 (которые оказались незадействованными в перевозках вследствие прекращения транспортировки древесины в хлыстах) под перевозку круглых лесоматериалов длиной 3-6 м. На вагон были установлены две торцевые стены и четыре дополнительные П-образные рамы, проект получил обозначение 23-469М2, перевозка лесоматериалов осуществлялась в пределах прямоугольной части габарита погрузки без использования «шапки».
Эксплуатация платформ со съемным оборудованием выявила ряд серьезных проблем. Первая была связана с трудностью формирования «шапки», согласно требованиям в «шапки» должны грузиться бревна с диаметром не более 300 мм, труба стяжки должна прилегать ко всем бревнам, образующим боковую поверхность «шапки». Выполнять такие требования при реальной погрузке лесоматериалов крайне затруднительно. Кроме того, формирование «шапки» осуществляется на вагоне на высоте 4 м от головки рельса, полная высота «шапки» - 1,3 м, при укладке бревен рабочие находятся на формируемом штабеле (исключить подъем рабочего на «шапку» невозможно, так как необходимо замкнуть замки стяжки), что делает данную операцию, даже при наличии специальной эстакады, крайне опасной. Поэтому часто объем лесоматериалов, погруженных в «шапке», составляет не более 1/3 от возможного. Отказаться от «шапки» невозможно, так как лес относится к легким грузам, при перевозке которых грузоподъемность платформ используется не полностью. Процесс формирования «шапки» лесоматериалов на платформе со съемным оборудованием показан на рис. 4.
Кроме этого «шапка» играет важную роль в удержании лесоматериалов в продольном направлении [6]. Высота основания П-образных рам увеличивается от центра к консольной части вагона, поэтому нижняя часть штабеля наклонена к центру вагона. Верхняя часть штабеля «шапки» выкладывается ровно (параллельно земле), что обеспечивается за счет разности диаметров комлевой и вершинной частей перевозимых лесоматериалов. Сверху «шапка» запирается стяжкой, и лесоматериалы оказываются заклиненными. Такой способ удержания лесоматериалов будет работать только при строгом соблюдении требований к формированию «шапки». В процессе транспортировки уменьшается высота штабеля [7] (при приемке она составляет 0,97-0,98 от высоты
Рис. 4. Погрузка лесоматериалов на платформу со съемным оборудованием
штабеля при погрузке) и заклинивание лесоматериалов на вагоне не происходит. Поэтому данный способ удержания лесоматериалов на практике не работает.
При поставке лесоматериалов на экспорт в Финляндию выяснилось, что конструкция оборудования не соответствует требованиям по технике безопасности, действующим в Финляндии, которые категорически запрещают подъем рабочего на штабель с лесоматериалами, что следует сделать, так как для выгрузки необходимо расцепить замки стяжки. Вследствие данного несоответствия выгрузка производилась механизированным способом, без расцепления стяжки, что приводило к разрыву цепей и изгибу труб. Увязка цепей стяжки проволокой без использования замка и соединение цепей через бревно, обвязанное проволокой (при выгрузке грузоподъемное приспособление захватывает бревно и разрывает проволоку, что вызывает размыкание стяжки), радикально изменить ситуацию с повреждением стяжек не смогли. В НВЦ «Вагоны» была разработана конструкция саморасцепляющейся при выгрузке стяжки. Конструкция проверялась на испытательном полигоне НВЦ «Вагоны», показала свою работоспособность, но не была внедрена в эксплуатацию из-за использования других габаритов погрузки для перевозки лесоматериалов.
Следующий этап совершенствования конструкции съемного оборудования связан с переходом при перевозке лесоматериалов от обычного к зональному [7]. Зональный габарит погрузки имеет прямоугольную часть на 700 мм
выше обычного, высота верхней суженной части «шапки» - 0,5 м. В отличие от обычного габарита, действующего на всей сети железных дорог России и СНГ, имеет незначительные ограничения, действующие на участках, где перевозка лесоматериалов практически отсутствует. Поэтому в полувагоны лес уже более 20 лет загружается по зональному габариту. Кроме этого в Финляндии в 2000 г. был введен габарит погрузки, позволяющей эксплуатировать вагоны, загруженные практически до полной высоты прямоугольной части Российского зонального габарита. Наложение Российского зонального и Финского габаритов погрузки показано на рис. 5.
1800
В 2002 г. в НВЦ «Вагоны» был разработан проект модернизации съемного оборудования М1742, М1736, ВО-118, предусматривающей удаление стяжек, установку надставок на стойки, вписывающие в Российский зональный и Финский габариты погрузки и установку двух торцевых стен. Цепи и стяжки для крепления лесоматериалов сверху проектом не предусматриваются. Лесоматериалы размещаются на 100 мм ниже верхнего конца стойки. Модернизация съемного оборудования позволяет отказаться от использования «шапки», с сохранением объема перевозимых лесоматериалов. Погрузка и выгрузка леса производятся без нахождения рабочего на штабели лесоматериалов, оборудование соответствует правилам техники безопасности, действующим
в Финляндии; кроме этого модернизированное оборудование не препятствует механизированной выгрузке лесоматериалов. Существенным недостатком такого оборудования является его узкая специализация на перевозки только круглых лесоматериалов.
В 2003 г. в НВЦ «Вагоны» был разработан проект съемного оборудования для транспортировки круглых лесоматериалов, пиломатериалов, крупнотоннажных контейнеров на универсальных платформах 4459-03. Оборудование представляет собой восемь металлических рам и две торцевые стены. Проект 4459-03 обеспечивал не только перевозку круглых лесоматериалов, но и перевозку пиломатериалов: с этой целью основания металлических рам выполнены гладкими без гребенок, на них крепятся упоры для перевозки крупнотоннажных контейнеров (при демонтаже оборудования упоры снимаются вместе с ним). При разработке проекта 4459-03 решался вопрос не только повышения объема перевозимых лесоматериалов, но и снижения порожнего пробега платформ со съемным оборудованием.
Модернизация съемного оборудования по проекту 4443-02 и разработка проекта 4459-03 решили проблему повреждения стяжек и обеспечения механизированной выгрузки, однако эксплуатация данных вагонов в сообщении Россия-Финляндия выявила проблему излома стоек, который вызван зацепом верха стоек штабелем лесоматериалов в процессе разгрузки в Финляндии. В Финляндии разгрузка производится мощными погрузчиками грузоподъемностью 20 т и исключить зацеп верха стойки практически невозможно.
мере оснащения российских предприятий данной техникой эта проблема стала возникать и при внутренних перевозках.
Эксплуатирующиеся на железных дорогах Финляндии вагоны для перевозки леса имеют стойки, рассчитанные на перемещение верха стойки в процессе выгрузки поперек вагона на 0,5 м, без остаточных деформаций. Для обеспечения повышенной гибкости стойки изготавливаются из высокопрочных сталей типа ЯАЕХ [5] (отечественный аналог сталь 20ХГСР).
Для решения данной проблемы НВЦ «Вагоны» совместно с финской компанией «ЯР-НкБаш Оу» разработало проект съемного оборудования 401М6 и 401М6-01 [8, 9]. Проект 401М6 предусматривает установку на платформу восьми стоек и двух торцевых стен и обеспечивает перевозку лесоматериалов в Российском зональном и Финском габаритах погрузки (как и оборудование по проектам 4443-02 и 4459-03), проект 401М6-01 отличается отсутствием торцевых стен и использованием верхней суженной части габаритов погрузки. Для крепления «шапки» лесоматериалов используется трос с натяжным устройством (храповым механизмом), расположенным внутри стойки, расцепление троса возможно с уровня земли.
Оборудование по проектам 401М6 и 401М6-01 изготавливается из высокопрочной стали ЯАЕХ АЯ 400 (предел текучести - 1000 МПа, предел прочности - 1250 МПа, относительное удлинение - не менее 10 % [10]). Так
как стойки имеют повышенную гибкость, они выполнены с уклоном внутрь вагона для компенсации перемещения верха стойки вследствие распора груза. Стойки и торцевые стены закрепляются за стоечные скобы платформы при помощи четырех болтов (по два с каждой стороны). Эксплуатационные испытания показали, что у оборудования 401М6-01 наблюдались обрывы троса вследствие выгрузки без разъединения троса и стойки, поэтому к серийному производству был принят проект 410М6.
Все вышерассмотренное оборудование для перевозки лесоматериалов на универсальных платформах не позволяет решить задачу полного использования грузоподъемности четырехосных платформ. Для увеличения массы погруженных лесоматериалов необходимо, чтобы их объем был больше, а единственным оставшимся резервом для этого является верхняя суженная часть Российского зонального и Финского габаритов. Использование тросового крепления в проекте 401М6-01 показало, что выгрузка производится без размыкания тросов, что приводит к их обрыву. Для полного использования грузоподъемности платформ было предложено оборудовать платформы по проекту 401М6 надставками для крепления лесоматериалов в верхней суженной части габарита погрузки (данный проект получил обозначение 401М6-02). Оборудование 401М6 с надставками показано на рис. 6.
Рис. 6. Платформа с оборудованием 401М6-02 на выгрузке (на заднем плане платформа с оборудованием 401М6)
Реализации данного технического решения способствовало то, что загрузка платформ в России производится погрузчиками с максимальной грузоподъемностью 3-5 т, а выгрузка в Финляндии - большими погрузчиками грузоподъемностью более 20 т. Расстояние между верхушками стоек позволяет загружать платформы в России относительно небольшими погрузчиками, а гибкость стоек и прочность материала, из которого они изготовлены, дает возможность стойкам отгибаться в процессе выгрузки и тем самым обеспечивать выгрузку леса из вагона. Вагон с оборудованием по проекту 401М6 с надставками был загружен березовым балансом до 64 т (при грузоподъемности платформы с оборудованием 66 т), грузоподъемность платформы была использована практически полностью.
Существенным недостатком оборудования 401М6 с надставками является невозможность перевозки других грузов, кроме круглых лесоматериалов. Надставки не позволяют грузить пиломатериалы, крупнотоннажные контейнеры, металлические трубы, металлопрокат, вагон с оборудованием 401М6 с надставками обречен на возврат в порожнем состоянии. Эксплуатация этих вагонов показала, что имеют место повреждения надставок, основной причиной повреждений, по мнению НВЦ «Вагоны», служит излишняя жесткость самой надставки.
Для предотвращения повреждений надставок и обеспечения возможности транспортировки других грузов, кроме круглых лесоматериалов, НВЦ «Вагоны» был разработан проект 44943-05 [11], который обеспечивает транспортировку лесоматериалов с использованием верхней суженной части габарита погрузки. Надставка стойки представляет собой три листа, изготовленных из стали ЯАЕХ АЯ 400, соединенных между собой хомутом, что обеспечивает повышенную гибкость надставки при ее высокой прочности. То есть надставка представляет собой рессору. Она связана с поворотным механизмом, который обеспечивает поворот надставки на угол 90 и 180°. На съемном оборудовании установлены упоры для крепления большегрузных контейнеров, основания стоек выполнены гладкими без гребенок, что вместе с возможностью поворота верха стойки позволяет перевозить большегрузные контейнеры, пиломатериалы, металлические трубы и металлопрокат. Торцевые стены вынесены за лобовую балку платформы, что обеспечивает погрузочную длину 13,9 м, в пределах которой можно разместить лесоматериалы длиной 4,5 м в три штабеля, длиной 3,3 м в четыре штабеля, такие длины лесоматериалов предусмотрены нормативными документами. Данное оборудование позволяет перевозить не только крупнотоннажные контейнеры типоразмера 1А, 1АА, 1ААА, 1С, 1СС ГОСТ Р 53350-2009 [12] как другие универсальные платформы со съемным оборудованием для транспортировки леса и крупнотоннажных контейнеров, но и контейнеры типоразмера 1ЕЕ, 1ЕЕЕ, длина которых составляет 13 716 мм. Стойки и торцевые стены изготовлены из высокопрочной стали Орйш 700. Платформу со съемным оборудованием по проекту 4494-05 иллюстрируют рис. 7 и 8.
Рис. 7. Платформа с оборудованием 4494-05
Рис. 8. Упругая надставка (слева) и механизм поворота стойки оборудования (справа)
по проекту 4494-05
В настоящее время для перевозки лесоматериалов используются универсальные платформы со съемным оборудованием с длиной рамы не только 13,4 м (длина по осям сцепления автосцепок 14,62 м), но и 18,4 м (длина по осям сцепления автосцепок 19,62 м). Универсальная платформа с такими параметрами (модель 13-926) была изготовлена Стахановским вагоностроительным заводом в 1991 г. [13], но в связи с кризисом начала 1990-х годов практически не выпускалась. Желание повысить массу перевозимых лесоматериалов и сохранить тарифные скидки, предусмотренные при использовании универсальных платформ со съемным оборудованием, привело к тому, что перевозчики леса обратили внимание на платформы модели 13-926.
В 2006 г. НВЦ «Вагоны» разработало проект съемного оборудования для перевозки лесоматериалов на универсальных платформах модели 13-926 [14]. Проект предусматривает установку 12 лесных рам (каждая состоит из двух стоек и основания) и двух торцевых стен. Торцевые стены вынесены за лобовую балку, что обеспечивает погрузочную длину платформы 18,8 м. На стойки нанесена цветовая шкала, позволяющая легко определить объем и массу погруженных лесоматериалов. Лесные рамы и торцевые стены изготавливаются из высокопрочных сталей Орйш 900 и Орйш 700 [10]. Оборудование обеспечивает транспортировку лесоматериалов в Российском зональном и Финском габаритах погрузки. Грузоподъемность платформы со съемным оборудованием - 66 т, причем вагон легко загружается до полного использования грузоподъемности. Платформа модели 13-926 со съемным оборудованием показана на рис. 9.
Корпорацией «Уралвагонзавод» для перевозки лесоматериалов изготавливается платформа модели 13-198, которая обеспечивает перевозку леса в обычном габарите погрузки без «шапки» (рис. 10). В 2004 г. НВЦ «Вагоны» разработало проект модернизации этой платформы, предусматривающий оборудование стоек и торцевых стен надставками, которые обеспечивают перевозку лесоматериалов в зональном габарите железных дорог России и габарите погрузки железных дорог Финляндии (модель вагона 13-198-01). Объем кузова вагона при модернизации увеличился на 17 м 3. Данные платформы интересны тем, что их длина и база соответствуют полувагону.
Погрузочная длина представленных вагонов 12,7 м (у платформ с оборудованием 4443-02 и 4459-03 12,9 м), при длине по осям сцепления автосцепок 13,92 м. То есть вагон может перевозить практически те же длины лесоматериалов, что и платформа со съемным оборудованием и при этом имеет длину на 0,7 м меньше, давая значительный эффект при формировании маршрутных поездов. При одинаковой длине в поезде, составленном из вагонов модели 13-198, будет больше вагонов и, следовательно, больше размещаться груза.
ПАО «Научно-производственная корпорация "Объединенная Вагонная Компания"» для перевозки лесоматериалов были разработаны специализиро-
Рис. 9. Платформа модели 13-926 со съемным оборудованием
Рис. 10. Платформа модели 13-198
ванные платформы модели 13-6852 (рис. 11, а) и 13-6895 (рис. 11, б). В отличие от всех вышерассмотренных они имеют повышенную до 25 т/ось осевую нагрузку. Размеры платформы 13-6852 соответствуют размерам универсальной платформы, платформа модели 13-6895 имеет увеличенную до 18,4 м длину рамы, что позволяет полностью использовать грузоподъемность вагона.
Сравнительная характеристика различных платформ для перевозки леса приведена в таблице. При расчете массы загруженных в вагон лесоматериалов принималось, что вагоны загружены свежесрубленным балансом березовым длиной 6-6,1 м.
Масса лесоматериала т определялась по формуле [15-17]
т = р • V -к,
где р - плотность древесины, кг/м 3; V- объем кузова вагона, м 3; к - коэффициент полнодревесности штабеля лесоматериалов.
Из таблицы видно, что вагоны для перевозки лесоматериалов имеют низкие погонные нагрузки на путь. Статическая погонная нагрузка на путь является одним из показателей, определяющих не только воздействие подвижного состава на путь, но и эффективность использования вагона [2]. Повышение погонной нагрузки нетто дает возможность увеличить полезную массу поезда и, следовательно, провозную способность железных дорог, без удлинения приемо-отправочных путей станций, без капитальных вложений в инфраструктуру железнодорожного транспорта. Вагоны с длиной рамы 18,4 м (модели 13-926-01 и 13-6895) позволяют полностью использовать грузоподъемность вагона, но статическая погонная нагрузка на путь у них меньше, чем у вагонов с длиной рамы 12,7-13,4 м, которые полностью грузоподъемность не используют.
В настоящее время на сети железных дорог России происходят повышение осевой нагрузки грузовых вагонов до 25-27 тс и внедрение подвижного состава, построенного по габариту Тпр ГОСТ 9238-2013 [18, 19]. Данные изменения, в свою очередь, должны привести к изменениям в конструкции вагонов для перевозки лесоматериалов. Самый простой способ увеличить фактическую грузоподъемность вагонов для перевозки лесоматериалов - удлинить их, однако это приведет к появлению вагонов с низкой погонной нагрузкой на путь, плохо использующих возможности инфраструктуры железнодорожного транспорта. Более перспективно применять для проектирования вагонов габарит Тпр, с полным использованием верхней суженной части габарита и жестко связанных со стойкой (проект 401М6-02) или поворотных (проект 4494-05) упругих надставок. Длину рамы вагона целесообразно принять равной 12 м, что при выносе торцевых стен за лобовую балку обеспечит погрузочную длину 12,5 м, которая даст возможность размещать два штабеля
а
Рис. 11. Платформа модели 13-6В52 (а) и 13-6В95 (б)
Сравнительная характеристика платформ для перевозки лесоматериалов
Параметр Модель вагона (оборудования)
Полувагон 12-132** ВО-118 4443-02 13-401-20 (401 Мб) 13-401-20 (401М6-02) 13-198-01 13-926-01 13-401-20 (4494-05) 13-6852 13-6895
Тара, т 24 24 26 24 24,5 26 27,8 23,7 25,5 27,5
Грузоподъемно сть, максимальная/фактическая, т 70/55 68/55 66/55 66/58 66/64 65/57 66/66 66/64 74/59 72,5/72,5
Объем кузова, м3 117 115 115 120 135 117 162 138 122 155
Объем перевозимых лесоматериалов, м3 65 65 63 66 74 65 78 74 69 145
Длина, погрузочная, м 12,7 14,2 12,9 12,9 12,9 12,7 18,8 13,8 13,1 18,85
Длина рамы, м 12,7 13,4 13,4 13,4 13,4 12,7 18,4 13,4 13,4 18,4
Длина по осям сцепления автосцепок,м 13,92 14,62 14,62 14,62 14,62 13,92 19,62 14,62 14,62 19,54
Ширина кузова внутри, м 2,9 2,8 2,88 2,9 2,9 2,9 2,91 2,9 2,88 2,88
Статическая погонная нагрузка на путь*, тс/м 5,68 5,90 5,54 5,61 6,05 5,96 4,78 6,00 5,78 5,12
Количество вагонов на базовой длине пути***, шт. 57 54 54 54 54 57 40 54 54 40
Масса леса перевозимого маршрутным поездом, т 3135 2970 2970 3132 3456 3249 2640 3456 3186 2900
* Рассчитывалась исходя из фактической грузоподъемности.
** При расчете массы лесоматериалов в полувагоне принималось, что полувагон загружен по зональному габариту с использованием «шапки».
*** При расчете принималась длина пути, равная 57 условным вагонам.
лесоматериалов длиной 6-6,1 м, три штабеля длиной 4-4,1 м и четыре штабеля длиной 3-3,1 м. При полном использовании габарита Тпр и изготовлении стоек из высокопрочных материалов объем кузова составит 152 м 3, что соответствует массе лесоматериалов 76 т. При таре вагона 24 т осевая нагрузка 25 т/ось будет полностью использована. Длина по осям сцепления автосцепок составит 13,22 м, а погонная нагрузка на путь - 7,56 т/м, что в 1,5 раза больше, чем у существующих вагонов с длиной рамы 18,4 м.
Заключение
Из анализа вышеприведенных конструкций вагонов для перевозки лесоматериалов можно сделать следующие выводы:
1. В настоящее время на сети железных дорог России эксплуатируются разнообразные конструкции вагонов для перевозки лесоматериалов. Несмотря на разнообразие конструкций, можно выделить и общие тенденции в развитии вагонов для перевозки лесоматериалов:
- в последнее десятилетие обозначилась четкая тенденция к переходу к перевозке лесоматериалов в зональном габарите погрузки без использования верхней суженной части «шапки»;
- ввиду того, что не были найдены эффективные способы удержания лесоматериалов в продольном направлении за счет заклинивания, вызванного сокращением площади поперечного сечения кузова в свету по концам вагона, основным способом удержания лесоматериалов в продольном направлении стала торцевая стена, вагоны без использования торцевых стен не разрабатываются;
- обозначилась тенденция к переходу от перевозки лесоматериалов на вагонах с длиной рамы 12,7-13,4 м к вагонам с длиной рамы 18,4 м, которые позволяют полностью использовать грузоподъемность вагона.
2. При разработке новых вагонов для перевозки лесоматериалов с учетом повышенной до 25 тс осевой нагрузкой целесообразно применять габарит Тпр, с верхней суженной частью, что даст возможность увеличить объем кузова вагона, но не удлиняя его свыше 13,4 м [11].
Библиографический список
1. Шадур Л. А. Развитие отечественного вагонного парка / Л. А. Шадур. - М. : Транспорт, 1988. - 273 с.
2. Лукин В. В. Конструирование и расчет вагонов : учебник / В. В. Лукин, П. С. Ани-симов, В. Н. Котуранов, А. А. Хохлов, В. В. Кобищанов. - М. : Учеб.-метод. центр по образованию на ж.-д. транспорте, 2011. - 688 с.
3. Миронов А. В. Целлюлозно-бумажная промышленность в России. Тенденции, результаты деятельности и их последствия для регионального развития / А. В. Миронов. -Вологда : ИСЭРТ РАН, 2015. - 56 с.
4. Технические условия размещения и крепления грузов в вагонах и контейнерах. -М. : Юр. фирма «Юртранс», 2003. - 544 с.
5. Попов Е. М. Вагоны для перевозки лесоматериалов / Е. М. Попов, И. В. Федоров // Вагоны и вагонное хозяйство. - 2007. - № 2. - С. 44-48.
6. Бороненко Ю. П. Концепция создания вагонов для перевозки леса / Ю. П. Боро-ненко, И. В. Федоров // Подвижной состав XXI века : Идеи, требования, проекты : сб. науч. статей. - СПб. : ПГУПС, 2003. - С. 205-2011.
7. Платформа для перевозки лесоматериалов в зональном габарите погрузки : патент на полезную модель № 38465 / Ю. П. Бороненко. И. В. Федоров, Н. В. Смирнов. - Опубл. 20.06.2004 г. - Бюл. № 17.
8. Железнодорожная платформа для перевозки лесоматериалов : патент на полезную модель № 38465 / Ю. П. Бороненко, И. В. Федоров, Е. М. Попов, Е. Л. Лопарев, А. В. Пешков, О. В. Жаров. - Опубл. 27.12.2005 г. - Бюл. № 36.
9. Платформа для перевозки лесоматериалов : патент на полезную модель № 38465 / Ю. П. Бороненко, И. В. Федоров, Е. М. Попов, Е. Л. Лопарев, А. В. Пешков, О. В. Жаров. -Опубл. 20.01.2006 г. - Бюл. № 2.
10. РАУТАРУУККИ. Металлопродукция : справочник проектировщика. - Изд. 3-е. -Кеигии : О1ауап Кщараю Оу, 2000. - 319 с.
11. Платформа со съемным оборудованием для перевозки лесоматериалов, пиломатериалов, контейнеров, труб и металлопроката : патент на полезную модель № 54570 / Ю. П. Бороненко, В. В. Виноградов, В. Г. Григорьев, А. А. Гвоздев, И. А. Давыдова, Е. Л. Лопарев, А. В. Пешков, И. В. Федоров, С. В. Хохлов. - Опубл. 10.07.2006 г. - Бюл. № 19.
12. ГОСТ Р 53350-2009. Контейнеры грузовые серии 1. Классификация, размеры и масса. - М. : Стандартинформ, 2015. - 20 с.
13. Грузовые вагоны железных дорог колеи 1520 мм : альбом-справочник 002И-97 ПКБ ЦВ. - М. : ПКБ ЦВ МПС, 1998. - 284 с.
14. Вагон-платформа со съемным оборудованием для перевозки лесоматериалов и пиломатериалов : патент на полезную модель № 61662 / Ю. П. Бороненко, А. Н. Судерев-ский, И. В. Федоров, Е. Л. Лопарев, А. В. Пешков, С. В. Хохлов, И. А. Давыдова. - Опубл. 10.03.2007 г. - Бюл. № 7.
15. ГОСТ 32594-2013. Лесоматериалы круглые. Методы измерений. - М. : Стандартинформ, 2015. - 39 с.
16. ОСТ 13-43-79. Лесоматериалы круглые. Геометрический метод определения объема и оценка качества лесоматериалов, погруженных в вагоны и на автомобили. - М. : Министерство лесной и деревообрабатывающей промышленности СССР, 1980. - 16 с.
17. Полубояринов О. И. Плотность древесины / О. И. Полубояринов. - М. : Лесная промышленность, 1976. - 160 с.
18. ГОСТ 9238-2013. Габариты железнодорожного подвижного состава и приближения строений. - М. : Стандартинформ, 2013. - 218 с.
19. Бороненко Ю. П. Выбор технико-экономических параметров и перспективы внедрения инновационных вагонов габарита Тпр / Ю. П. Бороненко // Транспорт Российской Федерации. - 2015. -№ 3(58). - С. 3-6.
References
1. Shadur L.A. Razvitiye otechestvennogo vagonnogo parka [The development of domestic car fleet]. Moscow, Transport Publ., 1988, 273 p. (In Russian)
2. Lukyn V. V., Anisimov P. S., Koturanov V. N., Khokhlov A. A. & Kobishchanov V. V. Konstruirovaniye i raschet vagonov: uchebnik [Car engineering and design: textbook]. Moscow, Learning and teaching educational center of railway transport Publ., 2011, 688 p. (In Russian)
3. Mironov A. V. Tsellyulozno-bumazhnayapromyshlennost v Rossii. Tendentsii, rezultaty deyatelnosty i ikh posledstviya dlya regionalnogo razvitiya [Paper and paper-board industry in Russia. Directions, performance results and their consequences for regional development]. Vologda, Research Center of the Russian Academy of Sciences Publ., 2015, 56 p. (In Russian)
4. Tekhnicheskiye usloviya razmeshcheniya i krepleniya gruzov v vagonakh i konteinerakh [Specifications of load positioning and fastening in cars and containers]. Moscow, Legal office "Yurtrans" Publ., 2003, 544 p. (In Russian)
5. Popov Y. M. & Fedorov I. V. Vagony dlya perevozky lesomaterialov [Cars designed to transport timber]. Vagony i vagonnoye khozyaistvo [Railroad cars and car services], 2007, no. 2, pp. 44-48. (In Russian)
6. Boronenko Y. P. & Fedorov I. V. Kontseptsiya sozdaniya vagonov dlya perevozky lesa [Design concept of cars for log haulage]. Rolling stock of the 21st century: Ideas, requirements, projects. Coll. papers. Saint Petersburg, PGUPS Publ., 2003, pp. 205-2011. (In Russian)
7. Platforma dlya perevozky lesomaterialov v zonalnom gabarite pogruzky: Patent na poleznuyu model no. 38465 [Log flat car in zone loading gage diagram: Useful model patent N 38465]. Y. P. Boronenko, I. V. Fedorov, N. V. Smirnov. Publ. 20.06.2004. Bull. no. 17. (In Russian)
8. Zheleznodorozhnaya platforma dlya perevozky lesomaterialov: Patent na poleznuyu model no. 38465 [Log flat railroad car: Useful model patent N 38465]. Y. P. Boronenko, I. V. Fedorov, E. M. Popov, E. L. Loparev, A. V. Peshkov, O. V. Zharov. Publ. 27.12.2005. Bull. no. 36. (In Russian)
9. Platforma dlya perevozky lesomaterialov: Patent na poleznuyu model no. 38465 [Log flat car: Useful model patent N 38465]. Y. P. Boronenko, I. V. Fedorov, E. M. Popov, E. L. Loparev, A. V. Peshkov, O. V. Zharov. Publ. 20.01.2006. Bull. no. 2. (In Russian)
10. RAUTARUUKKI. Metalloproduktsiya: spravochnik proektirovshchika [Metal products: reference book for a design engineer]. 3d ed. Keuruu, Otavan Kirjapaio Oy Press, 2000, 319 p. (In Russian)
11. Platforma so syemnym oborudovaniyem dlya perevozky lesomaterialov, pilomaterialov, konteinerov, trub i metalloprokata: Patent na poleznuyu model no. 54570 [Convertibleplatform designed to transport timber, containers, pipes, and metal-roll: Useful model patent N 54570]. Y. P. Boronenko, V. V. Vinogradov, V. G. Grigoryev, A.A. Gvozdev, I.A. Davydova, E. L. Loparev, A. V. Peshkov, I. V. Fedorov, S. V. Khokhlov. Publ. 10.07.2006. Bull. no. 19. (In Russian)
12. SSS [State Standard Specification] R 53350-2009. Konteinery gruzoviye serii 1. Klas-sifikatsiya, razmery i massa [Line 1 freight containers. Classification, sizes and mass]. Moscow, Standartinform Publ., 2015, 20 p. (In Russian)
13. Gruzoviye vagony zheleznykh dorog kolei 1520 mm: Albom-spravochnik 002I-97 PKB TsV [1520 mm gauge railroad freight cars: Reference book 002I-97 PKB TsV (Car services planning and design office)]. Moscow, PKB TsV MPS Publ., 1998, 284 p. (In Russian)
14. Vagon-platforma so syemnym oborudovaniyem dlya perevozky lesomaterialov i pi-lomaterialov: Patent na poleznuyu model no. 61662 [Convertible flat car designed to transport timber and converted lumber: Useful model patent N 61662]. Y. P. Boronenko, A. N. Suderevskiy, I. V. Fedorov, E. L. Loparev, A. V. Peshkov, S. V. Khokhlov, I.A. Davydova. Publ. 10.03.2007. Bull. no. 7. (In Russian)
15. SSS [State Standard Specification] 32594-2013. Lesomaterialy krugliye. Metody izme-reniy [Round timber. Measuring procedures]. Moscow, Standartinform Publ., 2015, 39 p. (In Russian)
16. OST13-43-79. Lesomaterialy krugliye. Geometricheskiy metodopredeleniya obyema i otsenka kachestva lesomaterialov, pogruzhennykh v vagony i na avtomobily [All-Union Standard 13-43-79. Round timber. Geometrical method for determining volume and quality assessment of timber, loaded in wagons and on automobiles]. Moscow, The USSR Ministry of timber and woodworking industry Publ., 1980, 16 p. (In Russian)
17. Poluboyarinov O. I. Plotnost drevesiny [Wooddensity]. Moscow, Lesnaya promysh-lennost [Forest industry] Publ., 1976, 160 p. (In Russian)
18. SSS [State Standard Specification] 9238-2013. Gabarity zheleznodorozhnogo podvi-zhnogo sostava ipriblizheniya stroyeniy [The rolling stock and obstruction clearance]. Moscow, Standartinform Publ., 2013, 218 p. (In Russian)
19. Boronenko Y. P. Vybor tekhniko-ekonomicheskykh parametrov i perspektyvy vne-dreniya innovatsionnykh vagonov gabarita Tpr [The selection of technical and economic parameters and implementation prospects of innovative Tpr-cars]. Transport of the Russian Federation, 2015, N 3 (58), pp. 3-6. (In Russian)
ФЕДОРОВ Игорь Владимирович - старший преподаватель, Fedorov281973@yandex.ru (Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I).
