Стали для ремонта вагона

Материалы применяемые для изготовления кузовов — Выбор материала

Выбор материала для различных элементов кузова вагона зависит от режима, условий их работы и требований по обеспечению надежности, экономичности конструкции и технологичности изготовления и ремонта.

С точки зрения режимов работы все несущие элементы делятся на три группы.

К I группе относятся несущие толстостенные элементы, такие как балки рамы и детали каркаса стен, предельное состояние которых оценивается прочностью.

Поэтому металл для них должен обладать повышенными механическими характеристиками.

Вместе с тем в связи с толстостенностью этих элементов предъявляются менее жесткие требования по коррозионной стойкости металла.

Ко II группе относятся тонкостенные элементы — дуги крыши, некоторые стойки, поперечные балки и другие несущие тонкостенные элементы кузова, предельным состоянием которых также является прочность. К металлу этих элементов предъявляются повышенные прочностные и антикоррозионные требования.

К III группе относятся тонкостенные элементы включая обшивку кузова и некоторые подкрепляющие и другие части, предельное состояние которых — потеря устойчивости.

В связи с малой толщиной этих элементов на их несущую способность существенное влияние оказывают коррозионные повреждения.

Поэтому к металлу III группы предъявляются повышенные требования по антикоррозионным свойствам и менее жесткие по прочностным.

Для кузовов грузовых вагонов в основном применяются низколегированные стали марок 09Г2Д, 09Г2СД и 10ХНДП вместо ранее применявшейся углеродистой стали СтЗ.

Стали 09Г2Д и 09Г2СД используются для изготовления рам и подкрепляющих элементов стен и крыши, а сталь 10ХНДП — для обшивки кузова.

Объясняется это тем, что стали 09Г2Д и 09Г2СД значительно дешевле стали 10ХНДП, поэтому они используются в более матери-алоемких элементах кузова.

Для отделки грузовых вагонов можно купить профнастил в ижевске. Качественный и недорогой материал.

Источник

Вагоны промышленного железнодорожного транспорта — Материалы, применяемые в вагоностроении

Содержание материала

Материалы, применяемые в вагоностроении, и допускаемые напряжения
При выборе материалов для постройки вагонов и их деталей учитывают характер их загружения и влияние внешней среды, существенно влияющих на прочность и долговечность вагонов [25].
Коррозия и износ уменьшают размеры поперечных сечений деталей и понижают их прочность. Поэтому материалы, применяемые в вагоностроении, должны быть коррозионно- и износостойкими. Они должны удовлетворять условиям технологичности конструкции вагона при постройке и ремонте его.
При постройке вагонов широко применяются углеродистые и низколегированные стали. Для изготовления основных несущих элементов вагонов (рам тележек, хребтовых и шкворневых балок, каркаса и обшивки кузова) наибольшее применение имеет низколегированная сталь марки 09Г2Д, обладающая повышенной прочностью и коррозионной стойкостью. При постройке новых грузовых вагонов в десятой пятилетке будут использованы и низколегированные стали 10ХНДП и 10Г25Д.
Механические свойства основных марок стали, применяемой в современном вагоностроении, приведены в табл. 12.2.
Все больше будут применяться в вагоностроении алюминиевые сплавы с целью дальнейшего снижения тары, так как плотность этих сплавов в три раза меньше, чем у сталей, а механические характеристики сравнительно высокие и не меняются с понижением температуры. Алюминиевые сплавы, содержащие магний и марганец, обладают хорошей коррозионной стойкостью, технологичны, хорошо штампуются и свариваются. Для сплава АМГ6Т (нагартованного), содержащего до 6% магния, σt = 25O МПа, σΒ = 360 МПа.
Опыт применения алюминиевых сплавов при постройке вагонов показывает возможность существенного (на 30—45%) уменьшения их массы по сравнению со стальными, однако стоимость алюминиевых сплавов пока выше стоимости сталей.
Допускаемые напряжения в мегапаскалях для деталей вагонов, изготовленных из сталей и алюминиевых сплавов, приведены в табл. 12.3.
Дальнейшее снижение тары и улучшение эксплуатационных показателей вагона в будущем может быть достигнуто применением в вагоностроении полимерных материалов и пластмасс. В настоящее время полимеры используются преимущественно для внутреннего оборудования и отделки вагонов.
Хребтовые балки рамы вагона, стержни каркаса кузова и другие гибкие элементы вагона проверяют на прочность и на устойчивость. Наблюдающиеся разрушения некоторых элементов часто имеют вид усталостного разрушения. Поэтому наряду со статическими расчетами производят проверку прочности на усталость.

Таблица 12.2. Механические свойства стали, применяемой в вагоностроении

Предел текучести при растяжении, МПа

Предел прочности при растяжении, МПа

Предел выносливости гладкого образца при изгибе, МПа

Ударная вязкость, МДж/м2

Таблица 12.3. Допускаемые напряжения для деталей вагонов

Сталь по ГОСТ 380—71, 1050—74, 6713-75

Сталь марки 09Г2Д и прочнее

Стальные отливки по ГОСТ 977—75

Хребтовая и шкворневая балки кузова и рамы

Растяжение, сжатие и изгиб

Остальные
элементы
кузова

Растяжение, сжатие, изгиб

Детали тележки, за исключением колесных пар

Растяжение, сжатие, изгиб

Растяжение, сжатие, изгиб

Условия прочности элементов выражаются зависимостью
(12.27)
где σэ — эквивалентные напряжения; [σ] — допускаемые напряжения при растяжении и сжатии.
Для пластических материалов эквивалентные напряжения определяют по формулам энергетической теории прочности:
(12.28)
где σх и хх — нормальные и касательные напряжения при одноосном растяжении или сжатии.

1. Мокршитский Е. И. История вагонною парка железных дорог СССР.—М.: Трансжелдориздат, 1949.
2. Калмыков В. Г., Кузнецов А. Г. Вагоны промышленного транспорта. — М.: Транспорт, 1978.
3. Логинов А. И., Ржавинский Б. А. Новые вагоны промышленного транспорта в СССР и за рубежом. — М.: Транспортное машиностроение, 1965.
4. Вагоны/Под ред. Л. А. Шадура. — М.: Транспорт, 1973.
5. Амелина А. А. Устройство и ремонт вагонных букс с роликовыми подшипниками. — М.: Транспорт, 1965.
6. Грачева Л. О., Анисимов П. С. Конструктивные особенности и динамические качества тележки УВЗ-9м.—М.: Транспорт, 1966.
7. Пути повышения эксплуатационной надежности деталей автосцепного устройства. — Труды ЦНИИ МПС.—М.: Транспорт, 1973, вып. 480.
8. Бесценный В. И. Тенденция развития парка грузовых вагонов ЦНИИТЭИ МПС.— Вагоны и вагонное хозяйство, 1965, № 13.
9. Т р у б а ч е в Ю. А., Дяченко Н. С., Стеринзат Я. М. Применение алюминиевых сплавов в вагоностроении. — М.: Транспортное машиностроение, 1976.
10. Логинов А. И., Афанаскин Η. Е. Вагоны-самосвалы. — М.: Машиностроение, 1975.
11. Большегрузные восьмиосные вагоны/Под ред. Л. А. Шадура. — М.: Транспорт, 1968.
12. Иванов Н. И., Сергеев А. Н., Писанов Ю. В. Нефтебензиновая цистерна с увеличенным объемом котла. — Труды РИИЖТ. — М.: Транспорт, 1967, вып. 64.
13. Нормы для расчетов на прочность и проектирование механической части новых и модернизированных вагонов железных дорог МПС колеи 1520 мм.— М.: Транспорт, 11971.
14. Шевченко П. В. Расчет элементов колесных пар на прочность.—Труды ХИИТ.— М.: Транспорт, 1968, вып. 100.
15. Грейф В. Н. Расчеты деталей машин на долговечность. — М.: Машгиз, 1956.
16. Скиба И. Ф. Вагоны. — М.: Транспорт, 1979.
17. Вагоны/Под ред. Л. А. Шадура и И. И. Челнокова.— М.: Транспорт, 1965.
18. Челноков И. И., Гарбузов В. М., Кошелев В. А. и др. Анализ и классификация рессорного подвешивания тележек пассажирских вагонов.—Труды ЛИИЖТ.— Л.: 1965, вып. 237.
19. Феодосьев В. И. Сопротивление материалов.— М.: Наука, 1967.
20. Беляев Η. М. Сопротивление материалов.— М.: Госиздат, 1953.
21. Рабинович И. М. Основы строительной механики стержневых систем. — М.: Госстройиздат, 1960.
22. Расчет вагонов на прочность/Под ред. А. А. Попова. — М.: Трансжелдориздат, 1960.
23. Д а р к о в А. В., Клейн Г. К·, Кузнецов В. И. и д р. Строительная механика.— М.: Высшая школа, 1976.
24. Вагоны/Под ред. Л. Д. Кузьмича. — М.: Машиностроение, 1978.
25. Ш е в ч е н к о П. В. Изгиб тонкостенных стержней замкнутого профиля вагонных конструкций (методические указания).— Харьков, изд. ХИИТ, 1976.
26. Ш е в ч е н к о П. В. Свободное и стесненное кручение тонкостенных стержней замкнутого профиля вагонных конструкций. — Харьков, изд. ХИИТ, 1976.
27. Ч и р к и н В. В. Совершенствование параметров грузовых вагонов США и Канады и структуры их парков. — В кн.: Железнодорожный транспорт за рубежом. ЦНИИТЭИ МПС. — М.: 1977, вып. 6.

Источник

§ 8. 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 содер­ жанием меди (09Г2Д, 09Г2СД, 10Г2С1Д, 10ХСНД, 15ХСНД, ЮХНДП). Сталь 10ХНДП имеет повышенные механические ха­ рактеристики и коррозионную стойкость в атмосферных условиях, поэтому ее рекомендуют применять в тонкостенных элементах конструкции толщиной до 6—8 мм. Перспективной для изготовле­ ния 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. _

Толщина проката, мм

Механические свойства (ие менее)

Относи­тельное удлинени б_6> %

До 20 21—40 41 — 100

До 20 21—40 41 — 100

До 20 21—40 41—100

До 20 21—40 41—100

До 20 21—40 41—100

38 42 46 50 54 58 61 38

23 25 28 30 32 34 36 24

27 25 23 21 20 19 16 26

5—9 10—20 21—32 33—60 61—80

50 50 48 47 46 45

35 35 33 31 29 28

21 21 21 21 21 21

Продолжение табл. 12

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

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 сравне-

нию 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 н 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, газонасы­щенности, 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

71

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.).

Механические свойства (не менее)

Предел проч­ности а_в, кгс/мм 2

Предел теку­чести а , кгс/мм 2

* П — полунагартованное состояние; Н — иагартованное состояние; М — ото­жженное состояние; Т — закалка и естественное старение; TI — закалка и искусствеииое -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 окргску 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 дизель-

поездов, 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 бумажно-слоистый 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 термовиброустойчивостью и низкой гигроскопич­ностью. В качестве гидроизоляции кузова и гидрозащиты тепло­изоляционных материалов рекомендован полимерный пленочный материал.

Широкое распространение в вагоностроении получил пенопо-листирол, применяемый для производства пенопласта. Пенопласта 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

Источник