КРЫША ВАГОНА-ХОППЕРА

Область техники, к которой относится полезная модель
Настоящая полезная модель относится к железнодорожному транспорту и, в частности, к крыше вагона-хоппера.
Уровень техники
Конструкция вагона-хоппера, предназначенного для перевозки по железной дороге сыпучих грузов (песка, щебня и т.п.), достаточно традиционна. Обычно корпус такого вагона-хоппера накрывается крышей в виде выпуклого вверх желоба, изготовленного из отдельных стальных листов (см., к примеру, патент США №4377058, опубл. 22.05.1983). При этом возникают проблемы стыковки таких отдельных листов, а также предохранения стали от ржавчины, которая может возникать вследствие атмосферной влажности.
В патенте США №6367391 (опубл. 09.04.2002) раскрыта крыша вагона-хоппера, сделанная из двух слоев усиленного пластика с пенным наполнителем между ними. В этой крыше не предусмотрены загрузочные отверстия, а выполнение всей желобообразной крыши из двух слоев усиленного пластика с пенным наполнителем между ними удорожает изготовление такой крыши и утяжеляет ее.
Наиболее близким аналогом к настоящей полезной модели можно считать патент США №5988074 (опубл. 23.11.1999), где описана композитная крыша для железнодорожного вагона, которая выполнена практически плоской из слоев усиленного волокнами пластика и имеет прямоугольные отверстия. Такая конструкция достаточно технологична, однако имеет невысокую прочность.
Раскрытие полезной модели
Таким образом, цель настоящей полезной модели состоит в расширении арсенала технических средств и повышении прочности конструкции.
Для достижения этого технического результата в настоящей полезной модели предложена крыша вагона-хоппера, изготовленная из по меньшей мере одного композиционного материала как самонесущая оболочка, при этом: самонесущая оболочка выполнена в виде выпуклого вверх желоба с торцевыми стенками; по нижнему краю периметра желоба выполнен нижний силовой обвязывающий пояс трапецевидного поперечного сечения; с внутренней стороны желоба на заранее заданных расстояниях один от другого и от торцевых стенок установлены поперечные силовые шпангоуты, замкнутые в нижней части желоба на нижний силовой обвязывающий пояс; в верхней части желоба выполнено заранее заданное число отверстий загрузочных люков, расположенных между поперечными силовыми шпангоутами.
Особенность крыши по настоящей полезной модели состоит в том, что верхняя часть желоба выполнена плоской; отверстия загрузочных люков выполнены в целом прямоугольной формы вдоль середины плоской верхней части; с обеих сторон от отверстий загрузочных люков на плоской верхней части предусмотрены пешеходные зоны.
Еще одна особенность крыши по настоящей полезной модели состоит в том, что каждая из пешеходных зон выполнена с противоскользящим износостойким покрытием.
При этом каждая из пешеходных зон выполнена с ограждением с ее внешней стороны.
Еще одна особенность крыши по настоящей полезной модели состоит в том, что каждое из отверстий загрузочных люков снабжено крышкой, откидывающейся в сторону одной из пешеходных зон.
При этом по меньшей мере одна из торцевых стенок снабжена устройством для выравнивания давления внутри вагона-хоппера при закрытых крышках во время выгрузки.
Еще одна особенность крыши по настоящей полезной модели состоит в том, что каждая из торцевых стенок снабжена по меньшей мере двумя торцевыми ребрами, замкнутыми в нижней части желоба на нижний силовой обвязывающий пояс.
Еще одна особенность крыши по настоящей полезной модели состоит в том, что в качестве композиционного материала применен стеклопластик с армирующим наполнителем, при этом крыша изготовлена методом инфузии.
При этом при изготовлении крыши использован вспомогательный заполнитель в виде полиэфирного нетканого материала, а при изготовлении пешеходных зон использован полипропиленовый сотовый материал в качестве заполнителя.
Еще одна особенность крыши по настоящей полезной модели состоит в том, что нижняя поверхность по всему периметру нижнего силового обвязывающего пояса имеет перевернутую U-образную форму для исключения попадания дождевых осадков и снега внутрь вагона.
Наконец еще одна особенность крыши по настоящей полезной модели состоит в том, что на одной из торцевых стенок смонтирована лестница.
Краткое описание чертежей
Настоящая полезная модель иллюстрируется далее со ссылками на приложенные чертежи, на которых одинаковым элементам присвоены одинаковые ссылочные позиции.
Фиг. 1 показывает общий вид вагона хоппера с крышей.
Фиг. 2 изображает крышу вагона-хоппера по настоящей полезной модели в разобранном виде с частичным вырезом.
Фиг. 3-5 показывают последовательные этапы изготовления крыши по настоящей полезной модели.
Фиг. 6 поясняет выполнение торцевой части крыши по настоящей полезной модели.
Фиг. 7 показывает стыковку угла крыши по настоящей полезной модели с вагоном-хоппером.
Фиг. 8 поясняет крепление шпангоута крыши по настоящей полезной модели к стенке вагона-хоппера.
Подробное описание полезной модели
Как очевидно из названия настоящей полезной модели, предлагаемая крыша предназначена для установки на железнодорожный вагон-хоппер, т.е. вагон, предназначенный для перевозки сыпучих грузов, засыпаемых в этот вагон сверху и выгружаемых из него путем откидывания дна вагона. Общий вид такого вагона-хоппера приведен на Фиг. 1, где ссылочной позицией 1 обозначен кузов вагона-хоппера, а ссылочной позицией 2 обозначена крыша этого вагона-хоппера. Как видно из Фиг. 1, крыша 2 выполнена в виде выпуклого вверх желоба с торцевыми стенками 3. В верхней части желоба (крыши 2) выполнено заранее заданное число отверстий 4 для загрузочных люков. Кроме того, верхняя часть желоба (крыши 2) предпочтительно (но не обязательно) выполнена плоской, а с обеих сторон от отверстий 4 загрузочных люков на плоской верхней части предусмотрены пешеходные зоны 5, каждая из которых предпочтительно выполнена с противоскользящим износостойким покрытием. С внешней стороны (т.е. со стороны, противоположной отверстиям 4) каждая пешеходная зона 5 предпочтительно снабжена ограждением 6.
Как показано на Фиг. 2, отверстия 4 загрузочных люков предпочтительно имеют в целом прямоугольную форму, хотя могут иметь скругления в углах (см. поз. 4 на Фиг. 3), и расположены вдоль середины плоской верхней части. Каждый загрузочный люк закрывается соответствующей крышкой 7, которая может откидываться в сторону одной из пешеходных зон 5.
На Фиг. 2 показаны поперечные силовые шпангоуты 8, установленные с внутренней стороны желоба (крыши 2) на заранее заданных расстояниях один от другого и от торцевых стенок 3. Все эти поперечные силовые шпангоуты 8 замкнуты в нижней части желоба на нижний силовой обвязывающий пояс 9, выполненный по нижнему краю периметра желоба и частично видный на Фиг. 2 в разрезе на нижнем крае желоба. Упомянутые выше отверстия 4 для загрузочных люков размещены каждый между соседними поперечными силовыми шпангоутами 8.
Помимо этого, каждая из торцевых стенок 3 может быть снабжена двумя (или более) торцевыми ребрами 10 (Фиг. 3), замкнутыми в нижней части желоба на нижний силовой обвязывающий пояс 9. Хотя бы одна из торцевых стенок 3 предпочтительно снабжена декомпрессионным устройством 11 для выравнивания давления внутри вагона-хоппера при закрытых крышках 7 во время выгрузки. Это декомпрессионное устройство 11 в простейшем случае представляет собой отверстие в торцевой стенке 3, прикрытое сверху загнутой вниз пластиной (см. Фиг. 3). На одной или на обеих торцевых стенках 3 может быть смонтирована лестница 12 (см. Фиг. 2).
Нижняя поверхность по всему периметру нижнего силового обвязывающего пояса 9 предпочтительно имеет перевернутую U-образную форму для исключения попадания дождевых осадков и снега внутрь вагона. На Фиг. 4 проиллюстрировано размещение крыши 2 на кузове 1 вагона. При установке крыши 2 на кузов 1 перевернутая U-образная форма нижней поверхности нижнего силового обвязывающего пояса 9 плотно садится на обвязку кузова 1 (изображенную на Фиг.4 в виде трубы прямоугольного сечения).
Предпочтительное крепление крыши 2 к кузову 1 проиллюстрировано на Фиг. 5. Каждый из поперечных силовых шпангоутов 8 имеют на конце удлинение, которое при установке крыши 2 на кузов 1 вагона-хоппера входит в соответствующие кронштейны 13 и фиксируется шплинтом 14 или болтом с гайкой. Кронштейны 13 для фиксации крыши 2 устанавливаются на внутренней стороне боковых стенок кузова 1 по месту (при установке крыши 2) и крепятся любыми подходящими креплениями (сваркой, болтами и т.п.).
Важным признаком крыши по настоящей полезной модели является ее материал, в качестве которого используется один или несколько композиционных материалов. При этом предпочтительно в качестве композиционного материала может быть применен стеклопластик с армирующим наполнителем, а крыша 2 изготовлена методом инфузии. Стеклопластик в данном случае - это стеклопластик марки «АпАТэК-СТИНК» (ТУ2296-006-9366864-2008, см. certif.org/docs/reestr_tc.xls) с объемным содержанием армирующего наполнителя 50-55%. Армирование может быть реализовано подбором соответствующих наполнителей из продуктовой линейки стеклотканей, серийно выпускаемых компанией «Selcom S.r.l.», или других изготовителей. В качестве связующего можно использовать полиэфирную смолу Aropol S604 INF-90 (150) или аналогичную по характеристикам.

Применение данных материалов для изготовления стеклопластика методом инфузии обеспечивает стеклопластику высокие прочностные характеристики, уровень которых не зависит существенно от режима термообработки и практически не снижается после термо-влажностного старения. При этом при изготовлении крыши 2 может быть использован вспомогательный заполнитель в виде полиэфирного нетканого материала, например, Lantor Soric - полиэфирный нетканый материал, устойчивый к сжатию и совместимый со всеми стандартными типами смол (включая полиэфирную, винилэфирную, фенолоальдегидную и эпоксидную). Этот материал обладает высокой плоскостной и сквозной проницаемостью, что обеспечивает качественную пропитку силовых слоев. Использование данного материала позволяет значительно сократить количество используемого проводящего слоя. Материал Lantor Soric подходит для всех процессов закрытого формования, включая инфузию и пултрузию. Применение данного материала в качестве вспомогательного заполнителя придает обшивке необходимую жесткость без существенного ее утяжеления.

При изготовлении пешеходных зон 5 можно в качестве заполнителя использовать полипропиленовый сотовый материал, к примеру, полипропиленовые соты Nidaplast 8Ri, которые пригодны в процессах закрытого формования, таких как инфузия.
В качестве предпочтительной технологии изготовления крыши 2 из композиционных материалов выбрана технология вакуумной инфузии. Для минимизации болтовых, клеевых и клееболтовых зон соединений формовка оболочки с силовым каркасом (т.е. с поперечными силовыми шпангоутами 8, торцевыми ребрами 10 и нижним силовым обвязывающим поясом 9) производится за единый технологический цикл. Изготовление самонесущей оболочки крыши 2 производится следующим образом.
Сначала изготавливают формообразующие элементы для поперечных силовых шпангоутов 8, торцевых ребер 10 и нижнего силового обвязывающего пояса 9.
Формообразующие элементы поперечных силовых шпангоутов 8 и торцевых ребер 10 представляют собой тонкостенные элементы, заранее изготовленные методом вакуумной инфузии и имеющие толщину примерно 15-20% конструкционной толщины поперечного силового шпангоута и 8-10% толщины торцевого ребра. Т.е. каждый из указанных формообразующих элементов имеет толщину, составляющую заранее заданную часть от толщины изготавливаемой детали.
Одновременно с изготовлением перечисленных формообразующих элементов, либо независимо от их изготовления (к примеру, до или после их изготовления) изготавливают форму для последующего изготовления крыши 2 методом инфузии, причем предусматривают в этой форме выступы для создания отверстий 4 загрузочных люков и направляющие для установки вышеуказанных формообразующих элементов поперечных силовых шпангоутов 8 и торцевых ребер 10.
В готовую форму укладывают один или несколько слоев одного или нескольких наполнителей для формирования обшивки крыши 2. На Фиг.6 показаны матрица (форма) 15, в которую уложены слои 16 внешней обшивки и заполнитель 17, которые затем закрываются слоями 18 внутренней обшивки, показанными на Фиг.7. Кроме того, по направляющим формы 15 устанавливают изготовленные формообразующие элементы 19 поперечных силовых шпангоутов и - на торцевых стенках 3 - формообразующие элементы торцевых ребер (не показано на Фиг.7). В пешеходных зонах могут выкладывать сотовый заполнитель рядом с выступами, служащими для создания отверстий 4 загрузочных люков.

В зазор, предусмотренный между слоями 16 и 18 (между обшивкой и формообразующими элементами 19 поперечных силовых шпангоутов), устанавливают формообразующий элемент 20 нижнего силового обвязывающего пояса, на который далее выкладывают слои наполнителя 21 разной ориентации (из уже упоминавшегося материала Lantor Soric), которые формируют элементы нижнего силового обвязывающего пояса 9.
3
Для придания жесткости формообразующим элементам торцевых ребер 10 придают в поперечном сечении П-образную форму для образования внутренней полости, которая на момент вакуумирования может быть заполнена заливочным пенополиуретаном плотностью около 35 кг/м.
Для поперечных силовых шпангоутов 8 может быть реализована схема формовки с внутренним вакуумным мешком, что позволяет отказаться от использования пенопласта в качестве заполнителя внутренней полости и снизить общий вес конструкции.
3
На элементах нижнего силового обвязывающего пояса 9 может размещаться профилированный силиконовый вкладыш 22 U-образного поперечного сечения (см. Фиг. 8) для оформления геометрии посадочного места нижнего силового обвязывающего пояса 9. Этот вкладыш заранее изготавливают фрезерованием из блочного пенопласта плотностью 40…50 кг/м или методом заливки компонентов в соответствующую форму. Затем устанавливают по периметру формы 15 прижим 23, формирующий ту часть обшивки крыши 2, которая предназначена для вхождения в кузов 1 вагона-хоппера в процессе изготовления этого вагона. На соответствующие места выкладывают слои 24, которые формируют обшивку поперечных силовых шпангоутов 8 и торцевых ребер 10.
После этих операций в форму 15 осуществляют инфузию стеклопластика с последующей его полимеризацией.
Перед извлечением готовой крыши 2 из формы 15 по завершении процесса полимеризации на внутренние поверхности крыши 2 могут наносить покрытие, защищающее крышу от абразивного износа. После извлечения крыши 2 из формы 15 по завершении процесса полимеризации могут производить механическую обработку крыши 2 для удаления облоя. Кроме того, после извлечения крыши 2 из формы 15 по завершении процесса полимеризации наносят износостойкое покрытие на поверхность пешеходной зоны 5.
На готовую крышу 2 устанавливают заранее изготовленные откидывающиеся крышки 7 на отверстия 4 загрузочных люков. По внешним краям пешеходных зон 5 прикрепляют заранее изготовленные ограждения 6 пешеходных зон, а на одной из торцевых стенок 3 прикрепляют лестницу 12. На соответствующей торцевой стенке 3 устанавливают заранее изготовленное устройство 11 для выравнивания давления.
При необходимости наносят на наружные поверхности готовой крыши 2 огнестойкое и лакокрасочное покрытия.
Таким образом, предложенная конструкция крыши вагона-хоппера имеет повышенную прочность, являясь в то же время достаточно технологичной в изготовлении. Тем самым обеспечено расширение арсенала технических средств.
Приведенные выше примеры предпочтительных вариантов осуществления крыши вагона-хоппера являются чисто иллюстративными и ни в коем случае не ограничивают объем правовой охраны по настоящей полезной модели, который определяется только приложенной формулой полезной модели с учетом ее эквивалентов.