Вагон (французское wagon, от английского waggon — повозка) — единица подвижного состава железных дорог; колёсный экипаж открытого или закрытого типа, оборудованный всеми необходимыми средствами для включения в состав поезда и предназначенный для перевозки грузов (см. Грузовой вагон) и пассажиров (см. Пассажирский вагон).
Прототип вагона — небольшая четырёхколёсная тележка (в странах Западной Европы называется «вагонетка», в России — «собака»). Вагон, направляющими для которых служили деревянные лежни (рис. 1), использовались в шахтах и рудниках ещё в средние века.
В начале 19 в. в повозках с конной тягой стали перевозить не только грузы, но и пассажиров (рис. 2). Первая дорога с регулярным движением таких экипажей открылась в английском графстве Суррей близ Лондона ещё в 80-е гг. 18 в.
Усовершенствование конструкции вагона тесно связано с изобретением рельсов и изменением их формы.
На смену полосовым рельсам пришли уголковые, рельсы с жёлобом, а затем с овальной (грибовидной) головкой («валики»), что повлекло за собой изменение вагонного колеса: на ободе появился выступ (гребень, или реборда).
Эти изобретения способствовали увеличению скорости движения при повышении безопасности, улучшению плавности хода.
В России вагонетки с канатной, а позднее с конной тягой появились на рудничных и внутризаводских рельсовых дорогах: в 1764 на Колывано-Воскресенском заводе на Алтае, в 1788 на Александровском заводе в Петрозаводске, в 1810 на Змеино-горском руднике, а с паровой тягой — на Нижнетагильской железной дороге, построенной в 1834.
Для Царскосельской железной дороги, открывшейся в 1837, подвижной состав, в том числе и вагоны, был закуплен за границей; только единичные образцы были изготовлены в России.
В зависимости от конструкции и удобств для пассажиров, вагоны именовались каретами, шарабанами, дилижансами, которые первоначально устанавливались на специальных платформах, а затем стали включаться в состав поезда.
В те же поезда входили платформы и открытые вагоны для грузов. Производство первых вагонов было налажено на Александровском заводе в 1846 для первой русской магистральной железной дороги между Петербургом и Москвой.
Эти вагоны (рис. 3, 4) имели все основные узлы современных вагонов: кузов (см. Кузов вагона), раму (см. Рама вагона), буксы, колёсные пары, ударно-тяговые приборы, тележки (см. Вагонная тележка), рессорное подвешивание, тормоза, внутривагонное оборудование.
Первые грузовые (товарные) вагоны — крытые 4-осные вагоны и вагоны-платформы с центральной сцепкой без буферов грузоподъёмностью 8,2 т. В 1855 построены 2-осные вагоны грузоподъёмностью 6,5–10 т.
В 1862 стали выпускать вагоны-ледники и с 1868 — вагоны с опрокидывающимся кузовом (думпкары), с 1872 — вагоны-цистерны, главным образом для перевозки нефти и нефтяных продуктов, а также специализированные вагоны для живой рыбы, молока, сыпучих грузов (песка и других промышленных материалов).
В 1892 был создан грузовой вагон грузоподъёмностью 12,5 т, так называемый «нормальный тип», определивший развитие конструкции вагонов на последующие годы.
Этому способствовало введение в России в начале 80-х гг. бесперегрузочного следования товарных вагонов, что обеспечило эксплуатацию вагонов одного типа по всем железным дорогам страны. Крытые вагоны строились с одинаковыми внутренними размерами кузова (длиной 6400 и шириной 2743 мм) — «нормального типа».
Рис. 2. Повозка с конной тягой на рельсовом пути.
Рис. 4. Пассажирский вагон Александровского завода, построенный для Петербург- Московской железной дороги (1852),
Рис. 1. Деревянная тележка (вагонетка), перемещавшаяся по деревянным лежням.
Рис. 3. Грузовой вагон Александровского завода (1846).
Рис. 5. Цельнометаллический пассажирский вагон (выпуск 1950).
Рис. 6. Цельнометаллический багажный вагон (выпуск 1980).
Рис. 9. Хоппер для перевозки цемента.
Рис. 8. Универсальная платформа с металлическими бортами.
Рис. 10. Цистерна.
Рис. 7. Крытый цельнометаллический вагон: а — универсальный; 6 — для легковесных грузов.
Вагонный парк отличается многообразием типов и конструкций вагонов, что обусловлено необходимостью удовлетворения различных требований: высокая провозная способность ж. д., комфортные условия для пассажиров, сохранность грузов, защита грузов от атм. осадков, макс. использование грузоподъёмности, универсальность.
Эти факторы определяют требования к конструкции В.: оснащение их автоматическими тормозами, автосцепкой, усовершенствованными ходовыми частями, системами отопления, охлаждения, кондиционирования, вентиляции, теплоизоляцией, электрооборудованием и др.
Рис. 12. Специализированная платформа для перевозки автомобилей.
Конструкция В. характеризуется рациональностью и рядом технико-экономических параметров, которые во многом определяются свойствами используемых высокопрочных материалов.
Основным материалом для изготовления несущих частей В. служит низколегированная сталь (листовая, сортовой, фасонный прокат и отливки). Элементы, подвергающиеся коррозии, изготовляют из высоколегированных (нержавеющих) сталей.
Для снижения собственной массы (тары) в конструкции В. эффективно применение более легких, чем сталь, алюминиевых сплавов, например, при изготовлении кузовов В. высокоскоростных поездов, котлов цистерн для перевозки молока (обеспечивается сохранность груза) и крепкой азотной кислоты (хорошее сопротивление агрессивному воздействию), внутренней обшивки рефрижераторных В. (предотвращается коррозия).
Уменьшение собственной массы (тары) и улучшение эксплуатационных показателей В. достигается также применением полимерных материалов, гл. обр. для изготовления внутреннего оборудования и отделки пасс. В.
При создании В. выполняется обширный комплекс расчётов и проводятся различных испытания, позволяющие оценить прочность и жёсткость всех несущих нагрузку элементов; надёжность узлов и частей вагона; обеспечение безопасности движения; динамического качества (плавность хода, устойчивость от схода с рельсов и опрокидывания, воздействие на путь и др.); эффективность тормозного оборудования и автосцепного устройства, а для пасс, и изотермических вагонов также и электрооборудования, устройств кондиционирования воздуха, теплотехнических качеств кузова.
В ходе испытаний оценивается и уровень шума, противопожарная защита, условия комфорта для пассажиров и обслуживающего персонала. Развитие вагоностроения предполагает улучшение эксплуатационных и прочностных характеристик В.
В новых пасс. В. предусматривается увеличение пассажировместимости (провозной способности); повышение уровня комфорта; соответствие увеличению скоростей движения; улучшение плавности хода; использование эффективных материалов; повышение экономических характеристик и надёжности.
Увеличение вместимости пасс. В. достигается путём удлинения кузова (26—27 м вместо 23,4) и конструирования двухэтажных В., в которых населённость поезда повышается на 50—65% (в В. с местами для сидения).
Для грузовых В. важным направлением является увеличение погонной нагрузки, т. к. от неё зависит возможность роста провозной способности ж. д., а также осевой нагрузки, что позволяет увеличить грузоподъёмность В., снизить их уд. металлоёмкость (коэф. тары).
Важная особенность конструкции грузовых В.— возможно лучшая приспособленность к механизированным и автоматизированным погрузочно-разгрузочным операциям и маневровым работам.
Для повышения провозной способности ж. д. перспективно проектирование В. с увеличенными габаритами: 8-осных полувагонов и цистерн, которые по сравнению с 4-осными обладают существ. преимуществами, т. к. при одинаковой длине поезда его масса возрастает на 25—60%; вдвое уменьшается вероятность выжимания В. из состава; улучшаются динамического качества; уменьшается уд., сопротивление движению и расход энергии на тягу поезда; снижается себестоимость перевозок, а следовательно, более эффективным становится использование капитальных вложений в развитие пропускных способностей ж. д. В парке специализированным В. принципиальные изменения произошли в конструкции изотермических В., которые строятся с кузовом нового типа — трёхслойная монолитная оболочка («сэндвич»), с жидкоазотной системой охлаждения, вагоны-термосы.
Рис. 11. Вагоны рефрижераторной 5-вагонной секции.
Существенно увеличить надёжность В., снизить их сопротивление движению, реализовать и др. преимущества конструкции позволило оборудование вагонных букс роликовыми подшипниками. Снижению необрессоренной массы экипажа способствовало использование колёсных пар с полыми осями.
Рис. 13. Платформа для лесоматериалов.
Совершенствование автосцепного устройства В. направлено на увеличение энергоёмкости поглощающих аппаратов до 100—120 кДж у осных и до 160—200 кДж у 8-осных грузовых В., автосоединителей тормозных рукавов и электропроводов, устройств автоматическими расцепления.