КУЗОВ ПАССАЖИРСКОГО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ВАГОНА (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к вагоностроительному производству, в частности, к изготовлению пассажирских железнодорожных вагонов.
Известен кузов транспортного средства, содержащий обшивки из сплошного листового материала, расположенные на расстоянии одна от другой, размещенный между обшивками сотовый заполнитель и, по меньшей мере, один промежуточный слой, размещенный в пространстве между обшивкой и сотовым заполнителем, скрепленный с ними и имеющий отношение массы к занимаемому им объему меньше, чем плотность обшивки, и больше, чем отношение массы сотового заполнителя к занимаемому им объему. Промежуточный слой выполнен из гофрокартона (патент РФ №2097503).
Известен кузов рефрижераторного контейнера, состоящий из слоя пенопласта, обшитого фанерой с защитным стеклопластиком (патент РФ №40029).
Указанные выше известные конструкции имеют недостаточно высокие прочностные показатели, сложны в изготовлении и требуют трудоемкой дополнительной технологической доработки.
Наиболее близким является известный кузов пассажирского железнодорожного вагона, выполненный многослойным из полимерного материала, состоящиот из обшивок, ячеистого или гофрированного заполнителя и расположенного между ними тонкого слоя термопласта, причем термостойкость материала обшивок выше термостойкости материала заполнителя, а слой термопласта выполнен из того же полимера, что и связующее материала заполнителя (патент РФ №2040403).
Этот кузов также недостаточно прочен, сложен в изготовлении и требует дополнительной трудоемкой технологической доработки, т.к. изготовлен не методом пултрузии.
Пултрузия это протяжка материала через нагретую фильеру. В качестве армирующего материала используется стекловолокно. Материал пропитывается специальным связующим на основе полиэфирных смол и пропускается через фильеру - формообразующую болванку. С помощью этой болванки можно задать любую форму изделия. В результате получается высокопрочный и легкий материал нужной конфигурации и размера. Пултрузия - достаточно новая для России технология, хотя родоначальниками метода были именно российские ученые, которые предложили пултрузию еще в 60-х годах. Но технология использовалась только в военной области и судостроении. Потом на Западе технология была развита, доработана и нашла там самое широкое применение. Из стеклопластика, произведенного этим методом, стали выпускать материалы самого широкого применения. В Россию первые образцы пултрузионной техники появились в начале 1980-х. Тогда они использовались преимущественно для работ в области космонавтики. По-настоящему серьезное распространение технологии в России началось в середине 90-х годов, когда рядом компаний были приобретены зарубежные пултрузионные установки. Продукт пултрузии - материал легкий, не уступающий по прочности металлу, устойчивый к воздействиям агрессивной окружающей среды, экологически чистый.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в повышении прочности, виброустойчивости изделия и простоте его изготовления.
Указанный технический результат достигается тем, что кузов пассажирского железнодорожного вагона, выполненный многослойным из полимерного материала, представляет собой трехслойную конструкцию, изготовленную методом пултрузии из стеклопластика на основе
эпоксидного или полиуретанового связующего, причем промежуточный слой конструкции выполнен гофрированным и образует сквозные продольные каналы вдоль корпуса кузова, при этом на внутренней поверхности кузова на требуемых для комплектации высотах выполнен, по меньшей мере, один выступ.
На внутренней поверхности кузова может быть выполнен один выступ, предназначенный для крепления спальной полки. Таких выступов может быть два (для двух полок) и более (для крепления дополнительного оборудования вагона).
Внешние слои конструкции могут быть выполнены одинаковой и разной толщины.
Толщина внешних слоев составляет, предпочтительно, по меньшей мере, 4 мм, а промежуточного - по меньшей мере, 2 мм.
Пространство между промежуточным и одним или двумя внешними слоями может быть заполнено любым вспененным полимером. Не заполнено вспененным полимером может быть лишь несколько каналов, образованных гофрами промежуточного слоя. Наличие пустотных слоев (каналов), увеличивающих теплоизоляционные свойства, создает возможность использования их и в эксплуатационных целях, например, для размещения в нем вентиляционного оборудования (или используя его в качестве вентиляционного канала), а также питающих электрических кабелей.
Хорошие электроизоляционные свойства смол позволяют делать в панелях каналы для электропроводки без дополнительного использования электроизоляции.
При заполнении каналов вспененным полимером, например, пенополиуретаном, пенополистиролом, пенополиэтиленом, хорошие теплоизоляционные свойства панелей еще более улучшаются.
Кузов может быть выполнен составным. В этом случае пултрузией получают две его части (по продольному разрезу кузова), которые затем
скрепляются любыми термическими методами, а также любыми подходящими крепежными элементами, например, шпангоутами.
Указанный технический результат достигается и вторым вариантом предлагаемой полезной модели, когда кузов пассажирского железнодорожного вагона, выполненный многослойным из полимерного материала, представляет собой шестислойную конструкцию и изготовлен методом пултрузии из стеклопластика на основе эпоксидного или полиуретанового связующего, причем внешние 1-й и 6-й, а также промежуточные 3-й и 4-й слои шестислойной конструкции выполнены плоскими, промежуточные 2-й и 5-й слои выполнены гофрированными и образуют сквозные продольные каналы вдоль корпуса кузова, между 3-м и 4-м слоями имеются ребра жесткости, при этом на внутренней поверхности кузова на требуемых для комплектации высотах выполнен, по меньшей мере, один выступ.
На внутренней поверхности кузова может быть выполнен один выступ, предназначенный для крепления спальной полки. Таких выступов может быть два (для двух полок) и более (для крепления дополнительного оборудования вагона).
Внешние слои могут быть выполнены одинаковой и разной толщины.
Толщина внешних слоев составляет, предпочтительно, по меньшей мере, 4 мм, а промежуточных - по меньшей мере, 2 мм.
Пространство между 3-м и 4-м промежуточными слоями может быть заполнено любым вспененным полимером. При заполнении вспененным полимером, например, пенополиуретаном, пенополистиролом, пенополиэтиленом, хорошие теплоизоляционные свойства панелей еще более улучшаются.
Кузов может быть выполнен составным. В этом случае пултрузией получают две его части (по продольному разрезу кузова), которые затем
скрепляются любыми термическими методами, а также любыми подходящими крепежными элементами, например, шпангоутами.
Кузов выдерживает механические нагрузки в необходимых направлениях, обладает оптимальными свойствами по механическим характеристикам как статическим, так и динамическим, имеет высокую энергию разрушения, что делает эксплуатацию пассажирских вагонов безопасной и при их механическом повреждении.
2
Повышение прочности достигается за счет обеспечения высокой ударной вязкости (больше 300 Кдж/м), последнее также необходимо для безопасности эксплуатации изделий из стеклопластика, поскольку обеспечивает пластический, а не осколочный характер разрушения при механическом повреждении вагонов.
2
Разрушающее напряжение при сжатии и изгибе достигает значений до 1000-1200 МН/м (МПа) и значений модулей упругости при растяжении и при изгибе до 40 ГПа.
Большой вклад в высокие эксплуатационные свойства кузова вносит природа связующего, которое обеспечивает пластический характер разрушения изделия.
2
Использование полиуретанового связующего дает стоимость изготовления изделия 6$ за 1 кГ, а использование эпоксидного связующего приводит к стоимости 4$ за 1 кГ. Однако при использовании полиуретанового связующего значения разрушающих напряжений при сжатии и изгибе выше на 120-165 МН/м (МПа), а модули упругости при растяжении и изгибе выше на 10-15 ГПа.
Кузов изготавливают методом пултрузии, позволяющим получать изделия различной формы, различной толщины по поперечному сечению и различного профиля. В зависимости от использующегося оборудования производительность машины составляет 0,4-1 м/мин. Тем самым, изделия длиной 1,4 м для вагона длиной 24 м могут быть произведены за 17 мин.
Используемая технология формования - пултрузия с применением различных форм стекловолокна: ровинга, стеклоткани, стекломатов порознь или одновременно обеспечивает получение конструкций, выдерживающих механические напряжения в необходимых направлениях, а в случае однонаправленного армирования обеспечивает практически идеальную плоскостность с отклонением не более 2% изделия, что снижает вибрацию кузовов вагонов и, как следствие, повышает прочность, виброустойчивость и долговечность вагонов и устраняет отрицательное воздействие на самочувствии пассажиров.
Используемый метод формования дает возможность заложить, при желании, в изделие металлические или полимерные сетки.
На фиг1 изображено поперечное сечение трехслойной конструкции фрагмента кузова, где позиция 1 означает внешние слои, позиция 2 означает «пустотные» слои, которые могут быть заполнены пенополимером, позиция 3 означает элемент жесткости, выполненный в виде гофры (промежуточный гофрированный слой); позиция 4 означает выступ, предназначенный, например, для навешивания спальной полки.
На фиг2 изображено поперечное сечение шестислойной конструкции фрагмента кузова, где позиции 1 и 6 означают внешние слои слои (1 и 6), позиции 2 и 5 означают промежуточные гофрированные слои (слои 2 и 5), позиции 3 и 4 означают промежуточные плоские слои (слои 3 и 4), позиция 7 означает ребра жесткости, пустотные слои между которыми могут быть заполнены пенополимером, позиция 8 означает выступ, предназначенный, например, для навешивания спальной полки.
Способ изготовления кузова заключается в вытягивании через нагретую до 130-150 градусов формообразующую фильеру стеклонаполнителя - ровинга, стекломата и др., пропитанного смолой. На выходе получают армированный профиль из стеклопластика, конфигурация которого повторяет форму фильеры.
Заявляемый профиль кузова (по обоим вариантам) позволяет получить изделие, обладающее следующими свойствами: в 4 раза легче стали; не подвержен коррозии, гниению, короблению, трудногорюч и не выделяет при пожаре ядовитого газа - диоксина, имеет широкий диапазон рабочих температур: от -50 до +50 градусов и низкий коэффициент линейного расширения, хорошие электроизоляционные свойства.
Наружную поверхность кузова можно снабдить утеплителем, укрепить черновую панель и затем осуществить чистовую отделку.
Изготавливаемые согласно заявленной полезной модели кузова можно красить и ремонтировать.
Вагоны, имеющие кузов по предлагаемой полезной модели (оба варианта), имеют высокую длительность эксплуатации (аналогичные изделия в судостроении эксплуатируются до 28 лет).