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 (Тт, 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 с“4 | 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⇒