Создание и развитие конструкций вагонов тесно связано с появлением колесного транспорта, модернизацией шарабанов, дилижансов, карет, фаэтонов в рельсовый вид подвижного состава — вагоны. Еще до появления железнодорожных вагонов разрабатывались новые типы повозок, совершенствовались их формы и улучшались конструкции отдельных частей. Развитие промышленности и железнодорожного транспорта способствовало интенсивному внедрению новых, более эффективных конструкций вагонов, так как от вагонного парка, в основном, зависело освоение возрастающих объемов перевозок грузов и пассажиров. На протяжении многих столетий в решении этих проблем принимали участие многие страны и специалисты, занимающиеся наземными видами транспорта В связи с тем, что вагоностроение неотделимо от развития железнодорожного транспорта о некоторых специалистах уже упоминалось в разделе 1.2. В результате вклада специалистов в теорию проектирования и разработку конструкций вагонов, появилась новая наука — наука о вагонах. Устремленность и творческий путь изобретателей и ученых, описанный ниже, должен послужить молодым специалистам примером в их деятельности. Павел Петрович Мельников (1804—1880), кроме активного участия в разработках планов и строительстве первых магистральных железных дорог, в своих научных работах рассмотрел новые и важные для того времени вопросы, касающиеся вагоностроения:
- сопротивление движению рельсовых экипажей с выводом формул для расчета этого сопротивления;
- разработка конструкции кузовов и рам вагонов;—рекомендации по конструкции, размерам и материалам колес и осей колесных пар для вагонов, обращающихся с обычными и повышенными скоростями;
- устройство подшипников, применяемые для их изготовления материалы и технология механической обработки трущихся поверхностей;
- конструкция смазочных устройств в буксах, включая вид смазки и способы подачи ее к трущимся частям;
- устройство ручного тормоза;
- обоснование и ограничение собственной массы вагона.
Возвратившись из командировки в Америку, П.П. Мельников подробно описал американские конструкции вагонов, опубликовав в печати для широкого ознакомления и использования.
Профессором Николаем Леонидовичем Щукиным (1848—1924 гг.) проектирование по вагоностроению поставлено на научную основу вместо экспериментального подхода, получившего распространение в то время во всех странах мира. Н.Л. Щукин, совмещая с 1883 по 1902 г. преподавательскую деятельность с работой инженера-консультанта на Петербургском Александровском заводе, организовал там мощную техническую контору, ставшую центром проектирования новых типов подвижного состава. Здесь проектирование было поставлено так, что разработки велись в тесном взаимодействии с производственными цехами и специалистами, эксплуатирующими разрабатываемые конструкции вагонов. С 1902 по 1922 г. Н.Л. Щукин возглавлял Комиссию подвижного состава, тяги и мастерских Инженерного совета и Технического комитета Министерства путей сообщения, внеся огромный вклад в проектирование всех вагонов и их частей, построенных с 1902 г. Он выполнил расчеты рам кузовов, тележек, тормозов; предложил замену свечного на электрическое освещение; рекомендовал произвести оборудование вагонов автосцепкой; участвовал в создании облегченных конструкций пассажирских вагонов дальнего следования и пригородного сообщения, а также крытого вагона увеличенной до 20 т грузоподъемностью с металлическим каркасом кузова и др. Н.Л. Щукин принимал активное участие в создании Московского института путей сообщения, Почетным членом которого он был затем избран.
Николай Павлович Петров (1836—1920), Почетный член Петербургской Академии наук, основоположник науки о подвижном составе. Им опубликовано более 100 научных работ, посвященных проблемам смазки, сопротивления движению поезда, тормозов, взаимодействия подвижного состава и пути, экономики железнодорожного транспорта. Оригинальные эксперименты, выполненные на машине трения собственной конструкции, и глубокие теоретические исследования Н.П. Петрова послужили основой для создания теории гидродинамической смазки, признанной во всем мире. Рекомендуемые Н.П. Петровым смазки, по сравнению с применяемыми ранее, значительно уменьшили силы трения, что позволило сэкономить более 50 тыс. т угля в год, стоимость которого в 1883 г. составляла около полумиллиона рублей. Исследования Н.П. Петрова по сопротивлению движению поезда имели важное значение для создания теории тяговых расчетов. Он выполнил исследования прочности и надежности посадки бандажей на колесные центры, существенно влияющей на безопасность движения поездов, разработал теорию сил инерции необрессоренных масс при движении колеса по неровностям пути любой формы и с учетом упругости пути, применив свой метод конечных разностей. Опираясь на работы Н.П. Петрова, в 1915 г. специальная комиссия разработала методику определения допускаемых нагрузок на оси подвижного состава и предельных скоростей движения на железных дорогах в зависимости от типов верхнего строения пути и паровозов.
Николай Егорович Жуковский (1847—1921), работая в Экспериментальном институте путей сообщения, выполнил основополагающие исследования в области продольной динамики, рассмотрев усилия, возникающие в ударно-тяговых приборах сквозной (неразрезной) и несквозной (разрезной) упряжи при трогании поезда с места и при движении по ломаному профилю пути. При этом для исследования процесса трогания с места однородного поезда, имеющего вагоны с неразрезной упряжью, Н.Е. Жуковский рассмотрел две расчетные схемы: состав вагонов поезда считается упругим стержнем с грузом (локомотивом) на конце; поезд считается системой твердых тел, соединенных упругими связями. Теория Н.Е. Жуковского позволила определять максимальные продольные усилия в тяговых приборах подвижного состава, уточняла расчеты частей вагонов.
Теория продольной динамики Н.Е. Жуковского получила применение и дальнейшее развитие в научных трудах многих отечественных и зарубежных ученых и используется до настоящего времени.
Михаил Васильевич Винокуров (1890—1955), доктор технических наук, профессор, ученый в области динамики, подробно исследовал собственные и вынужденные колебания двухосного и четырехосного грузового и пассажирского вагонов. На основе анализа дифференциальных уравнений предложил рациональные соотношения жесткости ступеней рессорного подвешивания, степень демпфирования колебаний силами трения, установил соотношение между базой вагона и радиусом инерции кузова, определил положение метацентра вагона, при котором обеспечивается устойчивость, рекомендовал целесообразные параметры люлечного устройства ходовых частей и др. Им было высказано предложение о целесообразности опирания кузова вагона на скользуны тележек, что способствует гашению колебания виляния. М.В. Винокуров разработал методы расчета отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в вагонах. Под его редакцией и в соавторстве был создан капитальный учебник для студентов вузов «Вагоны».
Василий Захарович Власов (1906—1958), доктор технических наук, профессор, член-корреспондент Академии наук СССР, выдающийся ученый в области строительной механики. Его научные исследования посвящены созданию современных методов расчета тонкостенных элементов вагонных конструкций.
Евгений Николаевич Никольский, доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ, почетный доктор Будапештского университета, внес значительный вклад в развитие методов расчета напряженного состояния кузовов вагонов. Для расчета вагонных конструкций типа оболочек им разработаны метод чередования основных систем и обобщенный метод сил, позволяющие производить расчет сложных конструкций кузовов вагонов. Для расчета крыши пассажирского вагона Е.Н. Никольским уточнена теория цилиндрических оболочек с неизгибаемым контуром поперечного сечения произвольной формы. Это уточнение явилось развитием теории оболочек и тонкостенных стержней с недеформируемым контуром поперечного сечения, созданной В.З. Власовым. Важные исследования по развитию метода конечных элементов (МКЭ) для расчета вагонных конструкций выполнены Е.Н. Никольским, в которых он сочетал простые традиционные для кузовов схемы с уточнением их в отдельных областях введением поля конечных элементов, а также использовал метод чередования основных систем в сочетании с МКЭ. Он является соавтором учебников и учебных пособий для вузов.
Леонид Абрамович Шадур, доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ, заведовавший кафедрой «Вагоны и вагонное хозяйство» МИИТа в 1960—1976 гг., является одним из особых ученых, внесших свой вклад в развитие науки о вагонах и подготовку многочисленных специалистов для железнодорожного транспорта и народного хозяйства. По его учебникам, учебным пособиям и другим публикациям обучались и повышали квалификацию многие поколения инженеров и специалистов вагонного хозяйства.
Л. А. Шадур успешно осуществлял подготовку кадров высшей квалификации, под его научным руководством разработано и защищено 60 кандидатских и 7 докторских диссертаций. Такой результат деятельности подтверждает высочайшую квалификацию Л. А. Шадура.
Виктор Васильевич Лукин, доктор технических наук, профессор, заслуженный работник транспорта РФ, академик Российской академии транспорта. После окончания в 1945 г. железнодорожного училища в городе Грязи Липецкой области В. В. Лукин работал столяром в вагонном депо ст. Грязи Юго-Восточной ж. д. Окончив с отличием в 1950 г. Отрожский (г. Воронеж) техникум путей сообщения, он поступил в МЭМИИТ. Его дальнейшая творческая судьба тесно связана с именем Леонида Абрамовича Шадура.
Евгений Владимирович Михальцев (1887—1960), доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РСФСР, впервые наиболее полно исследовал проблему выбора рационального типа вагона для угольных и рудных перевозок, установив целесообразные его параметры с учетом перспективы. При этом было проанализировано состояние и возможности погрузочно-разгрузочных устройств заводов-потребителей этих грузов и другой клиентуры. Е.В. Михальцев дал правильную оценку конструктивных усовершенствований подвижного состава в части увеличения мощности локомотивов, повышения грузоподъемности вагонов, снижения их тары, применения тележек, роликовых подшипников, введения автосцепки и автотормозов. Он с большой глубиной и широтой рассмотрел вопрос и дал оценку экономичности и целесообразности строительства специальных и сферы использования универсальных вагонов, то есть решил проблему, не потерявшую актуальность в современных условиях эксплуатации железных дорог.
Валериан Иванович Дмитриев (1903—1977), доктор экономических наук, профессор, провел обширные исследования по экономике вагонного парка. При выборе типов вагонов и установлении целесообразной структуры вагонного парка грузовых вагонов он доказал, что необходимо полностью учитывать эксплуатационные расходы, включая издержки по начально-конечной операции, затраты на погрузку и выгрузку, а также капитальные вложения. При выборе оптимальных параметров вагона он рекомендовал исходить из того, чтобы этот новый подвижной состав обеспечивал наименьшие затраты общественного труда на транспортирование грузов при полном обеспечении их сохранности и безопасности движения. Выполненные В.И. Дмитриевым расчеты показали, что вагоны отечественных железных дорог должны иметь возможно большую погонную нагрузку, при которой обеспечивается наиболее экономичное освоение грузо¬оборота. Все эти и другие вопросы нашли отражение в написанной им монографии «Вопросы экономики вагонного парка» издания 1958 г. В.И. Дмитриев являлся одним из основных консультантов при оптимизации параметров и выборе конструктивной схемы восьмиосных вагонов, был консультантом по кандидатской и докторской диссертациям В.В. Лукина.
Иван Иванович Челноков (1909—1978), доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РСФСР, ученый в области динамики вагонов. В ЛИИЖТе (ПГУПС), где он заведовал кафедрой «Вагоны и вагонное хозяйство», созданы стенды, позволяющие проводить экспериментальные исследования рессорного подвешивания и гасителей колебаний вагонов. И.И. Челноков является одним из авторов учебника «Вагоны» изданий 1978 и 1980 гг., «Динамика вагона» 1978 г. Совместно с ним в ЛИИЖТе исследования проводили доктора технических наук, профессора Леонид Александрович Кальницкий и Михаил Матвеевич Соколов.
Владимир Давидович Хусидов, доктор технических наук, академик Российской академии транспорта, почетный профессор МИИТа, в 1965 г. разработал математические модели нелинейных колебаний восьмиосных вагонов и методы их анализа, основанные на численном интегрировании дифференциальных уравнений. В решении задач динамики железнодорожного подвижного состава это было сделано впервые. За эти исследования в 1968 г. ему была присуждена ученая степень кандидата технических наук. Предложенные им методы компьютерного моделирования колебаний широко применяются в настоящее время.
Михаил Феликсович Вериго, доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ, лауреат премии Совета Министров СССР, исследовал процессы взаимодействия вагонов с железнодорожным путем, впервые рассматривая их как проблемы стохастических динамических процессов. Им были разработаны правила расчетов верхнего строения пути на прочность, которые используются при проектировании вагонов. На основе результатов исследований М.Ф. Вериго были сформулированы и утверждены МПС в 1962 г. «Основные требования к подвижному составу по воздействию на путь», которые используются при проектировании конструкций и эксплуатации вагонов. М.Ф. Вериго является руководителем и автором исследований по выбору рационального уровня повышения нагрузок от колесных пар вагонов на рельсы, комплексным испытаниям четырех-, шести- и восьмиосных грузовых вагонов, а также по различным модификациям их тележек. Им выполнены исследования, связанные с выбором основных параметров экипажей для скоростного пассажирского движения. М.Ф. Вериго опубликовано более 150 работ, получено 18 авторских свидетельств на изобретения.
Александр Абрамович Львов (1912—1994), доктор технических наук, профессор, лауреат премии Совета Министров СССР 1988 г., исследовал колебания четырех-, шести- и восьмиосньгх грузовых вагонов, разработал метод определения параметров рессорного подвешивания, обеспечивающих устойчивое движение вагонов.
Александр Алексеевич Хохлов, доктор технических наук, почетный профессор МИИТа, академик Российской академии транспорта, академик Академии проблем качества РФ. Он разработал аналитические методы оценки нагруженности вагонов, используя теорию эквивалентного преобразования исходных математических моделей. На базе разработанного правила исключения переменных получил расчетные зависимости для прогнозирования и выбора динамических качеств вагонов. А.А. Хохлов усовершенствовал методику выбора основных параметров грузовых вагонов с учетом их эксплуатации в рыночных условиях. Им опубликовано 110 работ, имеет одно изобретение, является лауреатом Всероссийского Выставочного Центра РФ в 1993 г.
Петр Степанович Анисимов, доктор технических наук, профессор, академик Российской академии транспорта и Академии проблем качества РФ, заслуженный работник транспорта РФ. Он выполнил комплекс теоретических и экспериментальных исследований по обеспечению безопасной перевозки на транспортерах, платформах и полувагонах тяжеловесных, негабаритных и длинномерных грузов со смещением их центра тяжести от осей симметрии вагона, сформулировал при этом основные требования и дал научно обоснованные рекомендации по безопасной и экономичной эксплуатации этого вида подвижного состава. Предложенные П.С. Анисимовым рекомендации вошли в технические условия погрузки и крепления указанных выше грузов, которые используются на железных дорогах СНГ. За разработку и внедрение в практику уникальной, не имеющей аналогов в мире, комплексной технологии перевозки крупногабаритных и тяжеловесных промышленных и энергетических изделий ему была присуждена в 1988 г. премия Совета Министров СССР. П.С. Анисимов участвовал в разработке технических требований и параметров двухосной тележки для скоростей движения до 140 км/ч, экспериментально-расчетного метода оценки воздействия грузовых вагонов на путь, метода оценки устойчивости колеса от вкатывания на головку рельса с использованием теории вероятности. Им выполнен большой комплекс исследований прочностных и динамических качеств специальных восьмиосных транспортеров для перевозки уникальных изделий для кораблей с атомными установками. С 1995 по 2000 г. П.С. Анисимов заведовал кафедрой «Вагоны и вагонное хозяйство» МИИТа. Он является автором более 130 печатных работ, имеет три изобретения.
Интенсивно проводились работы по усовершенствованию элементов подвижного состава.
Петр Иванович Травин (1885—1970) возглавил Центральное вагонное конструкторское бюро (ЦВКБ), созданное в 1931 г. для форсирования работ по проектированию новых вагонов. ЦВКБ впервые разработало нормативы для проектирования вагонов, создало новые конструкции и внедрило в производство основные типы большегрузных вагонов, а также прогрессивные пассажирские вагоны. Под руководством П.И. Травина на Крюковском заводе был освоен выпуск первых полувагонов грузоподъемностью 60 т, а также успешно проведены испытания первого такого вагона. Совместно с работниками Мытищинского завода П.И. Травин активно участвовал в создании первых вагонов для Московского метрополитена.
Флорентий Пименович Казанцев (1877—1940), автор нескольких систем железнодорожных автоматических тормозов. В 1909 г. изобрел неистощимый пневматический тормоз. Он предложил воздухораспределитель двухпроводного воздушного тормоза для пассажирских поездов. Тормозом с воздухораспределителем в 1925 г. были оборудованы поезда из нефтеналивных цистерн на железнодорожной линии Баку—Батуми. В 1925 г. Ф.П. Казанцев предложил воздухораспределитель однопроводного жесткого тормоза, а в 1927 г. — воздухораспределитель полужесткого тормоза. Его именем назван разработанный в 1926 г. Московским тормозным заводом кран машиниста, которым были оборудованы грузовые локомотивы.
Б.Л. Карвацкий создал первый учебник «Автотормоза», выдержавший четыре издания, опубликовал первый фундаментальные труд «Общая теория автотормозов» и много других публикаций для инженерно-технических работников, студентов вузов и техникумов.
Валентин Макарович Казаринов (1907—1978), доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РСФСР, ученый в области автотормозов подвижного состава. Свою трудовую деятельность он начал в 1921 г. Окончил Томский электромеханический институт инженеров транспорта (ТЭМИИТ), в котором работал с 1939 по 1940 г. заведующим кафедрой «Вагоны».
Владимир Григорьевич Иноземцев (1931—2003), доктор технических наук, профессор, член-корреспондент Российской академии наук, академик Российской академии транспорта, заслуженный деятель науки, заслуженный изобретатель РСФСР, специалист в области систем управления, тяги поездов, процессов торможения. Им выполнены важные исследования и разработки, оказавшие существенное влияние на развитие тормозной техники и методов эксплуатации подвижного состава. В.Г. Иноземцев развил теорию процессов при торможении. Он руководил разработкой и применением новых фрикционных материалов, а также исследованиями, на основании которых были созданы отечественные воздухораспределители, системы контроля обрыва тормозных магистралей. Под руководством В.Г. Иноземцева создана уникальная лаборатория для исследования тормозов, разработаны методы вождения длинносоставных и тяжеловесных поездов. В.Г. Иноземцевым опубликовано более 80 статей, в том числе в Бельгии, Румынии, Болгарии. Он является автором и соавтором книг и учебников для вузов, автором ПО изобретений, внедренных на железнодорожном транспорте. В.Г. Иноземцев работал во ВНИИЖТе в качестве руководителя отделения автотормозного хозяйства и заместителем директора института, с 1985 по 1997 г. был ректором МИИТа.
Иван Николаевич Новиков (1904—1987), заслуженный изобретатель РСФСР, автор автосцепки СА-3 (С — советская, А — автосцепка, 3 — третий вариант), которой с 1935 г. и до настоящего времени оснащаются грузовые и пассажирские вагоны. В 1946 под его руководством спроектирован специальный поглощающий аппарат автосцепки.
Ученые и изобретатели Украины внесли большой вклад в развитие науки о вагонах и совершенствование вагонного парка железных дорог. Теория продольной динамики получила значительное развитие в трудах академика АН УССР, доктора технических наук, профессора, заслуженного деятеля науки УССР, лауреата Государственной премии УССР Всеволода Арутюновича Лазаряна. Им создана школа ученых-механиков, основным вкладом которых является разработка и внедрение научно обоснованных методов исследования динамики поезда и подвижного состава, а также разработка и широкое использование экспериментальных методов для исследования динамических качеств рельсовых экипажей с применением современной измерительной аппаратуры. Его перу принадлежит более 300 научных работ. Совместно с В.А. Лазаряном исследования по продольной динамике проводили доктора технических наук, профессора Евгений Петрович Блохин и Лев Абрамович Манашкин, решая такие важные для практики задачи, как разработка рекомендаций по конструированию новых типов поглощающих аппаратов автосцепки, испытание и доработка новых типов автотормозов и другие. Исследования по устойчивости вагонов проводил доктор технических наук, профессор Михаил Леонидович Коротенко. Доктор технических наук, профессор Орест Макарович Савчук разработал уточненные методы расчета и оптимального проектирования колесных пар и корпусов букс. Крупным специалистом в области вагоностроения является главный конструктор по вагоностроению Азовского завода тяжелого машиностроения (город Мариуполь), доктор технических наук, профессор Валерий Михайлович Бубнов, усовершенствовавший метод конечных элементов для исследования напряженно-деформированного состояния дискретно подкрепленных тонкостенных оболочек котлов железнодорожных цистерн. М.В. Бубнов имеет 59 авторских свидетельств и два патента на изобретения, в основном, конструкций цистерн, внедренных на железных дорогах, в том числе восьмиосных конструкций. Виктор Федорович Ушкалов, доктор технических наук, профессор, член-корреспондент АН Украины, исследовал и решил задачи статической динамики рельсовых экипажей с учетом конечной жесткости элементов над-рессорного строения. Им предложена методика прогнозирования динамических напряжений конкретных конструкций рельсовых экипажей, рекомендованы рациональные параметры платформы для перевозки контейнеров.
Большое значение в рассмотренных выше научных направлениях имеют исследования докторов технических наук М.М. Болотина, Н.М. Ершовой, С. Н. Киселева, В.В. Кобищанова, А.С. Лисовского, В.П. Лозбинева, Н.С. Бочурина и других.
Особое внимание заслуживают глубокие и всесторонние исследования в области вагоностроения и вагонного хозяйства, выполненные коллективами Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта, Государственного научно-исследовательского института вагоностроения и других научных организаций, а также кафедр вузов железнодорожного транспорта и транспортного машиностроения.
