Вагоны промышленного железнодорожного транспорта - Материалы, применяемые в вагоностроении

Материалы, применяемые в вагоностроении, и допускаемые напряжения
При выборе материалов для постройки вагонов и их деталей учитывают характер их загружения и влияние внешней среды, существенно влияющих на прочность и долговечность вагонов [25].
Коррозия и износ уменьшают размеры поперечных сечений деталей и понижают их прочность. Поэтому материалы, применяемые в вагоностроении, должны быть коррозионно- и износостойкими. Они должны удовлетворять условиям технологичности конструкции вагона при постройке и ремонте его.
При постройке вагонов широко применяются углеродистые и низколегированные стали. Для изготовления основных несущих элементов вагонов (рам тележек, хребтовых и шкворневых балок, каркаса и обшивки кузова) наибольшее применение имеет низколегированная сталь марки 09Г2Д, обладающая повышенной прочностью и коррозионной стойкостью. При постройке новых грузовых вагонов в десятой пятилетке будут использованы и низколегированные стали 10ХНДП и 10Г25Д.
Механические свойства основных марок стали, применяемой в современном вагоностроении, приведены в табл. 12.2.
Все больше будут применяться в вагоностроении алюминиевые сплавы с целью дальнейшего снижения тары, так как плотность этих сплавов в три раза меньше, чем у сталей, а механические характеристики сравнительно высокие и не меняются с понижением температуры. Алюминиевые сплавы, содержащие магний и марганец, обладают хорошей коррозионной стойкостью, технологичны, хорошо штампуются и свариваются. Для сплава АМГ6Т (нагартованного), содержащего до 6% магния, σt = 25O МПа, σΒ = 360 МПа.
Опыт применения алюминиевых сплавов при постройке вагонов показывает возможность существенного (на 30—45%) уменьшения их массы по сравнению со стальными, однако стоимость алюминиевых сплавов пока выше стоимости сталей.
Допускаемые напряжения в мегапаскалях для деталей вагонов, изготовленных из сталей и алюминиевых сплавов, приведены в табл. 12.3.
Дальнейшее снижение тары и улучшение эксплуатационных показателей вагона в будущем может быть достигнуто применением в вагоностроении полимерных материалов и пластмасс. В настоящее время полимеры используются преимущественно для внутреннего оборудования и отделки вагонов.
Хребтовые балки рамы вагона, стержни каркаса кузова и другие гибкие элементы вагона проверяют на прочность и на устойчивость. Наблюдающиеся разрушения некоторых элементов часто имеют вид усталостного разрушения. Поэтому наряду со статическими расчетами производят проверку прочности на усталость.

Таблица 12.2. Механические свойства стали, применяемой в вагоностроении

Таблица 12.3. Допускаемые напряжения для деталей вагонов

Условия прочности элементов выражаются зависимостью
(12.27)
где σэ — эквивалентные напряжения; [σ] — допускаемые напряжения при растяжении и сжатии.
Для пластических материалов эквивалентные напряжения определяют по формулам энергетической теории прочности:
(12.28)
где σх и хх — нормальные и касательные напряжения при одноосном растяжении или сжатии.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Мокршитский Е. И. История вагонною парка железных дорог СССР.—М.: Трансжелдориздат, 1949.
2. Калмыков В. Г., Кузнецов А. Г. Вагоны промышленного транспорта. — М.: Транспорт, 1978.
3. Логинов А. И., Ржавинский Б. А. Новые вагоны промышленного транспорта в СССР и за рубежом. — М.: Транспортное машиностроение, 1965.
4. Вагоны/Под ред. Л. А. Шадура. — М.: Транспорт, 1973.
5. Амелина А. А. Устройство и ремонт вагонных букс с роликовыми подшипниками. — М.: Транспорт, 1965.
6. Грачева Л. О., Анисимов П. С. Конструктивные особенности и динамические качества тележки УВЗ-9м.—М.: Транспорт, 1966.
7. Пути повышения эксплуатационной надежности деталей автосцепного устройства. — Труды ЦНИИ МПС.—М.: Транспорт, 1973, вып. 480.
8. Бесценный В. И. Тенденция развития парка грузовых вагонов ЦНИИТЭИ МПС.— Вагоны и вагонное хозяйство, 1965, № 13.
9. Т р у б а ч е в Ю. А., Дяченко Н. С., Стеринзат Я. М. Применение алюминиевых сплавов в вагоностроении. — М.: Транспортное машиностроение, 1976.
10. Логинов А. И., Афанаскин Η. Е. Вагоны-самосвалы. — М.: Машиностроение, 1975.
11. Большегрузные восьмиосные вагоны/Под ред. Л. А. Шадура. — М.: Транспорт, 1968.
12. Иванов Н. И., Сергеев А. Н., Писанов Ю. В. Нефтебензиновая цистерна с увеличенным объемом котла. — Труды РИИЖТ. — М.:       Транспорт, 1967, вып. 64.
13. Нормы для расчетов на прочность и проектирование механической части новых и модернизированных вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм.— М.: Транспорт, 11971.
14. Шевченко П. В. Расчет элементов колесных пар на прочность.—Труды ХИИТ.— М.: Транспорт, 1968, вып. 100.
15. Грейф В. Н. Расчеты деталей машин на долговечность. — М.: Машгиз, 1956.
16. Скиба И. Ф. Вагоны. — М.:         Транспорт, 1979.
17. Вагоны/Под ред. Л. А. Шадура и И. И. Челнокова.— М.: Транспорт, 1965.
18. Челноков И. И., Гарбузов В. М., Кошелев В. А. и др. Анализ и классификация рессорного подвешивания тележек пассажирских вагонов.—Труды ЛИИЖТ.— Л.: 1965, вып. 237.
19. Феодосьев В. И. Сопротивление материалов.— М.: Наука, 1967.
20. Беляев Η. М. Сопротивление материалов.— М.: Госиздат, 1953.
21. Рабинович И. М. Основы строительной механики стержневых систем. — М.: Госстройиздат, 1960.
22. Расчет вагонов на прочность/Под ред. А. А. Попова. — М.: Трансжелдориздат, 1960.
23. Д а р к о в А. В., Клейн Г. К·, Кузнецов В. И. и д р. Строительная механика.— М.: Высшая школа, 1976.
24. Вагоны/Под ред. Л. Д. Кузьмича. — М.: Машиностроение, 1978.
25. Ш е в ч е н к о П. В. Изгиб тонкостенных стержней замкнутого профиля вагонных конструкций (методические указания).— Харьков, изд. ХИИТ, 1976.
26. Ш е в ч е н к о П. В. Свободное и стесненное кручение тонкостенных стержней замкнутого профиля вагонных конструкций. — Харьков, изд. ХИИТ, 1976.
27. Ч и р к и н В. В. Совершенствование параметров грузовых вагонов США и Канады и структуры их парков. — В кн.: Железнодорожный транспорт за рубежом. ЦНИИТЭИ МПС. — М.: 1977, вып. 6.