Полимерные материалы на зарубежных жд - Конструкционные элементы из пластмасс для кузовов и внутреннего оборудования в пассажирских вагонах

Конструкционные элементы из пластмасс для кузовов и внутреннего оборудования

Крыши.

Крыши пассажирских вагонов из стеклопластиков наиболее широко применяются в Японии. Такие крыши имеют вагоны электропоездов серии «Кадома», типа 7000, курсирующие с 1970 г. на линии Осака—Кобе [2], и вагоны скоростных поездов на линии Новая Токайдо 131 (рис. 1, 2). Толщина крыш примерно 3 мм; некоторые из них имеют лакокрасочное покрытие с наполнителем, содержащим алюминиевую пудру. На железных дорогах Франции, Швеции и ФРГ крышами из стеклопластиков оборудованы вагоны некоторых серий дизельных и электропоездов (рис. 3, 4). На железных дорогах ГДР, Англии, США из стеклопластиков изготовляют отдельные элементы крыш вагонов. В Швеции эксплуатируются дизель-поезда типа Y-3 с двухэтажными вагонами, построенными в ФРГ, крыши которых выполнены из трехслойных конструкционных панелей типа «сэндвич». Оболочки панелей (внутренние и внешние стороны крыш) сделаны из листового стеклопластика, а пространство между ними заполнено пенопластом. Крыши нескольких опытных вагонов пригородных электропоездов г. Гамбурга смонтированы из отдельно изготовленных из стеклопластика шести секций. Во Франции из стеклопластика выполнены крыши вагонов-автомотрис серии 4250.
Главной целью применения крыш из стеклопластика вместо металлических является стремление к снижению веса вагона. Пластмассовые крыши примерно вдвое легче металлических. При этом в связи с меньшей звукопроницаемостью их уменьшается потребность в противошумных и звукоизолирующих материалах. Срок службы крыш из стеклопластика значительно выше металлических благодаря коррозионной стойкости материала.

Рис. 1. Крыша, воздуховоды и защитные кожухи, выполненные из стеклопластика, на вагонах электропоездов железных дорог Японии

Рис. 2. Вагон с крышей из стеклопластика с алюминиевым лакокрасочным покрытием

Рис. 3. Автомотриса с головной частью и куполом, выполненными из стеклопластика в процессе монтажа (Франция)

Рис. 4. Несущий каркас панорамного купола крыши автомотрисы, выполненный из стеклопластика
В вагоностроении Японии широко распространено использование стеклопластиков с сокращенным наименованием FRP. Их применяют для изготовления многих деталей и элементов конструкций подвижного состава. В зависимости от содержания связующего они подразделяются по японскому стандарту на 7 классов: FRP-1, FRP-2, FRP-3 и т. д. В табл. 4 приведена краткая характеристика стеклопластиков этих марок.

Таблица 4
Некоторые свойства стеклопластиков типа FRP

Лобовые стены и кабины управления дизельного и электроподвижного состава.

На некоторых зарубежных железных дорогах и метрополитенах эксплуатируются электро- и дизельные поезда с головными вагонами, у которых торцовые стены выполнены из стеклопластиков. Средние части кузовов этих вагонов построены из стали или алюминиевых сплавов. Такие вагоны производят в США, Японии, Англии, во Франции, в ФРГ, ЧССР.
Как правило, стеклопластиковые элементы торцовых стен головных вагонов вместе с кабиной управления монтируются на металлический каркас кузова, при этом создается единая монолитная конструкция кузова (рис. 5). В некоторых случаях стеклопластик является наружной обшивкой и функции несущей конструкции выполняет частично. Подобное использование стеклопластика позволяет на 40—50% снизить вес конструкции вагона по сравнению с металлической. Например, построенные в 1960 г. в США вагоны для метрополитена Филадельфии благодаря использованию стеклопластика имеют вес на 2,7 т. меньше аналогичных конструкций вагонов с цельнометаллическим кузовом. В торцовых стенах этих вагонов применен трудно возгораемый стеклопластик, связующие которого содержат хлорсодержащий антипирен. Фирменное название материала хетрон.
Опыт постройки вагонов смешанной конструкции в США оказался удачным. В 1963 г. была построена серия из 270 вагонов, имеющих торцовые стены из стеклопластика, сопряженные со стальной частью кузова, выполненной из нержавеющей стали. Эксплуатация этих вагонов также подтвердила целесообразность сочетания стеклопластика с металлом в конструкции кузова вагона (рис. 6). Вагоны подобной конструкции строят и в других странах. В ФРГ построены и эксплуатируются с 1968 г. вагоны метрополитена во Франкфурте, имеющие лобовые стены и большое количество других деталей внутренней облицовки из стеклопластика марки лекувал. Этим достигнуто значительное снижение веса тары вагона.

Рис. 5. Торцовая стена и кабина управления из стеклопластика вагона электропоезда железных дорог Японии

Рис. 6. Модель торцовой стены с кабиной управления головного вагона из стеклопластика

В Чехословакии на заводе «Татра» в 1963 г. построено несколько электросекций типа Т3, которые имеют передние и задние стенки кузова из стеклопластика.
Отмечается, что в случаях сложной, обтекаемой формы торцовых стен стоимость изготовления и монтажа их из стеклопластика ниже металлических. При этом подчеркивается, что стеклопластик не подвергается ни атмосферной, ни электрической коррозии, не требует окраски в течение 10—12 лет и менее подвержен деформациям от ударных нагрузок. Одновременно обращается внимание на некоторую сложность сопряжения стальных элементов конструкции с элементами из стеклопластика из-за различных коэффициентов теплового расширения, затрудняющих создание надежных соединений этих материалов. Для повышения долговечности их рекомендуется элементы конструкции из стеклопластика соединять с металлическими элементами конструкции кузова клееболтовым способом с заполнением швов клеящей мастикой. Заклепочные соединения применять не рекомендуется. Вместе с тем считается, что по простоте придания лобовым стенам головных вагонов сложной, обтекаемой формы этот материал является незаменимым.
В США для высокоскоростных (до 240 км/ч) поездов «Метролайнер» на магистрали Нью-Йорк—Вашингтон построены вагоны длиной 25,9 м, шириной 3,2 м, весом тары 33,5 т. Торцовые стены головных вагонов этих поездов выполняются из стеклопластика и имеют обтекаемую· форму. Остальная часть кузова этих вагонов выполнена из нержавеющей стали. Первая партия таких вагонов находится в эксплуатации· с 1967 г. [13].
Вследствие хороших звуко- и виброгасящих свойств стеклопластиков применение их для изготовления кабин управления, кроме снижения веса и уменьшения расходов на монтаж и эксплуатацию, дает возможность улучшить условия труда локомотивных бригад. Одновременно повышается стойкость кабин к ударным воздействиям.
С 1971 г. в пригородных поездах Неаполя эксплуатируется 70 головных вагонов трехвагонных электропоездов вместимостью 292 человека. Кабины управления их выполнены сборными из стеклопластика [11]. Эти вагоны рассчитаны для скоростей 90 км/ч.
В США в последние годы серийно выпускаются вагоны электропоездов с пластмассовыми торцовыми стенами. Вагоны этих электропоездов имеют среднюю часть кузова из стали, а передние и задние торцовые стены — из стеклопластика толщиной 3 мм. Стоимость их ниже, чем вагонов, построенных целиком из металла.
На участке порт Офорити—Трэнс Гудзон железных дорог США эксплуатируются пригородные электропоезда, кузова вагонов которых изготовлены из алюминиевого сплава, а лобовые части с кабинами управления — из стеклопластика.
В Японии вагоны некоторых серий электропоездов дальнего следования также выполняются с торцовыми стенами из стеклопластиков толщиной до 5 мм, а в местах усиления конструкции — до 8 мм. На рис. 7 показана торцовая часть с кабиной управления головного вагона поезда Новая Токайдо, выполненная из стеклопластика.

Рис. 7. Торцовая часть головного вагона поезда Новая Токайдо, выполненная из стеклопластика