Железная дорога едва ли не на сто лет старше авиации. И тем не менее инженеры сухопутного транспорта с повышением скоростей вынуждены были «идти на выучку» к самолетостроителям. Так появились тонколистовые цельнометаллические несущие кузова вагонов и автомобилей через 15–20 лет после того, как задача создания этих конструкций была решена авиационными инженерами.
Использование новых конструктивных принципов — один метод снижения веса. Второй — использование более легких материалов, в первую очередь алюминиевых сплавов. Все виды транспорта потребляют 23 % мирового производства алюминия. На долю железных дорог приходится всего 2 %. Но, как ни странно, пальму первенства держит не авиация (всего 7 %), а автомобилестроение и городской транспорт — 13 %. Судостроители, правда, потребляют еще меньше, чем железнодорожники — всего 1 % мирового производства алюминия.
В последнее время положение меняется. Алюминий находит все большее и большее применение в вагоностроении. Сплавы из этого металла почти не уступают по прочности стальным, будучи в то же время почти в 3 раза легче. Алюминий гораздо лучше противостоит коррозии, чем сталь, поэтому затраты на эксплуатацию, ремонт, окраску вагонов становятся гораздо меньше.
На Калининском вагоностроительном заводе создан пассажирский вагон для движения со скоростью до 160 км/ч с кузовом из алюминиевого сплава. Он весит 36 т — на 8 т меньше вагонов старых конструкций, а длина его на 2 м больше. Вагон имеет только один тамбур. Пассажирам от этого гораздо просторней. Рама его сделана из низколегированных сталей, а стены и крыша — из алюминиевых сплавов. И по условиям комфортабельности он находится на уровне современных требований. Установка для кондиционирования воздуха, электрические печи и калорифер, горячее и холодное водоснабжение. В конструкции применены не только алюминий и сталь, но и стеклопластики. Наружные двери вагона, рамы окон, полы туалетных помещений, ящики для постельного белья, стены и перегородки внутри вагонов сделаны из трехслойных плит с пенопластовым наполнителем. Эти плиты обладают хорошей звуко- и теплоизоляцией, имеют малый объемный вес при достаточной прочности. Применение перегородок из трехслойных плит позволяет снизить вес тары пассажирского вагона на 1,5–2 т.
Конечно, наиболее ответственные детали, подвергающиеся большим силовым нагрузкам, из алюминиевых сплавов не сделаешь. Высококачественные стали позволяют изготавливать очень прочные детали сравнительно небольшого веса. Тонкие листы нержавеющей стали, которыми обшивают внутренние части вагонов, значительно тоньше листов из обычных сталей. Здесь, правда, может возникнуть вопрос: а не уменьшится ли прочность вагонов. Нет, просто снизятся запасы на коррозию, поскольку нержавеющая сталь обладает высокой антикоррозийностью.
А в перспективе — пассажирский вагон, в котором несущие конструкции кузова стеклопластиковые. Работы в этом направлении ведутся. Конструкторы Рижского вагоностроительного завода, использовав стеклопластик, сумели снизить вес диванов на 500 и вес полов в туалетах — на 200 кг. А ленинградский завод имени И. Егорова создал партию вагонов, где стеклопластики широко используются как материал для изготовления водяных баков, полов, умывальников, калориферов, труб, коробов пылеочистительных устройств. Все это уменьшает вес вагона на 324 кг.
Много работают над проблемой облегчения веса вагонов и за рубежом. Дизель-поезд, где кузова вагонов сделаны из алюминия, выпущен в Югославии. Он состоит из двух моторных и двух прицепных вагонов. Длина поезда — 82 м, а весит он без пассажиров 110 т. В ФРГ изготовлена автомотриса с трехслойным кузовом: пространство между двумя алюминиевыми оболочками заполнено пенопластом. Французский завод «Рено» выпускает дизель-моторные вагоны с кузовом из стеклопластиков.
При движении с высокими скоростями возникают совершенно особые динамические явления, и надо продумать комплекс мероприятий, чтобы им противостоять. Что же это за явления? Когда скорость пассажирского поезда достигает 120 км/ч, появляется интенсивное извилистое движение тележек и кузова. Это приводит к боковым колебаниям вагонов и усиленному воздействию колес на рельсы. При скорости 130 км/ч перепад «виляния» тележки равен 0,4–0,7 сек. Оно происходит на длине пути, равном 15–25 м. У кузова поперечные перемещения еще больше, чем у тележки.