ТРАНСВУЗ-2015.Часть 3

Ремонт и динамика подвижного состава

обеспечивает равномерное содержание связующего, задаваемого при изготовлении препрегов, и, следовательно, стабильность прочностных свойств изделий. Коэффициент трения при «сухой» намотке практически в 2 раза выше, чем при «мокрой», что позволяет формировать более сложные формы этим способом. При использовании «сухого» метода повышается культура производства и увеличивается производительность. Однако при этом методе необходимо обеспечивать значительное натяжение арматуры.

Конструкции, намотанные по поверхностям вращения, могут быть получены в виде гладких цилиндров, труб или тюбингов диаметром от нескольких сантиметров до нескольких десятков сантиметров. Намоткой можно формовать также изделия сферической, конической и геодезической формы. По рисунку укладки арматуры существует несколько способов намотки [4, c. 5].

Для получения надежного сцепления стеклопластика со сталью и алюминием эти металлы предварительно покрывают травящей грунтовкой на основе фосфорной кислоты. Такие грунтовки выпускают фирмы «Крода» и «Пайрини». Через короткий промежуток времени эти грунтовки нужно смыть, иначе их воздействие на металл будет продолжаться даже под слоем смолы. Лучше всего использовать травящую грунтовку, которая сообщает материалу и антикоррозионные свойства.

Слоистый стеклопластик, изготовленный на основе полиэфирной смолы, эластичнее многих металлов: при сопоставимой прочности он эластичнее стали в двадцать раз и алюминия в шесть раз. (Не путайте прочность и жесткость: стальная проволока прочна, но эластична, скорлупа яйца жестка, но непрочна.) Как правило, первоочередным является требование обеспечения жесткости, а не максимальной прочности. Однако не следует считать, что стеклопластик как материал похож на резину. Его эластичность близка к эластичности дерева, и он скорее напоминает упругую фанеру, чем мягкую, гибкую резину. Иными словами, стеклопластиковая конструкция обладает прочностью и толщиной металлической конструкции, а эластичностью деревянной, при этом по массе она ближе к конструкции из дерева, чем из металла

Стеклопластик можно сверлить, обрабатывать напильниками, распиливать, шлифовать и полировать, но он не поддается обработке ударами молотка; вырубка или вырезка деталей из него также вызывает трудности. Полученную однажды исходную форму заготовки изменить невозможно, а

10

ТРАНСВУЗ – 2015

смола, являющаяся составной частью материала, хрупка и склонна к выкрашиванию.

Стеклопластик можно обтачивать на токарном станке, но при этом не следует допускать его выкрашивания и перегрева. После распиловки, обточки, шлифовки или обработки шлифовальной шкуркой поверхность материала становится матовой, и отполировать ее невозможно, пока она снова не будет подрыта смолой. Механическая обработка не полностью отвержденной формованной конструкции затруднительна вследствие ее повышенной вязкости.

Стоит оценить экономическую эффективность данного производства. Любая попытка сопоставления стоимости материалов будет бессмысленной, если не учитывать стоимость формования. Дерево и сталь могут быть дешевле как исходные материалы, но для получения из них конструкции требуемой формы необходим большой объем обработки. Более высокая стоимость армированных пластиков полностью компенсируется исключительной простотой и легкостью изготовления из них конструкций и незначительным объемом производственных отходов Особенности технологии стеклопластиков, а также их свойств, определяют большие экономические преимущества их применения по сравнению с применением других строительных материалов. Прежде всего наблюдается значительный эффект от снижения объема капитальных затрат: капитальные вложения на создание производственной мощности, необходимой для выпуска 1 тонны стеклопластиков будет, по предварительным данным, примерно в 1,5 раза меньше, чем для 1 тонны стали.

2. Полувагоны с кузовом из алюминиевых сплавов.

В связи с тенденцией замены черных металлов алюминием и его сплавами во многих отраслях техники, строительства и транспорта эту замену следует осуществлять с учетом технико-экономических преимуществ того или иного сплава перед сталью. Коррозионная стойкость алюминия и его сплавов определяется наличием на поверхности изделий плотной окисной пленки. Алюминий совершенно нетоксичен, чем определяется широкое применение его в пищевой промышленности. По сравнению со сталью нет необходимости в защитных покрытиях и окраске. Он весьма стоек в окислительных средах.

Применение алюминиевых сплавов в конструкции грузовых вагонов — наиболее перспективное направление в отрасли вагоностроения. Это связано,

11

Ремонт и динамика подвижного состава

во-первых, с возможностью значительного снижения массы грузовых вагонов и повышением их грузоподъемности и, во-вторых, со снижением затрат на ремонт вагонов благодаря высокой коррозионной и абразивной стойкости алюминиевых сплавов отдельных марок [4, с.30].

Впоследние годы алюминиевые сплавы системы А1 – Mg стали применять при изготовлении деталей буксового узла колесных пар грузовых вагонов. Снижение массы неподрессоренных узлов вагона имеет важное значение для уменьшения нагрузок на железнодорожный путь. Из алюминиевого сплава АМг6 изготовлено около 400 тыс. крепительных крышек букс вагонов. Алюминиевая крышка имеет массу 3,2 кг и легче стальной на 10 кг, процесс ее изготовления более технологичен, не требуется сварочных работ по исправлению литейных дефектов. На Уральском вагоностроительном заводе изготовлены корпуса букс для колесной пары из прессованной трубы специального профиля из сплава АМг6; такая букса легче стальной литой в среднем на 28 кг. В настоящее время ведутся работы по применению сплава 1915 для корпусов букс грузовых вагонов [2, c. 171].

По результатам обзора существующих конструкций в качестве основного материала кузова был выбран хорошо освоенный в машиностроении сплав АМг6, который также является близким аналогом сплавам 5083 и 6061; для крепления несущих элементов к листу обшивки использованы заклепки, что проверено многолетней эксплуатацией на североамериканских железных дорогах; соединение балочных элементов между собой предусмотрено при помощи сварки; в качестве профилей могут быть использованы как катанные профили, так и сварные [4, c. 12].

На основании выполненного обзора конструкций полувагонов, разработана конструктивная схема боковой стены полувагона. Боковая стена представляет собой лист обшивки, подкрепленный каркасом, состоящим из стоек и верхней обвязки. Количество несущих элементов и их геометрические размеры могут быть различны.

Отличием от традиционной конструкции, применяемой на большинстве стальных полувагонов в странах СНГ, а также на зарубежных алюминиевых аналогах, является отсутствие нижней обвязки (рис. 2).

Вкачестве наиболее рационального профиля стойки было принято двутавровое сечение, обладающее рядом преимуществ:

12

ТРАНСВУЗ – 2015

-симметричность относительно центральных осей обеспечивает требуемый момент сопротивления при меньшей площади сечения и, следовательно, меньшей массе стойки;

-равнонагруженность внутренних и внешних полок стойки исключает дополнительную деформацию кручения сечения;

-наличие полки позволяет произвести крепление листов обшивки боковой стены к стойке посредством заклепок.

Еще одним отличием является то, что в конструкции боковой стены учтено увеличение ширины кузова полувагона за счет упругого прогиба стены

вплане под действием усилия распора сыпучим грузом. В связи с тем, что максимальный прогиб наблюдается на уровне верхней обвязки, увеличение высоты поперечного сечения стойки выполнено как внутрь кузова, так и наружу.

Рис. 2. Конструктивная схема боковой стены

В качестве ограничений для некоторых параметров были приняты

механических свойств;

-отношение толщины полки к стенке профиля стойки 2 для

13

Ремонт и динамика подвижного состава

обеспечения качественного провара элементов между собой; - ширина поперечного сечения профиля стойки 100 мм < В < 125 мм

для обеспечения возможности соединения стоек с обшивкой при помощи заклепок и обеспечения доступа при сварке стенки двутавра с полками.

Рис.3. Расчетная модель стойки боковой стены

При выполнении расчетов с применением расчетной модели, представленной на рис. 3 принимались следующие допущения:

-материал конструкции работает в упругой стадии деформирования;

-материал конструкции обладает постоянными жесткостными

характеристиками - модулем упругости, равным 0,71 МПа и коэффициентом Пуассона, равным 0,27.

В результате проведенного комплекса вариантных расчетов была обоснована конструкция боковой стены с девятью вертикальными стойками (две шкворневые и семь промежуточных) и радиусом соединения боковой

ммв начале радиусного перехода.

Сучетом необходимости сохранения надтележечного пространства в конструкции кузова специализированного полувагона распределить стойки по длине боковой стены равномерно невозможно. Поэтому, для сохранения равнонагруженности с остальными стойками боковой стены, шкворневые стойки были выполнены из двух установленных параллельно профилей выбранного сечения, соединенных накладками [4, c. 64].

Предложенный подход может быть использован и для других элементов конструкций кузовов универсальных и специализированных грузовых вагонов.

Таким образом исследования проведенные в данной работе показывают возможность применения легковесных материалов в конструкции грузовых

14

ТРАНСВУЗ – 2015

вагонов. За счет снижения тары вагона можно увеличить грузоподъемность вагонов. Котел цистерны из стеклопластика имеет увеличенный срок службы , не подвержен коррозии и имеет разницу по массе ,по сравнению со стальным, в 7 тонн. Алюминиевые сплавы в кузовах полувагонах позволяют увеличить грузоподъемность , увеличенный срок службы до 30 лет за счет коррозионной устойчивости.

Список литературы

1.Конструирование и расчет вагонов / В. В. Лукин, Л. А. Шадур и др.; Под ред. В. В. Лукина. – М.: УМК МПС России, 2000. – 731 с.

2.Вагоны: Учебник для вузов ж.-д. трансп. / Л. А. Шадур, Г. А. Казанскийи и др.; Под ред. Л. А. Шадура. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Транспорт, 1980. – 439 с.

3.Стеклопластики: информационный портал. [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://www.stroimsamolet.ru/057.php, 2013 – 24 с.

4.Хилов, И. А. Выбор параметров узла заделки стойки боковой стены

/И. А. Хилов, А. Е. Афанасьев // Исследование усталостной прочности узлов и выбор параметров новых грузовых вагонов: сб. науч. тр. / под ред. A. A. Битюцкого; Инженерный центр вагоностроения - СПб.: Изд-во «ОМ-Пресс»,

2009. —167 c.

5.Белянчиков, М. А. Применение алюминия в грузовом вагоностроении / М. А. Белянчиков, А. С. Середина // Железнодорожный транспорт. - М.: Трансжелдориздат, 1984. - № 9. - 54 c.

УДК 629.45:629.4.083.3

В. В. Зубенко, Е. О. Гаврилюк

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНОВ НОВОГО МОДЕЛЬНОГО РЯДА В ЗИМНИХ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

В работе представлены результаты анализа пассажирских вагонов нового модельного ряда в условиях эксплуатации Сибири и предлагаются мероприятия для улучшения работы электрооборудования.

15

Ремонт и динамика подвижного состава

С 2008 года ОАО Тверской вагоностроительный завод приступил к выпуску вагонов для перевозки пассажиров получивших в своей абревиатурре

– 61-44.. В новой концепции пассажирский вагон постройки получил удлиненный кузов из нержавеющей стали с применением роботизированной линии сварки, прижимно-откатные электромеханические или механические в зависимости от модели, боковые (входные) двери с поворотно-откидной площадкой, комплекс экологически чистых биотуалетов, замкнутую систему отопления, бойлер нагрева проточной воды для горячего водоснабжения умывальных чаш, моноблочную установку кондиционирования воздуха, систему подогрева воздуха в зимний период, увеличилась освещенность салона вагона, существенно снижена потеря тепла за счет установки изолирующих материалов нового поколения и усовершенствованны конструкции оконных стеклопакетов.

При вводе новых вагонов в эксплуатацию в вагонном участке Томск был выявлен ряд недостатков. С учетом затяжной зимы с низкими температурами в регионах от Урала до Дальнего Востока, а также затяжными осенне–весенними периодами они проявились в узлах и агрегатах, установленных на новых пассажирских вагонах.

1.Тамбура с котловой стороны не имеют дополнительного подогрева воздуха, либо дополнительной системы вытяжной вентиляции для удаления конденсата, выделяющегося при работе котла отопления в зимний период, что приводит к значительному обмерзанию стен тамбуров, механизмов и агрегатов дверей и откидных площадок, к примерзанию резиновых профилей боковых прижимно-откатных дверей к кузову, нарушению целостности резиновых уплотнителей и как следствие их негодность к дальнейшему использованию. Кроме того подвижные части механизмов запирания и поджатия дверей замерзают в шарнирных соединениях что может и часто приводит к тому, что двери на стоянке с посадкой-высадкой пассажиров просто не открываются, а это может привести к задержке поезда.

2. Комплексы экологически чистых биотуалетов (ЭЧТК), установленных на вагонах новых моделей имеют три основных узла: вакуумная установка (ТВ- 01,02,ТК-02, Омега-4 и модификации) или воздушный компрессор (Экотол Вак, Вак 2005, Экотол Мини и др.), собственно туалетный модуль (унитаз с электронным управлением), и бак-накопитель, который крепится под кузовом

16

ТРАНСВУЗ – 2015

вагона. Узлы и детали конструктивно расположенные в вагоне фактически не подвергаются воздействию внешней атмосферы и дополнительного обогрева кроме штатных обогревателей не требуют. Для бака – накопителя штатной и основной является контурная система (по днищу бака) жидкостного обогрева, где в качестве теплоносителя используется «Тосол» или «Антифриз», который нагревается в баке – теплообменнике, врезанного в систему отопления салона вагона, а циркуляция достигается за счет включения в контур жидкостного обогрева насоса типа UPS 25-40, выброс теплоносителя в случае перегрева компенсируется бачком – расширителем. В качестве дополнительного обогрева используются электротэны СМБЭ напряжением 110В постоянного тока мощностью 2кВт, а сливные магистрали обогреваются гибким саморегулирующимся нагревающимся кабелем 110В, мощностью 1,2кВт. По итогам шестилетней эксплуатации нами был сделан вывод о неэффективности жидкостной системы обогрева как основной, учитывая использование новых изолирующих материалов и энергосберегающих окон, при температуре теплоносителя в контуре отопления вагона 45-50 С, при температуре наружного воздуха -20 С и ниже с учетом разрешенной скорости поезда по главному ходу Транссиба, температура теплоносителя в контуре обогрева бака фактически 35-55 С, что с учетом длины трубопровода обогрева от расширителя до входа в бак-накопитель порядка 11метров приводит к тому, что в контуре бака приходит теплоноситель порядка 33 - 40 С. Даже учитывая то, что бак изготовлен по типу «термоса», при объеме в 750-1000 литров данного обогрева явно недостаточно даже с подключением маломощных электротэнов. Также в системе жидкостного обогрева используются муфтовые и резьбовые соединения трубопроводов и шаровые краны для спуска воздуха из контура, заправки теплоносителя, что учитывая смазывающие свойства «Тосола» или «Антифриза» приводят к ослаблению запорного механизма кранов и затяжки муфтовых соединений и протеканию теплоносителя, соответственно его потери.

3.Работники поездных бригад в рейсе сталкиваются с проблемой частого перемерзания пароотводной трубы, а также сливных труб умывальных чаш, мойки служебного отделения и водоналивных магистралей для заправки баков водоснабжения вагона. При перемерзании труб слива из умывальных чаш возможно попадание под напольное покрытие вагона воды, с последующим

17

Ремонт и динамика подвижного состава

загниванием изолирующих материалов и деревянных шпангоутов, а т.к. пол вагонов изготовлен из низколегированных материалов то и он подвержен коррозии.

Решением этих выявленных проблем стало бы увеличение мощности имеющихся систем обогрева с помощью электрических кабелей обогрева на узлы, подверженные постоянному перепаду температур:

1.ЭЧТК – с переводом жидкостного обогрева в резерв.

2.Комплексы прижимно - откатных дверей.

3.Обогрев сливных и фановых труб.

4.Комплекс подъемных устройств для вагонов моделей 61-4445.

В результате проведения вышеперечисленных модернизаций мощность потребляемая цепями обогревов:

1.Боковых дверей – 2,2кВт.

2.Сливных труб – 800Вт.

3.Комплекса ЭЧТК + обогрев магистралей слива:

4.а) 4,325кВт + 3,72Квт (магистраль длиной 17м+магистраль длиной 6м) = 8,045кВт (для вагона с разнесенными по концам вагона туалетами) модель вагона 61-4179.01 -04.

б) 4,325кВт + 2,24Квт (магистраль длиной 6мх2шт) = 6,565кВт (для вагона с совмещенными туалетами с одной стороны) модель вагона 61-44…

Итого: для вагонов модели 61-4179.01-04 – 8,845кВт (дверями прижимно-откатного типа не оборудуются) и 9,565кВт для вагонов модели

61-44.

Данные изменения к уже существующим системам обогрева в условиях эксплуатации умеренного пояса Зауралья и Дальнего Востока с постоянными перепадами температур могут существенно облегчить труд работников поездных бригад, а при условии своевременного обслуживания и ремонта вводимых систем, при незначительном увеличении времени требуемого на проведении плановых видов обслуживания и ремонта, повысят эффективность работы оборудования пассажирских вагонов нового модельного ряда.

18

ТРАНСВУЗ – 2015

Список литературы

1.Устройство пассажирских вагонов нового модельного ряда постройки ОАО «ТВЗ», 2009.

2.Техническое обслуживание и продление жизненного ресурса пассажирских вагонов:/ Н. И. Воронова, В. А. Дубинский.- М.: КНОРУС, 2011.

УДК620.186.2:629.4.023.11

Т. Б. Брылова

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЛИКВАЦИИ НА ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЕ БОКОВЫХ РАМ ИЗ СТАЛИ 20ГЛ

Приводятся данные статистики изломов рам по заводам - изготовителям, анализируется характер распределения химических элементов по сечению образцов, представлены данные по аномалии химического состава стали в некоторых объемах исследованных образцов.

Боковые рамы являются литыми несущими элементами тележек грузовых вагонов. Боковые рамы воспринимают статические и динамические вертикальные нагрузки (от веса вагона и груза, от ударов при прохождении вагоном неровностей пути) и продольные нагрузки (усилия тяги при равномерном движении состава, усилия при соударении вагонов), а также испытывают воздействие крутящего момента при вписывании вагонов в кривые. При этом основная часть динамических вертикальных нагрузок носит циклический характер, и усталостная прочность боковых рам (способность длительно противостоять воздействию циклических нагружений) является основной характеристикой их эксплуатационной надежности. Основной причиной отказов рам в эксплуатации является образование и развитие усталостных трещин. По этому признаку при дорогостоящем ремонте вагонов ежегодно бракуется около 50 тыс. боковых рам и 20 тыс. надрессорных балок [1].

19