Материалы, применяемые в вагоностроении

Стальной прокат В настоящее время для изготовления вагонов в основном применяют углеродистые и низколегированные стали (ГОСТ 380—71, ГОСТ 6713—75, ГОСТ 1050—74,

ГОСТ 19281—73 и ГОСТ 19282—73). Механические свойства применяемых и рекомендуемых для вагоностроения сталей приведены в табл. 12.

В вагоностроении применяют углеродистые стали различной степени раскисления: кипящие, спокойные и полуспокойные. Кипящая сталь более дешевая, но по качеству уступает спокойной. Полуспокойная сталь по степени раскисления и свойствам представляет собой промежуточную. Кипящая сталь имеет более высокий порог хладноломкости и по сравнению со спокойной сталью является менее стойкой к хрупким разрушениям при низких температурах. Поэтому для ответственных несущих элементов конструкций вагонов применяют спокойные стали. Для этих конструкций используют углеродистую сталь (ГОСТ 380—71) группы В и пятой категории качества, предусматривающей нормирование химического состава, пределов прочности и текучести, относительного удлинения, изгиба в холодном состоянии и ударной вязкости при температуре —20° С и после механического старения. Углеродистые стали (ГОСТ 1050—74) применяют второй и третьей категорий; второй категорией предусмотрено нормирование механических свойств на растяжение и ударной вязкости, проверяемых на образцах, изготовленных из нормализованных заготовок размером 25 мм (диаметр или сторона квадрата), а третьей категорией — нормирование механических свойств на растяжение, проверяемых на образцах, изготовленных из нормализованных заготовок размером не более 100 мм.

Для ответственных сварных конструкций вагонов применяют низколегированные стали (ГОСТ 19281—73 и ГОСТ 19282—73) 12-й категории, которой предусмотрено нормирование химического состава, механических свойств при растяжении и изгибе и ударной вязкости при температуре —40° С и после механического старения.

Основные элементы грузовых вагонов изготовляют главным образом из низколегированных сталей с гарантированным содержанием меди (09Г2Д, 09Г2СД, 10Г2С1Д, 10ХСНД, 15ХСНД, ЮХНДП). Сталь 10ХНДП имеет повышенные механические характеристики и коррозионную стойкость в атмосферных условиях, поэтому ее рекомендуют применять в тонкостенных элементах конструкции толщиной до 6—8 мм. Перспективной для изготовления несущих сварных тяжело нагруженных узлов вагона является низколегированная сталь 10Г2БД, обладающая в сравнении со сталью 09Г2Д более высокими прочностными характеристиками, особенно усталостной прочностью сварных соединений.

Сталь

Толщина проката, мм

Механические свойства (не менее)

Предел прочности

°в.

кгс/мм2

предел текучести

°т’

кгс/мм2

Относительное удлинение 6., %

Удаг а„,

20° С

ная вяа ^гм/см2

—20° С

кость

при

—40° С

СтЗкп

До 20

37

24

27

21—40

37

23

26

_

_

—.

41—100

37

22

24

СтЗпс,

До 20

38

25

26

5—11

3—5

СтЗсп

21—40

38

24

25

_

_

41—100

38

23

23

СтЗГ пс

До 20

38

25

26

5—10

3—5

21—40

38

24

25

_

_

41—100

38

23

23

Стбпс,

До 20

50

29

20

Стбсп

21—40

50

28

19

_

41—100

50

27

17

Ст5Г пс

До 20

46

29

20

21—40

46

28

19

-_

41—100

46

27

17

15

80

38

23

27

20

80

42

25

25

-_

__

25

80

46

28

23

9

—.

_

30

80

50

30

21

8

_

35

80

54

32

20

7

_

_

40

80

58

34

19

6

_

45

80

61

36

16

5

_

16Д

До 20

38

24

26

3,5

3,5

09Г2,

До 4

45

31

21

09Г2Д

5-9

45

31

21

3,5

10—20

45

31

21

3

21—32

45

30

21

4

09Г2С,

До 4

50

35

21

09Г2СД

5—9

50

35

21

6,5

4

10—20

48

33

21

6

3,5

21—32

47

31

21

6

3,5

33—60

46

29

21

6

3,5

61—80

45

28

21

6

3,5

Сталь

Толщина проката, мм

Механические свойства (не менее)

Предел прочности

*1,.

кгс/мм2

Предел текучести

т,

кгс/мм2

Относительное удлинение 68, %

Ударная вязкость аи, кгм/см2, при

20° С

—20° С

О

о

о

Т

10Г2С1,

До 4

50

36

21

__

10Г2С1Д

5—9

50

35

21

6,5

4

10—20

49

34

21

6

3

21—32

48

33

21

6

3

33—60

46

33

21

6

3

61—80

44

30

21

6

3

10Г2Б,

До 4

52

38

21

10Г2БД

5—9

52

38

21

4

10

52

38

21

3

10ХСНД

До 4

54

40

19

_

__

5—9

54

40

19

¦-

5

10—15

54

40

19

4

16-32

54

40

19

5

33—40

52

40

19

5

15ХСНД

До 4

50

35

21

_

__

5—9

50

35

21

4

10—20

50

35

21

3

21—32

50

35

21

3

10ХНДП

До 4

48

35

20

5—9

48

35

20

4

Для изготовления котлов железнодорожных цистерн, предназначенных для перевозки некоторых кислот, желтого фосфора, расплавленной серы, различных синтетических смол, ядохимикатов, жидких минеральных удобрений, молока и особо чистых продуктов применяют высоколегироввнные нержавеющие стали, содержащие дефицитные легирующие элементы (никель, молибден, хром и медь). Получили применение двухслойные стали (биметаллы) с плакирующим слоем из высоколегированных сталей. Например, биметалл ВСтЗ + 12Х18Н10Т (ГОСТ 380—71 и ГОСТ 5632—72) успешно применяют для цистерн, предназначенных для перевозки виноматериалов.

Для пассажирских вагонов в настоящее время применяют обычные углеродистые стали, обладающие низкой прочностью и коррозионной стойкостью, что ограничивает возможности снижения массы конструкции и повышения эксплуатационной надежности. Низколегированные стали 10ХНДП, 15ХСНД и др. по сравнению с обычными углеродистыми в 1,5—3 раза более стойки к атмосферной коррозии. Однако в условиях постоянной влажности коррозионная стойкость этих сталей всего на 20—30% превосходит коррозионную стойкость углеродистых сталей. На основании проведенных ЦНИИ МПС, ВНИИВ и ЦНИИ ЧМ исследований для кузовов пассажирских вагонов рекомендовано применение экономно легированной никелем нержавеющей стали 10Х14Г14НЗ (ГОСТ 5632—72). Проводятся исследования возможности применения безникелевой нержавеющей стали.

Прокатные стали применяют в вагоностроении в виде листового материала, полосы, сортового и профильного проката (как горячекатаного, так и холодногнутого). В последнее время расширяется применение холодногнутых профилей. Основные горячекатаные профили, применяемые в вагоностроении, приведены в табл. 13.

Литые стали Для изготовления литых деталей вагонов в основном применяют углеродистые и низколегированные стали (ГОСТ 977—75 и отраслевые технические условия). Механические характеристики некоторых из этих сталей приведены в табл. 14. Литые детали из сталей ЗОГСЛ и 32Х06Л (ГОСТ 977—75) поставляют после закалки и отпуска, а из остальных сталей — после нормализации. Основная масса стального литья идет на детали тележек грузовых вагонов, на боковые рамы и надрессорные балки, а также на детали автосцепки.

В настоящее время рамы, балки и автосцепки в основном отливают из низколегированных сталей 20ГЛ и 20ФЛ, которые по сравнению с углеродистой сталью обеспечивают повышенную на 20—30% прочность деталей. Условия эксплуатации на перспективу требуют дальнейшего повышения прочностных характеристик указанных деталей. В связи с этим в вагоностроении осуществляется переход на использование более прочной стали типа 20Г1ФЛ.

— Применение улучешнных низколегированных сталей позволяет не только повысить механические свойства, но и обеспечить гарантированную ударную вязкость а„ при отрицательной температуре, вплоть до температуры —60° С.

Одним из основных направлений улучшения качества литых деталей является снижение содержания серы и фосфора в результате применения синтетических шлаков, специальных лигатур и др. Уменьшение в стали вредных примесей обеспечивает увеличение ее пластичности и вязкости, улучшение литейных свойств, что, в свою очередь, повышает качество литых деталей (снижает вероятность образования горячих и холодных трещин, газонасы-щенности, пор, раковин и пр.).

Алюминиевые сплавы Алюминий и его сплавы применяют в конструкциях пассажирских и грузовых вагонов. Алюминий и его сплавы применяют для изготовления облегченных кузовов вагонов городского транспорта и скоростных поездов, а также для

Профиль

Параметры

Область Применения

•V с4

ТУ, см3

Р, СМ2

В, кгс/м

Двутавр № 10 (ГОСТ 8239—72)

198

39,7

12,0

9,5

Стойки кузова вагона-хоппера

Двутавр № 19 (ТУ 14-1-326—72)

1 507,5

158,7

27,0

21,2

Элемент хребтовой балки полувагона

Двутавр № 27 (ГОСТ 8239—72)

5 010

371,0

40,2

31,5

Торцовые стойки кузова пассажирского вагона

Двутавр № 45 (ГОСТ 8239-72)

27 696

1231,0

84,7

66,5

Хребтовая балка думпкара

Двутавр № 55 (ГОСТ 8239—72)

55 962

2035,0

118,0

92,6

Боковые и хребтовые балки платформы, хребтовая балка думпкара

Двутавр № 60 (ГОСТ 8239—72)

76 806

2560,0

138,0

108,0

Боковые и хребтовые балки платформы

Швеллер № 8В (ГОСТ 5267-63)

113,9

25,5

12,0

9,4

Триангель тележки грузового вагона

Швеллер № 14 (ГОСТ 8240—72)

491,0

70,2

15,6

12,3

Механизм открывания бортов думпкара,, элементы рамы и кузова вагона

Швеллер № 20 (ГОСТ 8240—72)

1 520,0

152,0

23,4

18,4

Боковые балки рамы крытого в.агона

Швеллер № 20В (ГОСТ 5267—63)

1 780,4

178,0

28,8

22,6

Элемент продольного борта думпкара

Швеллер № 20В-1 (ГОСТ 5267—63)

1 913,7

191,4

32,8

25,8

Продольные балки рамы тележки пассажирского вагона

Швеллер № 22 (ГОСТ 8240—72)

2 110,0

192,0

26,7

21,0

Верхняя обвязка концевых стен пассажирского вагона

Профиль

Параметры

Область применения

¦V см*

«7х, см»

і7, смг

g, кгс/м

Швеллер № 30 (ГОСТ 8240—72)

5 810,0

387,0

40,5

31,8

Элемент хребтовой балки пассажирского вагона

Швеллер № ЗОВ-1 (ГОСТ 5267—63)

6,497,9

433,2

49,9

39,2

Элемент хребтовой балки пассажирского вагона

Швеллер № ЗОВ-2 (ГОСТ 5267—63) Корытообразный профиль 70Х70Х

6 947,9

463,2

55,9

43,8

Хребтовые балки рамы цистерны

X 100X89X13X9 (ТУ 14-1-326—72)

Зетообразный профиль 310Х174Х X 130X16X10,5X9

569

109,6/113,5 *

36,3

28,5

Шкворневые и промежуточные стойки полувагона

(ТУ 14-1-326—72)……..

Зетообразный профиль № 4

10 522

670,0/688,0 *

66,2

52,0

Хребтовые балки полувагона, крытого вагона, вагона-хоппера, рефрижераторного вагона, балки верхней рамы думпкара

(ГОСТ 5267—63)……..

Зетообразный профиль № 8

15,82

7,91

6,6

5,1

Дверной рельс крытого вагона

(ГОСТ 5267—63)……..

Зетообразный профиль № 10

124,08

31,02

12,00

9,42

Раскосы стен крытого вагона

(ГОСТ 5267—63)……..

Спецпрофиль 80X65X80X65X6

251,71

50,34

15,56

12,21

Нижний пояс боковых стен пассажирского магистрального вагона

(ГОСТ 5267—63)……..

267,7

46,91/32,68 *

16,59

12,94

Верхняя обвязка кузова крытого вагона

Параметры в числителе даны для верхних, а в знаменателе для ннжних волокон сечений.

Сталь

Предел текучести <ТТ, кгс/мм2

Механические

Предел прочности <тв» кгс/мм2

свойства (н

Относительное удлинение 68» %

е меиее)

Относи

тельное

сужение

ф, %

Ударная

вязкость

°Н’

кгс-м/см8

15Л……..

20

40

24

35

5

20Л……..

22

42

22

35

5

25Л……..

24

45

19

30

4

20ГЛ…….

30

55

18

25

5

20ФЛ…….

30

55

18

35

5

ЗОГСЛ…….

35

60

14

25

3

20Г1ФЛ……

¦ 35

55

17

25

5

32X06Л……

Углеродистая

45

65

10

20

5

(ТУ 3-779—73)

25

42

20

5

деталей и узлов внутреннего оборудования вагонов. Эти материалы применяют также при изготовлении котлов цистерн для транспортирования концентрированной азотной кислоты и других агрессивных грузов, перевозки пищевых продуктов (в частности, молока), а также при изготовлении изотермических вагонов для внутренней обшивки кузовов вагонов.

Механические свойства используемых в вагоностроении алюминиевых деформируемых сплавов приведены в табл. 15. Из литейных алюминиевых сплавов в вагоностроении наибольшее применение нашли алюминий-кремниевые сплавы Ал9 и АлЗ (ГОСТ 2685—75), обладающие высокими литейными свойствами и коррозионной стойкостью.

Алюминиевые сплавы по сравнению с углеродистыми и низколегированными сталями обладают многими преимуществами, наиболее важными из которых для вагоностроения являются малая масса (почти в 3 раза меньшая, чем для стали), достаточно высокие механические свойства и коррозионная стойкость. Возможность изготовления из алюминиевых сплавов профилей практически любой конфигурации позволяет создавать легкие и надежные конструкции вагонов, значительно снизить их массу тары и увеличить грузоподъемность. Определенным недостатком алюминиевых сплавов, препятствующим широкому внедрению в вагоностроение, является их относительно высокая стоимость. В перспективе расширение применения алюминия и его сплавов для вагоностроения несомненно.

Окраска вагонов Антикоррозионная защита металлоконструкций вагонов имеет важное значение в связи с особенностями условий их эксплуатации (использование вагонов в различных климатических зонах с большими перепадами температур и влажности, воздействие атмосферы индустриальных районов и пр.).

Сплав (ГОСТ

Шифр

состояния

Механические свойства (не менее)

4784—65, ГОСТ 8617—75 и ГОСТ

Предел проч-

Предел теку-

Относительное

12592—67)

поставки *

чести ат,

удлинение

кгс/мм2

кгс/мм2

б6, %

АД

м

6

20

АМц

п

15

5

АМц

м

9

18

АМг2

м

17

16

АМгЗ

м

19

8

15

АМг5

м

28

13

15

АМгб

м

32

16

15

АМгб

н

38

28

6

АВ

т

18

_

14

АВ

Т1

30

23

8

АДЗЗ

Т1

25

21

6

1915

м

28

18

12

1915

т

35

22

10

1915

Т1

38

25

8

* П — полунагартованное состояние; Н — иагартованное состояние; М — отожженное состояние; Т — закалка и естественное старение; Т1 — закалка и искусственное -старение (ГОСТ 12592 — 67).

Надежность антикоррозионной защиты во многом зависит от качества и номенклатуры лакокрасочных материалов. Большое внимание в вагоностроении уделяется также внедрению прогрессивной техники окраски, обеспечивающей экономию лакокрасочных материалов, а также повышающей качество окраски и производительность труда.

Пассажирские и грузовые магистральные вагоны окрашивают в соответствии с ГОСТ 12549—67 и ГОСТ 7409—73. ГОСТ 12549—67 распространяется на окраску строящихся и подвергающихся заводскому ремонту цельнометаллических пассажирских, почтовых, багажных вагонов, вагонов-ресторанов, вагонов-электростанций и вагонов электропоездов. ГОСТ 7409—73 распространяется на строящиеся и подвергаемые заводскому ремонту универсальные грузовые вагоны, крытые, полувагоны и платформы. Наружную поверхность вагонов-цистерн окрашивают химически стойкой эмалью ХВ-785 (ГОСТ 7313—75) по предварительно загрунтованной поверхности.

Неметаллические материалы Для отделки внутренних помещений пассажирских вагонов, вагонов электропоездов и дизельпоездов, вагонов метро и др. применяют самые разнообразные материалы, которые можно разделить на отделочные, тепло- и звукоизоляционные, конструкционные и пр. Для облицовки стен, перегородок, потолков рекомендован трудновоспламеняемый бумажнослоистый пластик, для покрытия полов — поливинилхлоридный линолеум, для внутренней обшивки стен и облицовки потолков — трудновоспламеняемые или огнестойкие древесно-волокнистые плиты и т. д. В качестве теплоизоляционного материала наибольший интерес для вагоностроения представляют пенополиуретаны, так как они позволяют осуществлять теплоизоляцию кузова вагона наиболее прогрессивными способами — напылением или заливкой.

Для теплоизоляции крыши, а также труб отопления, проходящих за потолочной обшивкой, рекомендовано негорючее супертонкое базальтовое волокно, выпускаемое в виде матов, обладающих высокой термоьиброустойчивостыо и низкой гигроскопичностью. В качестве гидроизоляции кузова и гидрозащиты теплоизоляционных материалов рекомендован полимерный пленочный материал.

Широкое распространение в вагоностроении получил пенополистирол, применяемый для производства пенопласта. Пенопласты на основе полистирола с порообразующими компонентами обладают небольшой плотностью, высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами, химической стойкостью и водостойкостью, а при внесении специальных добавок — пониженной горючестью. Наиболее распространенными являются пенополистиролы ПСБ и ПСБ-С.

Применение в вагоностроении деталей из древесины хвойных и лиственных пород и древесных материалов обусловлено ГОСТ 3191—75. Детали, по условиям эксплуатации которых требуется предохранение их от гниения и возгорания, подвергают глубокой пропитке или покрытию антисептиками и антипиренами. В зависимости от назначения и конструктивных особенностей узлов и деталей вагонов влажность древесины должна составлять 15—25%. Для изготовления вагонов применяют дуб, ясень, лиственницу, бук, березу, сосну, ель, ольху, пихту, а также фанеру ФСФ (ГОСТ 3916—69), плиты столярные (ГОСТ 13715—68), плиты древесно-стружечные (ГОСТ 10632—70), плиты фанерные (ГОСТ 8673—68), пластики древесные слоистые (ГОСТ 13913—68), плиты древесно-волокнистые (ГОСТ 8904—66 и ГОСТ 4598—74) и фанеру декоративную (ГОСТ 14614—69).

Также широко в вагоностроении применяют резину. Способность к высокоэластичной деформации и высокая усталостная прочность резины сочетаются с другими ценными техническими свойствами: износостойкостью, прочностью на разрыв и удар, газо-, воздухо-, водонепроницаемостью, маслостойкостью и др., а также высокой способностью к поглощению энергии. Благодаря указанным свойствам резину применяют в основном в качестве

Наименование

Рабочая среда

Резина

(ТУ 38.005.204—71)

Уплотнения неподвижных соединений

Воздух, вода

7-1847

13305

7-6721

7-2959

Уплотнения дверей, окон и люков

Воздух, вода, слабые растворы кислот и щелочей

7-2462

7-6721

6190

Уплотнения подвижных соединений

Воздух, смазка, горячая вода

7-3508

7-Н-26-16

7-В-14

Амортизаторы и силовые детали, работающие под нагрузкой

Воздух, вода, капельки масла и топлива

7-1847

7-3681

7-6721

7-2959

7-2462

7-4985

7-3826

7-8470

Защитные детали, чехлы, кожухи

Воздух, вода

7-6721

7-2959

7-3687

6190

амортизирующих устройств в элементах рессорного подвешивания и поглощающих аппаратов автосцепок, для упругой связи элементов тележек, в качестве уплотнителей, манжет, прокладок в тормозной системе, роликовых буксах, оконных дверных проемах, подрезиненных колесах вагонов метро и трамваев и др. Марки резины, применяемой для деталей и узлов вагонов некоторых типов, приведены в табл. 16.

Теплотехнические и санитарно-гигиенические требования | Вагоны | Дополнительные требования, предъявляемые при проектировании вагонов

Добавить комментарий