Файл: Ситковский, И. П. Полимерные материалы на зарубежных железных дорогах.pdf

Г л а в а 2

ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ В ГРУЗОВЫХ ВАГОНАХ

1. Элементы кузовов

Панели из древеснослоистого пластика в виде многослойного, спрессованного из пропитанного фенолоформальдегидными смолами древесного шпона широко применяют в ФРГ для обшивки стен грузо­ вых (двухосных) вагонов. Известно о применении таких панелей так­ же во Франции, Швеции [1]. Серийная постройка вагонов с обшивкой из этого материала в ФРГ началась в середине 50-х годов. Панели из древеснослоистых пластиков, используемые для обшивки вагонов, об­ ладают более высокой прочностью, по сравнению с деревянной обшив­ кой, и более долговечны, не требуют окраски и стойки к атмосферным воздействиям. Применение их значительно снижает трудовые затраты при постройке кузовов вагонов (рис. 57).

Позднее в этих целях испытывались и в некоторых странах получи­ ли ограниченное применение древесностружечные и древесноволок­ нистые плиты со связующим из фенолоформальдегидных смол. Толщина этих плит, применявшихся в ФРГ для боковых стен вагонов, составляла 15, а для торцовых — 25 мм. Широкого распространения они не получили, так как не обеспечивали достаточной прочности стен и имели высокую стоимость [1 ]. К тому же в последние годы все в боль­ ших объемах в грузовом вагоностроении стали применять листовую сталь.

Интересные исследования с испытаниями различных пластических материалов в целях выявления наиболее пригодных из них для исполь­ зования при постройке вагонов проводились в ГДР в 1967—1968 гг. По специальной методике были испытаны на прочность 15 различных материалов, выполненных в виде трехслойных конструкционных па­ нелей типа «сэндвич». Средний слой панелей состоял из бумажносло­ истого пластика в виде сот или пенопластов. В качестве оболочек пане­ лей использовались тонколистовой прокат из алюминиевых сплавов, или твердые листовые пластики. Общая толщина испытывавшихся па­ нелей была в пределах 20—31 мм. Для сравнения испытывались па­ нели, выполненные из сосновых досок и обычной фанеры толщиной 28 или 20 мм.

Хорошие результаты испытаний на специальной установке были получены у образцов панелей со средним слоем из бумажнослои­ стого пластика, выполненного в виде пчелиных сот, имеющих обе обо­ лочки из листового алюминия толщиной 3,2 мм. Высокие показатели были также и у панелей с таким же средним промежуточным слоем, но имеющим оболочки из разных материалов — из жесткого пластика толщиной 2 мм, с одной стороны, и из листового алюминиевого сплава

77

Рис. 57. Внутренний вид грузового вагона с обшивкой стен па­ нелями из древеснослоистого пластика марки IVU—LOC

толщиной 0,8 мм ■— с другой. Общая толщина этих панелей составляла 29—31 мм. Удачными также оказались панели с оболочками из стекло­ пластика общей толщиной 30 мм и однослойные панели из монолит­ ного стеклопластика толщиной 8—9 мм.

При эксплуатации опытных вагонов лучшие результаты показали образцы с оболочками из стеклопластика. Вместе с тем сопоставле­ ние стоимости изготовления боковых стен вагона из различных ма­ териалов показывает, что если стоимость деревянных стен принять за 100%, то стоимость изготовления их из стеклопластика толщиной 8 мм составит 124%, из трехслойных конструкционных панелей типа «сэндвич» с оболочками из стеклопластика — 241%, а из панелей с оболочками из алюминиевых сплавов — 152%.

На основании проведенных исследований был сделан вывод о не­ целесообразности замены в данное время в ГДР древесины, применя­ емой для стен грузовых вагонов, стеклопластиками или другими мате­ риалами из-за довольно высоких цен на них [1, 2]. Одновременно было’ признано реальным и экономически оправданным изготовление крыш грузовых вагонов из стеклопластиков вместо металлических.

В США, ФРГ и Франции имеется опыт изготовления и эксплуата­ ции грузовых вагонов с обшивкой стен панелями, изготовленными из клееной фанеры, облицованной упрочняющим слоем тонколистового стеклопластика. В США такие панели используются при строительстве и ремонте грузовых, изотермических вагонов и контейнеров. Произ­ водятся эти панели серийно в промышленных масштабах. Панели, уси­ ленные тонким слоем стеклопластика, имеют стандартные размеры 1,22 X 2,44 м и толщину 13 и 25 мм. Они обладают высокой ударной прочностью. Использование их повышает надежность и срок службы; обшивки.

78

Во Франции с 1966 по 1970 г. была построена серия унифи­ цированных грузовых вагонов грузоподъемностью от 20 до 28 т с кар­ касом из стального профильного проката. Стены кузовов этих вагонов изготовлялись из фанерных многослойных панелей. Для их постройки было унифицированно пять типов панелей: два типа для боковых стен; два — для торцовых и один — для дверей. На внутренней поверхности стальной крыши наносился слой битумного материала, выполняющий роль изоляции и препятствующий образованию конденсата влаги.

ВАнглии в начале 60-х годов построены специальные двухъярус­ ные крытые вагоны, предназначенные для перевозки легковых автомо­ билей. Кузовы вагонов обшиты панелями из стеклопластика. Вагоны курсируют на железных дорогах Восточного района Англии.

ВПольской Народной Республике в 1963 г. построено несколько грузовых двухосных вагонов грузоподъемностью 21 т с кузовами, пол­ ностью выполненными из стеклопластика. Предполагается, что вагоны со стеклопластиковым кузовом будут иметь вдвое больший срок службы, чем с деревянным кузовом (24 года вместо 12). Отмечается, что стоимость вагонов с кузовом из стеклопластика, определенная исходя из условий массового производства стеклопластиковых кузо­ вов, примерно в 3 раза выше стоимости вагонов, имеющих деревянный кузов. Однако предполагается, что с учетом приведенных затрат, за счет уменьшения ремонтных расходов, более длительного срока служ­ бы, снижения простоев вагонов в ремонте и подготовке к нему и т. п. серийное производство таких вагонов может оказаться целесооб­

разным.

( В |,США изготовлен опытный грузовой двухосный вагон с кузовом из стеклопластика оригинальной конструкции (рис. 58). Боковые стены вагона у крыши шарнирно связаны с верхней, несущей обвязкой кон-

Рнс. 58. Грузовой вагон с кузовом из стеклопластика со складываю­ щимися и опрокидывающимися при открывании на крышу боковыми

стенами

79

Рис. 59. Вагон с кузовом из стеклопластика и открывающимися боко­ выми стенами в открытом, подготовленном под погрузку состоянии

Таким образом, при погрузке и выгрузке вагона с одной или с обеих его сторон образуется открытый проем во всю длину вагона высотой 2,3 м (рис. 59). Для быстроты и удобства открывание и закрывание стен вагона осуществляются ручной лебедкой.

Вагон оборудован эластичными надувными камерами типа Аіг-Рак для предохранения грузов от смещений и поверждений при соударе­ нии. Каркас кузова выполнен из алюминиевых профилей. Вагон пред­ назначен для перевозки бумаги, химикатов и других штучных грузов [6].

2.Крыши

ВФРГ примерно с 50-х годов для изготовления крыш грузовых ва­ гонов начали использовать недорогие материалы: хлопчатобумажную ткань, пропитанную полиизобутиленом, безосновные поливинилхло­ ридные листовые материалы толщиной 0,8 мм и ткани на основе полиа­ мидного волокна. В процессе эксплуатации оказалось, что крыши из таких материалов недостаточно надежны и недолговечны. При понижен­ ных температурах на них появлялись массовые повреждения и трещи­ ны. Поэтому эти материалы были заменены полиэфирной тканью с на­ несенным на нее (шпредированием) слоем эластичного поливинилхло­

80

рида [3]. Листы из этого материала при изготовлении сплошного по­ крытия крыш соединялись друг с другом с помощью сварных швов. Для сварки использовались специальные устройства, обеспечивающие по­ дачу горячего воздуха для расплавления кромки свариваемых лис­ тов и сварочного прутка (из этого же материала) и уплотнение швов.. Таким же способом устраняются и повреждения в крышах из этогоматериала. В 1962 г. в эксплуатации было более 20 тыс. двухосных вагонов с такими крышами. В условиях климата Западной Европы крыши вагонов из этих материалов работают удовлетворительно.

Давно известно об изготовлении крыш для грузовых вагонов из стек­ лопластиков. Однако серийное производство и массовое применение грузовых вагонов с крышами из стеклопластика, изготовляемого пре­ имущественно на основе полиэфирной смолы, имеет место только на Норвежских железных дорогах [13]. В других странах в разных мас­ штабах ведутся, главным образом, экспериментальные работы с опыт­ ной эксплуатацией вагонов, оборудованных пластмассовыми крышами различных конструкций.

На железных дорогах ФРГ изготовлены и проверяются в эксплуата­ ции опытные грузовые двухосные вагоны со съемными крышами, вы­ полненными из трехслойных конструкционных панелей типа «сэнд­ вич» с наружными оболочками из стеклопластика (рис. 60). Панели имеют толщину около 13 мм, а все крыши площадью 40 м2 составляет 320 кг. Построен и испытывается грузовой вагон с крышей, выполнен­ ной из панелей такого же типа, но с промежуточным заполнением цз пенопласта, весящей всего 270 кг, что на 50—60% меньше веса обыч­ ных крыш из традиционных материалов [8].

На железных дорогах США используют листовые стеклопластики для изготовления крыш четырехосных грузовых вагонов грузоподъем­ ностью 100 пг, имеющих кузов объемом 145 м3 (рис. 61). Такие вагоны эксплуатируются на железной дороге Миннесота — Вирджиния. Кры­ ши монтируются на вагоне в условиях ремонтного депо из нескольких стандартных листов стеклопластика путем склеивания (рис. 62). В ка­ честве клеев используются эпоксидные компаунды. Из стеклопластика изготовлены и двери этих вагонов.

Рис. 60. Схемы элементов крыш грузовых вагонов, вы­ полненных из стеклопластика трехслойной конструкции:

8 Г

Рис. 61. Четырехосный грузовой вагон грузоподъемностью 100 т с крышей

из стеклопластика

Рис. 62. Крыша, монтируемая из листового стеклопластика в процессе склеи­ вания и герметизации швов клеевым составом на основе эпоксидных смол

82

замками составляет около 300 кг, что вдвое легче комплекта металли­ ческих крышек, поэтому нет необходимости в применении мостового крана при их установке. Люки с пластмассовыми крышками легко от­ крываются и закрываются двумя рабочими без применения средств механизации. На основании проведенных испытаний предполагается, что крышки могут работать в течение 30 лет [7]. На этой же дороге находятся в эксплуатации 200 вагонов-хопперов, имеющих круглые крышки люков диаметром 0,76 м, выполненные из стеклопластика (рис. 63) [8].

4.Защитные покрытия

В1956—1957 гг. в США было построено окло 2000 грузовых че­ тырехосных вагонов типа RS-1 со стальной обшивкой кузова, покрытой

свнутренней стороны латексом. Покрытие наносилось в жидком виде на стальную поверхность обшивки после предварительной зачистки сварных швов и очистки поверхности обшивки от коррозии. Предусма­ тривалось поочередное нанесение пяти слоев покрытия с последователь­ ной полимеризацией каждого из них. Покрытие наносилось специаль­ ными валиками. Сушка каждого слоя продолжалась 12—16 ч. Расход латекса на каждый вагон длиной 15,4 м, грузоподъемностью 45 т со­ ставил 75 л, т. е. примерно 1 л на 1 м2 поверхности металлической об­ шивки.

Другой, применявшийся в США способ внутреннего покрытия стальных стен кузовов грузовых вагонов заключался в приклейке к ним листовой резины с помощью клеев на каучуковой основе. Для за­ щиты металла кузова от конденсирующейся влаги, коррозии и для предохранения перевозимых грузов от порчи внутренние покрытия грузовых вагонов выполнялись из латекса или листовой резины.

Сведения о масштабах применения защитных покрытий того и дру­ гого типа и о сроках их службы отсутствуют. Однако есть основание полагать, что они недолговечны, так как покрытия на основе каучу­ ков склонны к ухудшению своих свойств в процессе старения и могут через несколько лет терять свои положительные качества. За последнее время в периодической литературе сведений об использовании резины или латексов для внутреннего покрытия стен грузовых вагонов не встречается.

Наиболее распространенным в последние годы способом защиты внутренних поверхностей металлических кузовов грузовых вагонов является покрытие их составами на основе синтетических, пре­ имущественно полиуретановых смол [9, 12]. На железной дороге Вес­ тей Марилона в США для окраски вагонов-хопперов в этих целях при­ меняют двухкомпонентную композицию на основе полиуретана К-3402. Технология нанесения покрытия состоит из нескольких операций, которые включают подготовку металлических поверхностей вагонов дробеструйной очисткой и нанесение на них слоя грунтовки толщиной 0,1—0,2 мм. Затем на загрунтованную поверхность пульверизатором наносят последовательно несколько слоев общей толщиной 1 мм. Нане­ сенное покрытие для полимеризации обогревается в течение 12^16 ч

84