Содержание к диссертации
Введение
1. Развитие производства отечественных пассажирских вагонов 11
1.1. Зарождение пассажирского вагонного хозяйства в дореволюционной России 11
1.2. Совершенствование пассажирского вагоностроения в СССР 26
1.3. Реорганизация производства пассажирских вагонов в постсоветской России 40
1.4. Перспективы модернизации пассажирского вагона в условиях ускорения научно-технического и социально-экономического развития железнодорожного транспорта 49
Выводы 65
2. История создания и совершенствования кузовов пассажирских вагонов 70
2.1. Совершенствование конструкции кузова и унификация его параметров 70
2.2. Устройство и технические характеристики тепло- и шумоизоляции... 93
2.3. Разработка архитектурно-планировочных решений в конструкции кузова и комплектация мебелью 100
Выводы 136
3. Развитие инженерных систем жизнеобеспечения в пассажирском вагоностроении 140
3.1. Отопление и водоснабжение 140
3.2. Системы освещения 163
3.3. Устройства вентиляции и кондиционирования воздуха 179
Выводы 197
4. История создания и совершенствования технических устройств, обеспечивающих плавность хода 199
4.1. Конструирование первых устройств обеспечения плавности хода в конце XIX- начале XX вв 199
4.2. Создание устройств гашения колебаний вагонов в советский пери од 206
4.3. Совершенствование устройств обеспечения плавности хода на рубеже ХХ-ХХІвв 214
4.4. Разработка методики выбора лучших вариантов тележек пассажирских вагонов по технико-экономическому критерию 227
Выводы 245
Заключение 249
Список использованных источников и литературы 252
Приложения
- Зарождение пассажирского вагонного хозяйства в дореволюционной России
- Совершенствование конструкции кузова и унификация его параметров
- Отопление и водоснабжение
Введение к работе
Актуальность проблемы. Пассажирский вагонный парк является одним из важнейших видов железнодорожного подвижного состава российских железных дорог. От его технического состояния и способности удовлетворять потребности в перевозках зависит качество обслуживания и своевременность доставки пассажиров, производительность и экономические показатели работы железных дорог.
Пассажирский вагон, являясь неотъемлемой частью пассажирского комплекса железных дорог, обеспечивает возрастающий спрос на сервисные услуги железнодорожного транспорта.
Сервис на транспорте - это «высококачественное обслуживание пассажиров, грузоотправителей, грузополучателей, включая обеспечение перевозок, предоставление комплексных услуг и выполнение дополнительных работ» [54, с. 12]. «Главной задачей транспортного сервиса является повышение качества перевозок и уровня транспортного обслуживания, завоевание необходимой доли рынка транспортных услуг» [54, с. 4].
Исследование основных историко-технических периодов и направлений формирования вагоностроения, создания и перспектив модернизации пассажирских вагонов на основе достижений научно-технического прогресса с 40-х гг. XIX в. по начало XXI в. позволяет определить критерии целесообразности их совершенствования для удовлетворения потребности населения в перевозках, является составной частью истории российской науки и техники и заслуживает специального научного рассмотрения.
Оценка качества пассажирского вагона характеризуется такими показателями, как комфортабельность и плавность хода.
Комфортабельность (удобство) пассажирского вагона обеспечивается единством конструкции кузова, планировки, дизайна и внутреннего оборудования [112, с.32].
Плавность хода характеризует динамические качества пассажирского вагона, исходя из условий физиологического воздействия ускорений и частот колебаний его кузова на организм человека [32, с. 166].
В настоящее время вагонный парк располагает потенциалом, способным поддерживать развитие транспортного сервиса и создавать различные модели обслуживания пассажиров в пути следования. Заводы отечественного вагоностроения приступили к созданию пассажирских вагонов нового поколения, которые отличаются повышенной комфортностью, надежностью и экономичностью.
Основной целью работы является определение тенденций модернизации отечественного пассажирского вагона на основе установления ис-торико-технических периодов и ретроспективного анализа направлений развития пассажирского вагоностроения с 1846 г. по 2006 г.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие научные задачи:
установлены основные историко-технические периоды и направления формирования отечественного вагоностроения, создания и модернизации пассажирского вагона в период с 1846 г. по 2006 г.;
выявлены критерии, определявшие целесообразность совершенствования конструкций кузовов пассажирских вагонов с 1870 г. по 2006 г. и инженерных систем жизнеобеспечения - с 1863 г. по 2006 г. с целью повышения комфорта и обеспечения безопасности перевозки;
определены тенденции совершенствования тележек с целью обеспечения плавности хода пассажирского вагона, с учетом повышения технических требований и потребительского спроса пассажиров в период с 1865 по 2000 гг.;
установлена номенклатура показателей технического уровня и качества тележек пассажирских вагонов, характеризующих плавность хода;
- выбраны лучшие конструктивные варианты тележек пассажирских вагонов.
Объектом исследования является пассажирский вагон и пассажирское вагоностроение.
Предметом исследования являются историко-технические периоды развития пассажирского вагоностроения; технические характеристики пассажирского вагона и его частей, изменяемые во времени.
Методология исследования основывается на применении междисциплинарного принципа, методов количественных оценок, прогнозирования, сравнительного, регрессионного и кластерного анализа, экспертных оценок и критериев выбора лучших технических решений, расчетных и экспериментальных данных.
В работе учтены методы исследования и опыт исторического анализа науки и техники железнодорожного транспорта и теоретические подходы, использованные при подготовке диссертаций, выполненных на кафедре «Инновационные технологии», на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 07.00.10 «История науки и техники», в том числе Пашковой Т.Л. «История и перспективы развития перевозок транзитных грузов на Транссибирской магистрали» и Шилиной Е.В. «История становления российской оптоэлектроники и ее применения на железнодорожном транспорте».
Историография.
Установлению периодизации истории развития техники, в том числе транспорта, в рамках общественно-экономических формаций посвящено коллективное исследование А.А. Зворыкина, Н.И. Осьмовой, В.И. Чернышева, СВ. Шухардина.
Историко-технические аспекты создания и совершенствования пассажирского вагона представлены в работах П.С. Анисимова, B.C. Виргинского, Г. Гюнтера, B.C. Наговицына, А.С. Никольского, Е.А. Сотникова, Л.А. Шадура и др.
Основополагающие аспекты создания и совершенствования отечественного пассажирского подвижного состава представлены в работах
ученых второй половины XIX в., в том числе Н.Л. Щукина, Н.П. Петрова, Н.Е. Жуковского и др. В публикациях в дополнение к экспериментальным методам определения размеров впервые применен научный подход к проектированию и расчету конструкций вагонов. В них впервые отражены организационные и производственные аспекты создания и совершенствования типов отечественного подвижного состава, выполнены первые расчеты прочности и надежности конструкции кузова. В работе В. Арциша комплексно описан пассажирский вагон 1870-1890-х гг.
Особенности технического развития кузовных конструкций вагонов в XX в. освещены в работах В.З. Власова, В.Н. Котуранова, Е.Н. Никольского, А.А. Попова, П.И. Травина, Л.А. Шадура и др. Исследования рессорного подвешивания и гасителей колебаний отражены в публикациях П.С. Анисимова, СВ. Вертинского, М.В. Винокурова, В.В. Лукина, А.А. Львова, А.А. Попова, В.Д. Хусидова, И.И. Челнокова и др. Безопасной, надежной и экономичной эксплуатации подвижного состава посвящены работы М.М. Болотина, Б.В. Быкова, А.А. Воробьева,, Н.С. Бачурина, А.В. Горского, В.В. Кобищанова, Л.Д. Кузьмича, В.П. Лозбинева, Е.Н. Никольского, Г.И. Петрова, П.А. Устича, В.П.Феоктистова, А.А. Хохлова и
др.
В работах М.В. Винокурова, А.Е. Зороховича, В.П. Егорова, Ю.М. Калымулина, А.З. Либмана, И.Ф. Пастухова, Б.Н. Ребрика, Ю.О. Фаерштейна и др. исследуется развитие систем жизнеобеспечения пассажиров в пути следования.
Источники. В качестве источников рассмотрены государственные и ведомственные нормативные документы, федеральные и отраслевые программы развития пассажирского вагоностроения.
При исследовании использованы документы фондов Центрального государственного архива Российской Федерации (ГАРФ), Центрального государственного исторического архива (ЦГИА) и Российского
государственного архива экономики (РГЭА), посвященных отечественному пассажирскому вагоностроению.
Анализ источников и литературы дореволюционного, советского и постсоветского периодов развития железнодорожного транспорта показал, что вопросы строительства и совершенствования пассажирского вагона как комфортабельного транспортного средства получили достаточное отражение. При этом техническое состояние вагона оценивалось преимущественно с точки зрения его динамических характеристик, без привязки к потребительскому спросу пассажиров. Недостаточно представлена история совершенствования пассажирского вагона во взаимосвязи с социально-политическим и экономическим развитием общества. Практически отсутствуют сведения по внутреннему обустройству пассажирского вагона и оснащению его специальным оборудованием, определяющим качество пассажирского сервиса.
Научная новизна работы состоит в том, что на основе системного подхода, комплексного историко-технического анализа пассажирского вагона и пассажирского вагоностроения России с 1846 г. по 2006 г., методов прогнозирования, методов экспертных оценок и технико-экономического критерия выбора лучших решений:
выявлены тенденции, влиявшие на организацию производства и модернизацию пассажирского вагона с 1846 г. по 2006 г., тележек пассажирских вагонов - с 1865 г. по 2000 г.; смену поколений техники отечественного пассажирского вагоностроения в рамках следующих историко-технических периодов: 1846 -1874 гг., 1875 - 1917 гг., 1918 -1945 гг., 1946 - 2006 гг.;
научно обоснована методом экспертных оценок номенклатура показателей технического уровня и качества параметров тележек пассажирских вагонов, характеризующих плавность хода;
- разработана методика выбора лучших конструктивных вариантов
тележек пассажирских вагонов (направлений их модернизации) по технико-
экономическому критерию с учетом предложенных показателей их технического уровня и качества.
Практическая значимость работы состоит в том, что в ней:
составлен прогноз развития вагоностроения;
обоснована возможность применения упрощенного метода определения интегрального показателя конкурентоспособности тележек пассажирского вагона по экономическим параметрам на стадии их проектных разработок;
получено уравнение регрессии для прогнозирования статического прогиба рессорного подвешивания тележек пассажирских вагонов.
Достоверность результатов работы основана на использовании
большого объема документов и других источников, корректном применении методов регрессионного анализа для оценки и прогнозирования исследуемых явлений. Достоверность выбора номенклатуры показателей для оценки технического уровня и качества тележек, характеризующих плавность хода пассажирских вагонов, подтверждена допустимым значением коэффициента конкордации (0,86) и его значимостью. Результаты выбора лучших вариантов тележек пассажирских вагонов (направлений их совершенствования) по предложенному технико-экономическому критерию подтверждены методом кластерного анализа.
Апробация работы. Основные положения и выводы по содержанию диссертации докладывались на международных и российских научно-практических конференциях: «Туризм: подготовка кадров, проблемы и перспективы развития» (г. Москва, 2002 г.), «Безопасность движения поездов» (г. Москва, 2005 г., 2007 г.), «Современные проблемы управления перевозочным процессом. Повышение качества подготовки специалистов и уровня научных исследований» (г. Москва, 2006 г.), «Наука - транспорту» (Москва, 2007 г., 2008 гг.).
Реализация результатов работы. Материалы исследования
используются в учебном процессе МИИТа при изучении слушателями курсов «Теория инноваций», «История науки и техники», «История
российской науки», «История техники», «История транспорта» (приложение 4).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 9 печатных работах, в том числе одна работа опубликована в издании, рекомендованном ВАК России.
Структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, структурированных по тематическому принципу, заключения, списка использованных источников и литературы, четырех приложений. Диссертация представлена на 269 страницах, включает в себя 39 таблиц, 10 диаграмм, 1 дендрограмму, 1 график и 104 рисунка. В библиографии насчитывается 114 наименований документальных и литературных источников.
Зарождение пассажирского вагонного хозяйства в дореволюционной России
С конца XVIII в. по 70-е гг. XIX в. в ходе промышленной революции и утверждения капитализма в передовых европейских странах были созданы общественно-экономические условия для распространения рабочих машин на базе парового двигателя. «Эпоха промышленной революции в основных отраслях капиталистического хозяйства была в то же время и периодом технической революции в средствах транспорта. В начале XIX в. крупная машинная индустрия поставила новые требования перед транспортом и подготовила материально-технические условия для его перевооружения» [52, с. 180-181]. По мнению К. Маркса, «Главным средством для сокращения времени обращения является совершенствование путей сообщения. И в этом отношении за последние пятьдесят лет произошла революция, которую можно сравнить только с промышленной революцией последней половины прошлого века» [67, с. 81].
Строительство железных дорог в мире было вызвано потребностью населения в перемещении. В 1825 г. на линии Стоктон-Дарлингтон (Англия), открывшейся 27 сентября 1825 г., впервые в мире началось регулярное пассажирское рельсовое движение с конной тягой. В составе поезда был только один вагон, названный его конструктором Д. Стефенсоном «Эксперимент» [38, с. 21-22; 91, с. 14].
Пассажирский вагон II класса, который курсировал в 20-е гг. XIX в. по этой линии, изображен на рис. 1.1. [38, с. 38].
Первые вагоны паровозной линии Ливерпуль-Манчестер имели форму экипажа с установленными поперек скамьями, на которых приходилось сидеть «спина к спине». У таких вагонов практически отсутствовали рессоры. Для перевозки пассажиров часто использовались обычные экипажи и кареты, которые ставились на железнодорожные платформы или рельсы. Многие вагоны не имели окон и крыш. Поэтому на линии Лейпциг-Дрезден пассажирам предлагали приобрести маски для защиты лица от ветра, пыли и паровозных искр [91, с. 52].
Пассажирские вагоны самых первых железных дорог делились по уровню комфортабельности на два класса. В 1830-1835 гг. в Англии были построены вагоны III класса. Конструкция вагонов стала отдаленно напоминать современную (рис. 1.2) [38, с. 39].
Популярность железнодорожного проезда из Нюрнберга в Фюрст подтверждается сведениями Ф. Герстнера, в соответствии с которыми за первые 53 дня (с 8 декабря 1835 г.) им воспользовались 45327 пассажиров, при том, что население обоих городов насчитывало не выше 51 тыс. человек [37, с. 16].
Потребность в российских железных дорогах, которая появилась в первой трети XIX в., была обусловлена развитием товарно-капиталистических отношений в условиях феодально-крепостнического хозяйства страны. Строительство первых отечественных железных дорог способствовало зарождению промышленности для железнодорожного транспорта в России.
В записке инициатора строительства Царскосельской ж.д. (Санкт-Петербург - Павловск) Ф.А. Герстнера императору Николаю I от конца января 1835 г. указывалось, что пассажиры и грузы будут перевозиться в собственных дилижансах, повозках и паровых каретах [38, с. 43].
В своей записке Ф.А. Герстнер также привел экономические расчеты, строительные и технические характеристики будущей железнодорожной линии. Дорога частично приобретала вагоны за рубежом, а также строила в своих мастерских, покупая лишь колесные пары, буксы, рессоры и некоторые другие металлические изделия.
Совершенствование конструкции кузова и унификация его параметров
Кузов пассажирского вагона в значительной степени определяет необходимые комфортные условия, потребительские услуги и уровень безопасности нахождения пассажиров в поезде.
Эти качества зависят от конструкции кузова, применяемых материалов, планировочных решений, оснащения вагона экологически чистым санитарно-гигиеническим оборудованием и системами кондиционирования воздуха.
Приведем результаты ретроспективного анализа направлений и средств совершенствования конструкций кузовов пассажирских вагонов, их оснащения с целью повышения уровня комфорта и обеспечения безопасности перевозки пассажиров в соответствии с возрастающими требованиями.
Кузов является основной частью вагона и служит для размещения пассажиров. Основанием кузова служит рама, на которой располагаются ударно-тяговые приборы, тормозное и вспомогательное оборудование. Рама опирается на ходовые части через опорно-поворотные устройства (пятники и скользуны), воспринимает усилия, действующие на вагон, поэтому должна обладать необходимой прочностью. Кузов вагона по принципу устройства может быть:
-с несущей рамой, воспринимающей силу тяжести груза, продольные и другие силы, действующие на вагон;
-с несущими боковыми стенками, жестко связанными с рамой;
-цельнонесущий кузов, у которого все элементы конструкции воспринимают нагрузку.
Первые пассажирские вагоны Александровского завода, построенные в 1846-1851 гг., предназначались для перевозки пассажиров I, II, III классов (рис. 2.1) [49, с.48].
Вагоны различались внутренним оборудованием и отделкой. Типы и конструкции пассажирских вагонов во многом определялись Технической комиссией при Департаменте железных дорог Ведомства путей сообщения. Для улучшения конструкции необходимо было удлинить кузов вагона, потому что чем длиннее вагон, тем равномернее распределяются толчки, которые особенно чувствительны в коротких вагонах [38, с. 87].
Для всех классов вагонов устанавливались одинаковые размеры кузова: длина - 15239 мм и ширина - 2895 мм [98, с. 42].
Высота кузова от пола до потолка достигала 2 м. Вагоны имели концевые открытые площадки. Крыша была дугообразной формы. В качестве строительного материала для обшивки кузова использовались дуб, ель, сосна, ясень [16, с. 38].
Вагоны подразделялись на спальные, обыкновенные и служебные. Эти модели пассажирского вагона представляли собой упрощенный вариант без претензий на комфорт.
В жестком вагоне Ш класса имелось шесть дверей, застекленных в верхней части и отворявшихся наружу (рис. 2.2) [70, с. 115].
Вагон I класса располагал четырьмя дверями с каждой стороны, открывавшимися наружу (рис.2.3.) [70, с. 117]. В открытом состоянии двери выходили за пределы габарита подвижного состава, что было небезопасно [98, с. 45]. Рядом с дверьми, застекленными в верхней части, располагались боковые окна.
Для перехода из одного вагона в другой проектировались подножки с поручнями в нижней части. Пассажирские вагоны отечественных заводов второй половины XIX в. отличались высоким качеством и сравнительно низкой стоимостью по сравнению с зарубежными образцами. В конце вагона стали располагать закрытые тамбуры с входными дверями, открывавшимися вовнутрь (рис. 2.4) [16, с. 153].
Отопление и водоснабжение
Российские ученые М.В. Винокуров [27], Ю.М. Калымулин [59, 103, 104], Ю.О. Фаерштейн [95] разработали методы расчета отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в вагонах. Объектом исследования П.А. Устича является создание модели функционирования вагонного хозяйства российских железных дорог, в основе, которой лежит концепция «вагон -эксплуатационная среда. Им введены такие новые понятия, как эталонное состояние вагонного хозяйства, параметр безопасности вагона, коэффициент технологического запаса мощности и инвестиционная привлекательность предприятий вагонного хозяйства [34, с. 46].
В.И. Светлов во многом связывает эффективность пассажирских вагонов с их пассажироемкостью, а последнюю - с линейными размерами кузова вагона. От линейных размеров зависят возможности обустройства пассажирских помещений и уровень комфортабельности пассажирских перевозок [89, с. 3-8].
Отопление в первых пассажирских вагонах Александровского завода отсутствовало. В вагонах I и II классов для обогрева ног пассажиров служили грелки. Для этого использовали кирпичи, нагретые в металлических ящиках. Каждые 3-4 часа охлажденные грелки заменяли. Вагоны III класса такого обогрева не имели [98, с. 46].
В 1863 г. на Санкт-Петербурго - Московской ж.д. пассажирские вагоны впервые начали оборудоваться печами сухого отопления, удобными в использовании. Чаще всего печи отливались из чугуна и имели цилиндрическую форму. Для предупреждения чрезмерного накаливания стенок внутрь печи вставлялась гончарная трубка. Если внутренний диаметр превышал цифру 8, печь выкладывалась огнеупорным кирпичом. Снаружи чугунная печь обшивалась кожухом из листового железа. Для предохранения крыши вагона от возгорания часть дымовой трубы обносилась «песочницей», а края отверстия обертывались войлоком и обивались железом. Для предохранения печи от дождя и задувания ветром труба накрывалась колпаком (рис. 3.1). [16, с. 209-210].
Печное отопление отличалось простотой, низкой стоимостью, несложным уходом и содержанием. Топка печи осуществлялась мелко наколотыми дровами, коксом или полуантрацитом. Печное отопление загрязняло вагон, в нем пахло горелым, так как регулировать температуру было невозможно. Чугунные печи, расположенные посередине вагона, обогревали его неравномерно. Верхняя часть прогревалась, а полы, и, особенно, углы промерзали [98, с. 50]. Модернизировать печное отопление не позволяла внутренняя планировка вагона, в том числе купе и отдельные помещения. Поэтому печное отопление длительное время сохранялось только в вагонах - «теплушках», которые использовали вплоть до начала XX в., когда осуществлялись массовые перевозки во время Русско-японской, Первой мировой и Гражданской войн.
В 1866 г. специалисты Ковровских мастерских предложили более совершенное воздуховодное отопление. Чугунную печь снабжали наружным кожухом и трубой с выводом на крыше. На конце трубы конструировали раструб, поворачивавшийся по ходу поезда. Попадая в раструб, наружный воздух нагревался в кожухе и выходил из его нижней части по трубам под скамьи для пассажиров по всей длине вагона (рис. 3.2). [16, с. 214-215].
