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

Г л а в а 4

ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ВЛОКОМОТИВАХ

1.Общие сведения

Многие виды полимерных материалов используются для изготовле­ ния деталей разнообразного оборудования современных локомотивов. Сочетание своеобразных свойств различных пластмасс и резин в ряде случаев позволило улучшить технические характеристики локомотив­ ного оборудования, повысить его надежность и увеличить межремонт­ ные сроки эксплуатации. Создание и развитие промышленного выпус­ ка новых, более совершенных полимерных материалов привело в по­ следние десятилетия к еще большему их применению для деталей и эле­ ментов всевозможного оборудования электровозов, тепловозов и мо­ торвагонного подвижного состава.

На зарубежном железнодорожном транспорте полимерные мате­ риалы в локомотивах находят разнообразное применение. Они исполь­ зуются для деталей и элементов конструкционного, амортизационного, тепло-звуко-гидроизоляционного и фрикционного назначения. Начи­ ная с 1960 г. наиболее характерной является тенденция к росту при­ менения пластмасс в конструкции экипажной части и резин в аморти­ зирующих устройствах и ходовых частях локомотивов. Объясняется это стремлением к улучшению общих динамических характеристик

тенденция ощущается и в стремлении к улучшению характеристик электрических машин, аппаратов и устройств, использованием в них современных пластмасс и других полимерных материалов и деталей, обладающих более высокими теплофизическими и электроизоляцион­ ными свойствами, чем ранее применявшиеся.

2. Конструкционные элементы экипажной части

Применение стеклопластиков для элементов конструкции кузовов локомотивов на многих зарубежных железных дорогах началось в 50-х годах. Такое свойство стеклопластиков, как низкая теплопровод­ ность, способствовало сохранению тепла зимой и меньшему нагреванию < помещения летом. Высокая удельная (отнесенная к удельному весу) прочность открывала возможность некоторого снижения веса кон­ струкции.

Применение стеклопластиков в конструкции кузовов локомоти­ вов стимулировалось к тому же их коррозионной стойкостью и спо­ собностью поглощать и гасить вибрацию и колебания звуковых частот.

130

Положительное значение, сыгравшее определенную роль в приме­ нении стеклопластиков в локомотивостроении, имело и то, что эти пластики обладают высокой устойчивостью к воздействию влаги, имеют высокие электроизоляционные свойства и обладают опреде­ ленными преимуществами технологического характера.

Наиболее высокая прочность стеклопластиков достигается обычно при использовании их в качестве оболочек трехслойных конструкцион­ ных панелей типа «сэндвич». Детали из стеклопластика могут изго­ товляться обычным для переработки пластмасс прессованием. Сте­

в холодном состоянии и при повышенной температуре до 100° С и более

и напыления, при которых смесь полимерного связующего с отверди­ телей и стеклянным наполнителем наносится на негативную форму изделия и полимеризуется на ней при нормальных давлении и темпера­ туре. Детали из стеклопластика изготовляют также методом прессова­ ния с эластичным пуансоном под вакуумом или под избыточным давле­ нием. В этих случаях для прессования детали необходима только одна полуформа из любого материала. На нее укладывается заготовка про­ питанного смолой стеклонаполнителя и накрывается эластичным пу­ ансоном, обычно изготовляемым в виде резинового мешка. Формова­ ние детали эластичным пуансоном осуществляется при помощи давле­ ния, создаваемого накачиваемым в эластичный пуансон воздухом или при помощи вакуума, создаваемого между поверхностью формы и ма­ териалом, прижимаемым к ней эластичным пуансоном. Все эти способы создают возможность относительно простого изготовления из стекло­ пластиков крупногабаритных изделий.

При изготовлении деталей из стеклопластика способом намотки ткань, шнур или нити, пропитанные смолой, наматываются на форму изделия до необходимой толщины с последующим отверждением на ней. Стеклопластики удовлетворяют таким требованиям локомотивостроения, как снижение веса деталей, повышение в ряде случаев их надежности и долговечности, улучшение термических и акустических свойств, легкость изготовления деталей и простота их ремонта.

На английских электровозах типа Е300 постройки 1960 г. из стекло­ пластика изготовлены крыша и верхняя часть наружной обшивки. Пластмассовыми крышами оборудованы английские тепловозы мощ­ ностью 3300 л. с. и некоторые моторные вагоны дизельных поездов. Б США с конца 50-х годов эксплуатируются несколько головных вагонов электропоездов, торцовые части крыш и кабины управления которых изготовлены из стеклопластиков. Во Франции на электровозах серии ВВ12000 и некоторых других из стеклопластика выполнены ло­ бовые части кузовов, а на электровозах серии ВВ9400 — боковые пане­ ли кузова, включая панели, оборудованные жалюзи (рис. 92).

В ФРГ из стеклопластиков изготовляют крупногабаритные эле­ менты кузова, резервуары для водяного отопления и другое обору­ дование локомотивов (рис. 93).

На локомотивостроительном заводе в Хеннингсдорфе (ГДР) на опыт­ ном шестиосном электровозе переменного тока из стеклопластика из­ готовлены крыша капота и потолок кабины машиниста. Крыша капота размером 2,2 X 2,6 м выполнена способом напыления, потолок кабины машиниста — методом контактного формования. Двери локомотива выполнены из стеклопластика в виде трехслойных конструкций типа «сэндвич». С учетом положительного опыта эксплуатации этого локо­

крышевых частей капотов и кабин машиниста. Эти элементы кузова выполнены в виде трехслойных конструкционных панелей типа «сэндвич» с оболочками из листовых стеклопластиков и проме­ жуточными слоями из бумажнослоистого сотопласта на основе фенолоформальдегидных смол. Средняя часть капота имеет оболочки панелей толщиной 3 мм с приклеенными снаружи стальными хому­ тами. По контуру наружной части крыша капота снабжена стальной рамой толщиной 3 мм с крепежными деталями для крепления элек­ трического оборудования. Кабины машинистов выполнены также из трехслойных панелей, но в отдельных, особо напряженных местах имеют необходимые утолщения, выполненные путем дополнительного нанесения стеклопластика. На внутренней стороне кабины машиниста установлен инструментальный ящик. Из стеклопластика выполнены также часть пола и окантовка лампы потолочного освещения. Гнездо для установки прожектора отформовано одновременно и за одно целое

Ч"

Рис. 92. Французский электровоз с кабинами управления из стеклопластика

132

Рис. 93. Тепловозы железных дорог ФРГ с кузовами из стеклопластика:

а — серии V200; б — серин V180

133

с корпусом кабины. Применение стеклопластика и других синтетиче­ ских материалов при изготовлении электровоза серии Е11 снизило его вес на 1000 кг, что составляет 1,25% общего веса локомотива.

В ЧССР на серийно выпускаемых с 1965 г. локомотивах ЧЭС2 обе кабины управления (рис. 94) и кузов изготовлены из многослойных стеклопластиков на основе полиэфирных смол. Этим снижен вес локо­ мотива и уменьшены трудоемкость и стоимость кузова, так как изго­ товление кузова обтекаемой формы из стеклопластика оказалось проще и дешевле, чем из стали. Кабины управления, стены кузова и крыши кабин управления изготовлялись из стеклопластика методами контакт­ ного формования и напыления с применением трехслойных конструк­ ционных панелей из стеклопластика. Использование' стеклопластика и других пластических масс позволило усовершенствовать конструк­ цию кабин управления, снизив в них уровень шума. Это улучшило условия обслуживания электровоза, имеющего две трехосные тележки с тяговыми двигателями для каждой оси. Общий вес электровоза состав­ ляет 120 т . Минимальный радиус кривых 120 м. Электровоз предназна­ чен для вождения скоростных грузовых и пассажирских поездов. Из­ менением передаточного отношения тягового редуктора максимальная скорость в грузовом движении может быть увеличена до 120 км/ч, в пассажирском движении — до 160 км/ч.

Тем же заводом был изготовлен электровоз, у которого из пласт­ масс были выполнены лишь кабины управления. Эксплуатационные испытания показали высокую прочность и надежность кабин из пласт­ масс. Использование стеклопластика улучшило звуко-и теплоизоля­ цию кабин, а также снизило ремонтные расходы в эксплуатации. При строительстве локомотива монтаж и прикрепление этих кабин к стальной раме и сопрягающимся элементам кузова осуществлялись с помощью специальных клеев. Одновременно при создании нового электровоза корпуса кабин были разработаны и выполнены как силовые

134

щие элементы конструкций кузовов вагонов выполнялись из тонколи­ стового проката с ребрами жесткости из тонкостенных гнутых профилей. Материал тепло- и звукоизоляции не участвовал в восприятии силовых нагрузок. Использование трехслойных конструкционных панелей типа «сэндвич» с оболочками из двух тонких, воспринимающих нагрузку ли­ стов, соединенных друг с другом наполнителем из твердого пенопласта толщиной 40 мм с удельным весом в пределах от 0,1 до 0,15 г/см3, открывает новые возможности. Такие панели характеризуются тем, что они без дополнительного упрочнения сохраняют жесткость под действием нагрузки вдоль плоскости панели или перпендикулярно к ней до величин нагрузок, равных пределу прочности материала лис­ тов оболочек. В то же время пенопластом, заключенным между оболоч­ ками, обеспечивается отличная тепло- и звукоизоляция панели. При использовании для одной из оболочек соответствующего материала одновременно может быть достигнуто и необходимое декоративное внутреннее оформление вагона электросекции.

Стена кузова выполняется из нескольких таких панелей-блоков, например, для пассажирского вагона из десяти. Такие панели-блоки изготовляют в следующей последовательности. Сваривают или склеи­ вают рамочные и перегородочные профили; первый лист оболочки па­ нели приваривают или приклеивают к рамке, протравливают с внут­ ренней стороны и к нему приклеивают мат из стекловолокна; монти­ руют распределительную трубу с наполнительным штуцером для заливки компонентов, образующих вместе со стекломатом теплоизо­ ляционный слой панели, и сверлят отверстия для выпуска воздуха. Затем приклеивают мат из стекловолокна ко второму листу; уплот­ няют кромки у перегородок, а также приваривают или приклеивают второй лист к одному из продольных профилей. После этого обе оболоч­ ки монтируемой панели устанавливают в кондукторе с контрпрофиля­ ми и в полость между оболочками заливают компоненты, образующие промежуточный слой из теплоизоляционного пенопласта. Заливку ком­ понентов начинают с середины панели и осуществляют в течение 20 сек. В последующие 20—30 мин пенопласт отверждается, прочно соединяя листовые оболочки друг с другом. Когда между сбслсчками панелиблока смешиваются три компонента пенопласта — модифицированный полиэфир, диизоцианат и газообразующий активатор, состав, разо­ греваясь до температуры 130° С, вспенивается и полностью заполняет полость панели, пропитывая одновременно мат из стекловолокна. Объ­ ем теплоизоляционного слоя рассчитывается так, чтобы во время вспе­ нивания его состава создавалось давление несколько более 5 атм, чем обеспечивается достаточное усилие, прижимающее листы обо­ лочек панели к контрпрофилю кондуктора с образованием их глад­ ких поверхностей требуемой формы.

В случае применения для оболочек панелей листов из нержавеющей стали, алюминия или пластмасс наружная окраска их в большинстве случаев не нужна. Сторону блока панели, обращенную внутрь ваго­ на электросекции, покрывают пленкой из поливинилхлоридного плас­ тика, соответствующей по цвету и рисунку внутреннему декоратив­ ному оформлению вагона.

135