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

Масштабы использования стеклопластиков в подвижном составе в разных странах различны. Наибольший опыт изготовления и эксп­ луатации железнодорожных изделий из стеклопластика накоплен в Англии, США, ФРГ и особенно в Японии [1]. В ряде других стран проводятся широкие эксперименты, проверка в эксплуатации опыт­ ных серий или партий изделий.

Главное направление использования стеклопластиков в вагонах заключается в применении их для создания силовых, несущих или частично выполняющих такие функции конструкционных элементов. Применяют стеклопластики и для крупногабаритных частей и деталей кузовов. Часто их используют в целях упрочнения, а также для об лицовки древесины и особенно фанеры при изготовлении из нее пане­ лей, плит и других конструкционных деталей.

Из стеклопластиков изготовляются: крыши целиком и элементы крыш вагонов, торцовые стены головных вагонов электропоездов, кабины машинистов и топливные баки локомотивов и дизель-поездов, водяные баки и кабины санузлов пассажирских вагонов целиком, каркасы кресел и диванов, двери, оконные рамы, перегородки, полы в туалетных и машинных помещениях, аккумуляторные ящики и дру­ гие изделия [1—6].

Применение стеклопластиков для упрочнения деревянных и фа­ нерных стен, перегородок и других элементов внутренней обшивки вагонов, а также для повышения их долговечности широко практику­ ется в США и ФРГ.

Технический процесс облицовки стеклопластиком фанеры, дере­ вянных панелей или древесноволокнистых плит осуществляют нане­ сением на их поверхность сначала смолы, а затем предварительно про­ питанного смолой стеклянного наполнителя (стеклоткань, стеклохолст, стекломат, стеклянное волокно). Материал стеклопластика наносится в один или несколько слоев в зависимости от требуемой толщины, на одну или на обе поверхности панелей с уплотнением каж­ дого нанесенного слоя. Подготовленные таким образом панели и плиты подвергаются затем выдержке при повышенной температуре, что зна­ чительно ускоряет процесс отверждения стеклопластика. При высо­ кочастотном обогреве продолжительность процесса облицовки стекло­ пластиком, например, фанерной панели продолжается всего 2—4 мин. В преобладающем большинстве случаев стеклопластик для упрочнения фанеры и древесноволокнистых плит или для непосредственного про­ изводства из него тех или иных деталей пассажирских вагонов изго­ товляют на основе полиэфирных смол.

Преимущественное использование полиэфирных смол для изго­ товления стеклопластиков в производстве силовых и других конструк­ ционных изделий объясняется их невысокой по сравнению с другими смолами стоимостью, а также способностью отверждаться в условиях нормальной температуры и давления. Кроме того, эти смолы обладают высокой адгезией к стеклянному наполнителю, что улучшает прочност­ ные характеристики пластика. Они прозрачны и не темнеют со време­ нем. Это позволяет в случае необходимости придания изделию из стек­ лопластика той или иной расцветки вводить соответствующие краси-

8

тели в смолу в процессе изготовления изделия. Таким образом можно получить элементы конструкции нужного цвета, не требующие окрас­ ки в течение 10—15 лет.

Крупногабаритные изделия из стеклопластиков чаще всего изго­ товляют формованием, или так называемым контактным способом или методом наслаивания. Применяют и другие методы, такие, напри­ мер , как вакуумное формование или формование в эластичных ем­ костях с помощью эластичных пуансонов под незначительным избы­ точным давлением. Используют также формование и методами впры­ скивания или напыления, когда стекловолокнистая масса, смешанная со смолой, инициаторами отверждения и отвердителями, пневмати­ чески наносится распылением на соответствующую негативную мо­ дель или форму изделия. Лобовые стены и крыши вагонов, кабин машинистов, кабин санузлов изготовляют, главным образом, контакт­ ным методом. Изделия типа панелей или листов с использованием

более 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 [3] (рис. 1, 2). Толщина крыш примерно 3 мм; неко­ торые из них имеют лакокрасочное покрытие с наполнителем, содер­ жащим 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 эле­ менты 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 элект­ ропоездов г. Гамбурга смонтированы из отдельно изготовленных из стеклопластика шести секций. Во Франции из стеклопластика вы­ полнены крыши вагонов-автомотрис серии 4250.

Главной целью применения крыш из стеклопластика вместо ме­ таллических является стремление к снижению веса вагона. Пласт­ массовые крыши примерно вдвое легче металлических. При этом в свя­ зи с меньшей звукопроницаемостью их уменьшается потребность в про­ тивошумных и звукоизолирующих материалах. Срок службы крыш из стеклопластика значительно выше металлических благодаря кор­ розионной стойкости материала.

'9

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

10

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

И

Рис. 4. Несущий каркас панорамного купола крыши автомотрисы, выпол­ ненный из стеклопластика

В вагоностроении Японии широко распространено использование стеклопластиков с сокращенным наименованием FRP. Их применяют для изготовления многих деталей и элементов конструкций подвиж­ ного состава. В зависимости от содержания связующего они подраз­ деляются по японскому стандарту на 7 классов: FRP-1, FRP-2, FRP-3 и т. д. В табл. 4 приведена краткая характеристика стеклопластиков этих марок.

Лобовые стены и кабины управления дизельного и электроподвиж­ ного состава. На некоторых зарубежных железных дорогах и метропо­ литенах эксплуатируются электро- и дизельные поезда с головными вагонами, у которых торцовые стены выполнены из стеклопластиков. Средние части кузовов этих вагонов построены из стали или алюми­ ниевых 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

12

кузова (рис. 5). В некоторых случаях стеклопластик является наруж­ ной обшивкой и функции несущей конструкции выполняет частично. Подобное использование стеклопластика позволяет на 40—50% сни­ зить 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 стекло­ пластик, 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 стеклопласти­ ка с металлом в конструкции кузова вагона (рис. 6). Вагоны подоб­ ной конструкции строят и в других странах. В ФРГ построены и эксп­ луатируются с 1968 г. вагоны метрополитена во Франкфурте, имею­ щие лобовые стены и большое количество других деталей внутренней облицовки из стеклопластика марки лекувал. Этим достигнуто значи­ тельное снижение веса тары вагона.

13

В Чехословакии на заводе «Татра» в 1963 г. построено несколько' электросекций типа ТЗ, которые имеют передние и задние стенки ку­ зова 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 под­ вергается ни атмосферной, ни электрической коррозии, не требует ок­ раски в течение 10—12 лет и менее подвержен деформациям от удар­ ных нагрузок. Одновременно обращается внимание на некоторую сложность сопряжения стальных элементов конструкции с элементами из стеклопластика из-за различных коэффициентов теплового расши­ рения, затрудняющих создание надежных соединений этих материалов. Для повышения долговечности их рекомендуется элементы конструк­ ции из стеклопластика соединять с металлическими элементами конст­ рукции 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 мг 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 нержавею­ щей стали. Первая партия таких вагонов находится в эксплуатации- с 1967 г. [131.

Вследствие хороших звуко- и виброгасящих свойств стеклопласти­ ков применение их для изготовления кабин управления, кроме сни­ жения веса и уменьшения расходов на монтаж и эксплуатацию, дает возможность улучшить условия труда локомотивных бригад. Одно­ временно 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 стекло­ пластика [И]. Эти вагоны рассчитаны для скоростей 90 км/ч.

В США в последние годы серийно выпускаются вагоны электро­ поездов с пластмассовыми торцовыми стенами. Вагоны этих электро­ поездов 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—Трэне Гудзон железных дорог США эксплуатируются пригородные электропоезда, кузова вагонов кото­ рых изготовлены из алюминиевого сплава, а лобовые части с кабинами управления — из стеклопластика.

В Японии вагоны некоторых серий электропоездов дальнего сле­ дования 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.

4