ПАНЕЛЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КУЗОВОВ ПАССАЖИРСКИХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ВАГОНОВ

Полезная модель относится к вагоностроительному производству, в частности, к изготовлению пассажирских железнодорожных вагонов.
Известна панель, которая может быть использована в транспортном машиностроении, домостроении и других областях техники, содержащая 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).
Известна также панель, содержащая обшивки из сплошного листового материала, расположенные на расстоянии одна от другой, размещенный между обшивками утеплитель и по меньшей мере один стабилизирующий промежуточный слой, размещенный в пространстве между указанной обшивкой и утеплителем и скрепленный с ними, причем утеплитель и стабилизирующий промежуточный слой выполнены из сплошного материала (плиты), при этом каждый из них с обеих сторон дополнительно снабжен сплошными слоями клеевых соединений для скрепления между собой и обшивками, а лицевая сторона каждой из обшивок снабжена защитно-декоративным слоем, включающим анодное покрытие, полимерное покрытие и влагонепроницаемую пленку (патент РФ №20328).
Кроме того, известна панель, включающая наружную и внутреннюю обшивки и размещенный между ними слой утеплителя, который выполнен из пенопласта, экструдированного пенополистирола, полистирола или из минеральной ваты, при этом наружная и внутренняя обшивки соединены между собой неметаллическими связями проходящими через слой утеплителя (патент РФ №45750).
Известна панель для изготовления рефрижераторного контейнера, состоящая из слоя пенопласта, обшитого фанерой с защитным стеклопластиком (патент РФ №40029).
Указанные выше известные панели имеют недостаточно высокие прочностные показатели, сложны в изготовлении и требуют дополнительной технологической доработки в случае использования их для изготовления кузовов пассажирских железнодорожных вагонов.
Наиболее близкой является панель для изготовления кузовов пассажирских железнодорожных вагонов, выполненная многослойной из полимерного материала, состоящая 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).
Эта панель также недостаточно прочна, сложна в изготовлении и требует дополнительной технологической доработки в случае использования для изготовления кузовов пассажирских железнодорожных вагонов, т.к. изготовлена 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 изделия и простоте его изготовления (практически, в одну стадию).
Указанный технический результат достигается тем, что панель для изготовления кузовов пассажирских железнодорожных вагонов, выполненная многослойной из полимерного материала, представляет собой шестислойную структуру и изготовлена 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 выполнены плоскими, промежуточные 2-й и 5-й слои выполнены гофрированными, между 3-м и 4-м слоями имеются ребра жесткости, при этом на поверхности одного из внешних слоев на требуемых для комплектации высотах выполнен, по меньшей мере, один выступ.
На поверхности одного из внешних слоев 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.
Наличие пустотных слоев (каналов), образованных гофрированными промежуточными слоями, увеличивающих теплоизоляционные свойства, создает возможность использования их и в эксплуатационных целях, например, для размещения вентиляционного оборудования (или используя их в качестве вентиляционного канала), а также питающих электрических кабелей.
Хорошие электроизоляционные свойства смол позволяют делать в панелях каналы для электропроводки без дополнительного использования электроизоляции.
Торцевые стенки панели могут дополнительно содержать элементы крепления для монтажа кузова, например, типа «ласточкин хвост».
Панель, 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, изготовленных из предлагаемых панелей, безопасной при механическом повреждении вагонов.
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 панелей вносит природа связующего, которое обеспечивает пластический характер разрушения изделия.
2
Использование полиуретанового связующего дает стоимость изготовления продукта 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.
Панели 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, панели 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 и долговечность вагонов, изготовленных из заявляемых панелей, и устраняет отрицательное воздействие на самочувствии пассажиров.
Используемый метод формования дает возможность заложить, при желании, в изделие металлические или полимерные сетки для удержания возможных осколков при разрушении изделий, изготовленных из панелей.
На фиг1 изображено поперечное сечение заявляемой панели, где позиции 1 и 6 означают внешние слои панели 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 элементы крепления, предназначенные для сборки панелей в протяженное изделие и выполненные, например, по типу «ласточкин хвост», позиция 9 означает выступ, предназначенный, например, для навешивания спальной полки.
Способ получения предлагаемых панелей 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. Если предполагается снабжать торцевые стенки элементами крепления, например, креплением типа «ласточкин хвост», используются две различные оснастки.
Заявляемый профиль имеет следующие улучшенные физико-механические свойства: 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 панели можно снабдить утеплителем, укрепить черновую панель и затем осуществить чистовую отделку.
Изготавливаемые согласно заявленной полезной модели панели можно красить и ремонтировать
Вагоны, изготавливаемые из предлагаемых панелей, имеют высокую длительность эксплуатации (аналогичные изделия в судостроении эксплуатируются до 28 лет).