Эволюция

хопперов

Для перевозки сыпучих грузов во все времена использовались тара и транспорт. Одно из значительных достижений инженерной мысли в этой области — саморазгружающийся бункерный грузовой вагон, получивший название «хоппер».


17 декабря 2017

Зерновой путь

Кузов хоппера представляет собой емкость с большими воронками (бункерами) в нижней части. Снизу расположены люки, при открытии которых груз высыпается на железнодорожное полотно самотеком, под действием собственной тяжести. Разгрузке способствует наклон торцов вагона и стенок бункеров в 41–60 градусов. Один из самых древних сыпучих грузов в истории человечества – зерно. Его роль в развитии грузовых, и в частности железнодорожных, перевозок огромна.

В древности зерно перевозили в амфорах: по морю сначала на весельных судах, позже – на парусных, а по суше – на повозках. Во второй половине XIX века мир охватило строительство железных дорог, что впоследствии привело к многократному увеличению экспорта зерна, так как появилась возможность перемещения больших его партий на дальние расстояния за сравнительно небольшое время и деньги.

Вес первых грузовых вагонов примерно равнялся их грузоподъемности и составлял 8–10 т

В России первые грузовые вагоны появились в 1846 году: простой прямоугольной формы, двухтележечные – по две оси на каждой тележке. Как и все вагоны того времени, они строились из дерева, что существенно ограничивало общую грузоподъемность. В основе вагоностроения тогда лежал принцип, по которому делались гужевые повозки. Вес первых грузовых вагонов примерно равнялся их грузоподъемности и составлял 8–10 т.

Перемещение большого объема сыпучих грузов в вагонах по железной дороге позволяло экономить на логистике: в шесть раз дороже стоила доставка товара гужевым транспортом. В крытый двухосный вагон того времени помещалось до 600 пудов зерна. Проблема выгрузки решалась вручную с помощью разнорабочих.

Длина грузового состава того времени не превышала 30 вагонов. Таким образом, на рубеже ХХ столетия из точки А в точку Б единовременно могло доставляться порядка 18 тысяч пудов зерна, что на современный пересчет составляет около 235 т.

С началом ХХ века все тарифы на перевозку грузов были пересмотрены и обновлены. По мере увеличения количества вагонов с зерном на железных дорогах рядом со станциями строились складские помещения. Таким образом, у владельцев грузов появилась возможность прерывания пути перемещения без потери тарифных выгод, так как иногда погодные условия мешали дальнейшему продвижению.

Тогда же были учреждены агентства, отвечающие за выполнение поручений отправителей зерна по продаже, хранению и залогу груза. Благодаря развитию логистической индустрии накладные расходы владельцев зерна сократились из-за перевозки большого объема. Именно в тот период появились хлебные биржи в Москве, Санкт-Петербурге, Борисоглебске, Воронеже и других крупных городах. Все это способствовало закреплению российской позиции на зерновом мировом рынке.

Четыре против двух

К началу 1900-х железнодорожные полотна были существенно укреплены, что позволило выпускать на рельсы вагоны, имеющие предельную нагрузку на ось в 17 т. Однако инженеры всего мира продолжали искать способы увеличить пропускную способность железных дорог, повысить грузоподъемность и погонную нагрузку вагона (тонн/метр).

Общие недочеты отечественных разработок повлияли на решение руководителей российских железных дорог адаптировать западноевропейские аналоги бестележечных двуосных вагонов. Появившиеся четырехосные заняли существенные позиции на рынке перевозок. Значительным преимуществом последних стал коэффициент тары, зависящий от конструкции и веса стандартных элементов вагона, например, рамы, кузова, тормоза или сцепного устройства. Переход на четырехосную конструкцию позволил повысить грузоподъемность подвижного состава. К плюсам модернизации можно отнести и экономию топлива, которая связана с уменьшенным сопротивлением движения поезда при прохождении поворотов. Однако двуосные вагоны наравне с четырехосными активно эксплуатировались по всей Европе вплоть до 1970 года (в России они были сняты с путей в 1965 году).

Погрузка зерна в вагоны для транспортировки.СССР, 1959 год

Погрузка зерна в вагоны для транспортировки.СССР, 1959 год

Больше грузов

В 30-е годы ХХ века перед несколькими советскими конструкторскими бюро была поставлена задача по разработке трехосных вагонов, но ни один из предложенных вариантов не оказался лучше и выгоднее четырехосного. Над этой задачей трудились и немецкие инженеры. Перед Второй мировой войной им удалось завершить новую разработку: грузовой вагон с двумя трехосными тележками. Общая грузоподъемность такого вагона могла составить 63 т. А в США, наоборот, предпочитали серийные четырехосные вагоны. Таким образом, к середине ХХ века средняя по миру грузоподъемность вагона выросла до 60 т.

После Великой Отечественной войны 1941–1945 годов обновление и прокладка железнодорожных путей подтолкнули СССР к разработке новых моделей подвижного состава. Так в 1955 году появились шестиосные вагоны. Однако разработка снова оказалась невостребованной, теперь уже из-за избыточной сложности. Поэтому конструкторы решили увеличить количество осей до восьми. И в 1969 году по советским железным дорогам стали ездить восьмиосные цистерны и полувагоны. Их грузоподъемность достигала 130 т.

Вагон-хоппер для перевозки цемента.СССР, Полтавская область, 1991 год

Вагон-хоппер для перевозки цемента.СССР, Полтавская область, 1991 год

Хоппер в СССР

Рассматривая историю развития грузовых вагонов, можно выделить два определяющих фактора: существенное повышение грузоподъемности и улучшение приспособленности емкостей для перевозки разных видов груза.

Довольно долгое время грузовые вагоны были универсальными. Большинство грузов размещалось на открытых платформах, чуть позже появились крытые вагоны, защищающие груз от непогоды, краж и других нежелательных воздействий. Впоследствии развитие железных дорог привело к созданию специализированных грузовых вагонов – для разных категорий грузов. А специально для сыпучих продуктов были спроектированы вагоны-бункеры, самостоятельно выгружающие груз.

Открытый четырехосный саморазгружающийся вагон для насыпных грузов (в основном угля) с грузоподъемностью 60 т, с наклонными поперечными стенками оказался совершенно новым типом товарного вагона, не существовавшим еще на дорогах СССР. Он был построен в 1933 году после того, как двуосный вагон 1931 года с подъемной силой в 25 т показал свою эксплуатационную целесообразность. Как раз тогда вагоны этого типа получили название «хоппер». Есть несколько версий перевода. Первая – «бункер», «ящик», согласно второй название вагона получено из-за наличия в нижней части кузова разгрузочных люков, которые англичане называют «хопперами» от английского слова hop – прыгать.

Скорость погрузки-разгрузки таких вагонов отличалась в разы, что способствовало их широкому распространению. Хотя почти сразу оказалось, что новая конструкция вагона грузоподъемностью 60 т неустойчива на путях, поэтому спустя некоторое время их грузоподъемность была уменьшена до 50 т.

Хоппер-дозатор ЦНИИ-ДВЗ для механической выгрузки и перевозки грузов

Хоппер-дозатор ЦНИИ-ДВЗ для механической выгрузки и перевозки грузов

Благодаря повышенной скорости погрузки и разгрузки хопперы получали все большее распространение

Разные цели, разные грузы

По окончании Великой Отечественной войны появилась необходимость в проектировании новых машин и вагонов: путеукладчики на тракторном ходу, электробалластеры, щебнеочистительные и землеуборочные машины и хоппер-дозаторы. Последние были разработаны в СССР в начале 50-х годов ХХ века на базе уже существующих угольных хопперов. Первыми советскими моделями балластных хопперов-дозаторов были ЦНИИ-1, ЦНИИ-2 и ЦНИИ-БДХ-3. С их помощью осуществлялась доставка и равномерная выгрузка балласта по ремонтируемому железнодорожному полотну. Их заполняли песком или щебнем на заводах или карьерах, затем по пути следования из вагонов поочередно высыпали балласт.

Сегодня хопперы-дозаторы получили широкое распространение. Путевым хозяйством РЖД используются хопперы-дозаторы типа ЦНИИ-ДВЗ, ЦНИИ-ДВЗ М. Технология проста: пневматическая система питается от компрессора локомотива, а настройка выгрузки позволяет распределять балласт в нужном месте пути. Выгружаемый материал поступает из люков нижних бункеров, с регулируемой степенью открытия. Происходит высыпание в междупутье или обочину пути.

Бункеры некоторых моделей хопперов-дозаторов оборудованы поворотными крышками, не позволяющими прервать процесс отгрузки щебня. В случае прохождения вагона такого типа по железнодорожному мосту (здесь отсыпка балласта запрещена) всему составу придется двигаться назад до полной разгрузки «неконтролируемого» вагона. Чтобы таких ситуаций не возникало, была создана модель ВПМ-770 с секторными запорами, позволяющая прервать отсыпку в любой момент.

Почти повсеместное распространение удобного хоппера-дозатора позволило фактически исключить погрузку щебня в полувагоны и на платформы и полностью механизировать выгрузку и нормированную дозировку щебня на пути.

Развитие получили и хопперы для перевозки зерна. Так, в середине 80-х в СССР сконструировали модель №11–739 с грузоподъемностью 65 т. Проект разработчиков совпадал по размерам с крытыми вагонами, что позволило избежать переоборудования погрузочно-разгрузочных устройств, созданных за все время существования железной дороги. Несколько лет спустя хопперов коснулась модернизация: крышу вагона стали делать в виде трапеции, оборудованной настилом для более удобного доступа рабочих к грузу. Через несколько лет появилась усовершенствованная модель хоппера-зерновоза №19–752. Конструкторы заменили небольшие круглые люки на прямоугольные, большего размера. Грузоподъемность такого хоппера возросла до 70 т.

В начале 2000-х вагоностроители спроектировали для перевозки зерна хоппер каплевидной формы. Среди достоинств вагона – увеличившаяся грузоподъемность и улучшенные экономические показатели.

К тому же создан специальный хоппер для перевозки технического углерода и минеральных удобрений. Разгрузка таких вагонов происходит с помощью сжатого воздуха либо между рельсами, либо, как в случае с удобрениями, в сторону от железнодорожного пути.

Что сейчас

Современные хопперы можно поделить на два типа: открытый и закрытый. Открытые применяются для перевозки грузов, которые не боятся атмосферных воздействий (или могут быть легко восстановлены после них), например торфа, руды, угля. Если смесь горячая, как, например, агломерат, кокс или окатыши, то внутренняя обшивка вагонов имеет конструкцию, исключающую контакт груза с основными несущими элементами корпуса (плавающая обшивка). Конструкция предполагает, что высокие температуры не окажут влияния на кузов, а если и произойдут механические повреждения, то их можно будет легко устранить. Такие модели хопперов чаще всего имеют дистанционную автоматизированную систему разгрузки груза на обе стороны железнодорожного полотна. Механизм приводится в действие сжатым воздухом, который поступает от компрессора локомотива по поездной питательной магистрали.

Второй тип хоппера – закрытый – призван защитить груз от неблагоприятных воздействий атмосферных осадков. Основные виды таких вагонов – зерновоз, минераловоз и цементовоз. Все модели отличаются друг от друга способом выгрузки грузов и методом управления разгрузочными люками – механическим (пневматическим) или ручным. Разгрузка может происходить как на само полотно (в межрельсовое пространство), так и в сторону от него – по внешним сторонам вагона.

Сегодня при любом конструировании, будь то авиации или вагоностроение, используются современные композиционные материалы и легкие сплавы (например, алюминиевые). К примеру, стеклопластик обладает низкой теплопроводностью, прочностью стали и высокой биологической и коррозионной стойкостью. Поэтому он применяется при разработке новых моделей вагонов. По прогнозам экспертов, срок эксплуатации таких конструкций может составлять порядка 100 лет.

Депо в г. Сольвычегодске, Архангельская область. 1981 год

Депо в г. Сольвычегодске, Архангельская область. 1981 год

Что дальше

Благодаря инновациям каждый год в вагоностроении конструируются новые модели. Если смотреть общую статистику, то с 2014 по 2016 годы доля всех выпускаемых в России вагонов нового поколения возросла с 30 до 70%. Всего за первые 11 месяцев 2017-го отечественные заводы произвели 51,3 тыс. вагонов, из них 32,2 тыс. ед. (63%) – вагоны нового поколения (это более 30 моделей с улучшенными характеристиками). Касательно современных вагонов-хопперов, их грузоподъемность выросла до 83,5 т, а объем кузова – до 126 м3. И, по прогнозам экспертов, эти цифры будут с каждым годом расти.