книги из ГПНТБ / Ситковский, И. П. Полимерные материалы на зарубежных железных дорогах

показал, что он не обладает достаточной упругостью, создает меньшие, чем ППУ или пенорезина, удобства, но может быть использован в ди­ ванах с пружинами старой конструкции.

В Англии в Научно-исследовательском отделе по применению пла­ стиков на железнодорожном транспорте (в Дерби) проводились рабо­ ты по созданию для пассажирских вагонов новых кресел и подушек си­ дений взамен пружинных. В результате был предложен мягкий пори­ стый пенополиуретан, который легче пенорезины и обладает понижен­ ной воспламеняемостью. Снижение веса при использовании ППУ вме­ сто пенорезины составило около 100 кг на вагон.

Один из первых вариантов конструкции сидений состоял из трех слоев различного по объемному весу ППУ. Верхний имел толщину 25—38 мм и плотность 0,032 г/см3, за ним следовал слой более высокой плотности —■0,07 г/см3, а снизу приклеивался слой, составленный из полосок небольшой ширины, склеенных между собой. Сиденья такой конструкции обладали хорошей амортизацией,- но быстро изнашива­ лись. Поэтому вместо сидений такого типа была рекомендована кон­ струкция сиденья, состоящая из блока, целиком отформованного в спе­ циальных формах из эластичного ППУ.

В процессе формования для придания материалу огнестойкости в состав пенополиуретана вводились антипирены. После завершения процесса формования блоки обшивали соответствующим материалом и монтировали на опорных каркасах сидений кресел. В процессе серий­ ного изготовления (формования) таких блоков выяснились трудности технологического порядка, заключающиеся в сложности введения огнестойких присадок и регулировки процесса, обеспечивающего ста­ бильность нужной плотности изделия. Это обстоятельство и нерента­ бельность относительно малосерийного производства таких блоков привели к разработке так называемого «холодного» споосба их формо­ вания. Сущность способа состоит в том, что в форму укладывают гото­ вый пенополиуретан, склеенный из частей различной плотности, который затем оформляют со всех сторон впрыскиванием состава ППУ, образующего оболочку и имеющего после полимеризации низкую плотность. Для торцовых частей блоков сидений подбирался пенопо­ лиуретан повышенной плотности. Изделия, полученные таким спосо­ бом, проходят эксплуатационные испытания. Холодный способ полу­ чения блоков сидений удешевляет их стоимость благодаря почти пол­ ному устранению ручного труда [77]. При положительных результа­ тах эксплуатационных испытаний такими сиденьями будут оборудо­ ваны все вагоны, проходящие заводской ремонт.

Для наружной обшивки полумягких диванов, сидений кресел и спальных полок в вагонах пригородных поездов и местных II класса использование кожзаменителей стало общепринятым и обычным в по­ давляющем большинстве стран. Материалы эти имеют самые различ­ ные торговые названия, но все они изготовлены на основе поливи­ нилхлоридной смолы. Следует заметить, что со временем они «ста­ реют», теряют эластичность и требуют окраски.

В последние годы мягкая мебель обшивается синтетическими тка­ нями самых различных наименований, например, долан, орлан, ре-

50

готовляемый из полиакрилнитрила с высотой ворса до 2 мм, а также плюш на основе поликапролактама и другие ткани [8]. В Англии для обивки блоков сидений и спинок кресел и диванов также применяют синтетический плюш, светостойкие и воздухонепроницаемые ткани под названием «вайнер» на основе ПХВ.

9. Резиновые амортизаторы и уплотнители

Резиновые надбуксовые рессоры. На железнодорожном подвиж­ ном составе зарубежных дорог важное место в устройствах амортиза­ торов самых различных типов и назначений в качестве конструкцион­ ного материала занимают различные резины. Резиновые элементы в амортизирующих устройствах являются эффективным средством сни­ жения вибраций как в вертикальной, так и горизонтальной плоскостях и уменьшают затраты по содержанию ходовой части подвижного состава.

Исследования по совершенствованию амортизаторов в устройствах рессорного подвешивания экипажной части подвижного состава путем использования резин проводятся зарубежными железными дорогами в послевоенные годы весьма интенсивно [83, 86]. В эксплуатации про­ веряются свойства амортизаторов разных конструкций и проводится поиск их оптимальной формы, жесткости и т. п. Исследованиями уста­ новлено, что эффективным является размещение резиновых пакетов между буксами колесных пар и рамами в конструкциях многих вагон­ ных и локомотивных тележек (рис. 29, 1).

51

Некоторые предложения по созданию таких надбуксовых рессор с резиновыми или резино-металлическими элементами получили за последние годы довольно широкое практическое применение на по­ движном составе железных дорог Англии, ГДР, Италии, США, Фран­ ции, ФРГ, Японии и других стран. Резиновые или резино-металли­ ческие рессоры по сравнению с металлическими имеют следующие пре­ имущества: резина обладает упругими, виброгасящими и звукопогло­ щающими свойствами (т. е. один элемент осуществляет одновременно несколько функций); создается возможность упругого пространствен­ ного восприятия усилий с передачей их во всех направлениях; создает­ ся возможность исключения трения между взаимодействующими с ре­ зиной металлическими деталями, что снижает износ сопряженных де­ талей или сводит его к минимуму; исключается внезапный аварийный излом деталей; уменьшается вес конструкций; упрощается обслужи­ вание и ремонт.

Однако большим недостатком резиновых амортизаторов является отсутствие данных о предельных параметрах резин, их усталостных ха­ рактеристиках, чувствительности к изменениям температуры, релакса­ ционных явлениях. Поэтому расчеты резиновых рессор сложны и дли­ тельное время выполнялись на основе методов подобия. При этом рас­ чету предшествует экспериментальное определение оптимальной кон­ фигурации амортизаторов, подбор рецептур резин, позволяющих по­ лучать определенные модуль упругости и твердость материала, гисте­ резис и т. п. свойства. Все это сопровождается изготовлением и испы­ танием большого количества опытных образцов элементов с отбором оптимальных. В амортизационных устройствах подвижного состава резина работает под динамической нагрузкой в сложных условиях си­ лового воздействия, изменяющихся температур, влажности, атмосфер­ ных осадков, масел, солнечного света и других факторов.

На зарубежном подвижном составе известно несколько конструк­ ций применяемых в настоящее время буксовых резиновых амортиза-

Рнс. 29. Тележка трамвайного типа, оборудованная рессорами типа «Меги» из резино-металлических пакетов

52

Рис. 30. Схемы наиболее распространенных типов надбуксовых рессор с рези­ новыми элементами:

д — «Меги»; 6 — «Найдхарт»; е — «Крупп»; г — «Клоутс*; д — «Краус-Маффей; е~ « Г л о - кенфедер»

торов для вагонных и локомотивных тележек. Наиболее распростра­ нены типы: «Меги», «Краус-Маффей», «Найдхарт», «Крупп», «Клоутс», «Элиго», «Глокенфедер» и др. (рис. 30).

Большие экспериментальные работы по изучению резиновых упру­ гих элементов рессорного подвешивания проведены на железных доро­ гах Англии, ГДР, ФРГ, Франции, США и других стран. Одним из на­ правлений исследования было создание конструкций, в которых ре­ зиновые элементы устанавливаются в систему буксового подвешива­ ния вместо металлических пружин [85].

В Англии на осевых буксах применяют шевронные резино-метал­ лические рессоры «Металастик». Наклонно нагружаемые резиновые элементы таких рессор работают одновременно на сдвиг и сжатие, что является наиболее благоприятным вариантом. Резиновые амортиза­ торы «Металастик» широко распространены на подвижном составе Английских железных дорог. Широко применяют их и на подвижном составе других стран. Ими же оборудованы, в частности, и вагоны Лон­ донского метрополитена (рис. 31).

Конструкция шевронных рессор «Металастик» идентична конструк­ ции немецких рессор типа «Меги». В Англии в 1965 г. ими было обо­ рудовано около 2000 вагонов пригородных поездов Лондона. Они уста­ новлены также на моторвагонных секциях серии АМ-10, на швейцар­ ских шестиосных электровозах серии Ас 6/6 весом 123 т (на трехосных тележках) и др.

Рессоры типа «Меги» широко применяют на пассажирских, трам­ вайных вагонах и вагонах метрополитена (рис. 31—33). В ГДР, например, еще в 1958 г. ими было оборудовано около 700 трамваев. Рессорами «Меги» оборудованы трамвайные вагоны в Штутгарте, Ман­ гейме, Карлсруэ и др. Они установлены на вагонах метрополитена Берлина, Гамбурга, Мадрида, Осло, Роттердама и других городов.

Резиновыми рессорами типа «Меги» в странах Западной Европы оборудуются также вагоны некоторых серий пассажирских пригород­ ных поездов и локомотивы маневрового типа. В ФРГ с такими рессо­ рами эксплуатируются пассажирские вагоны, имеющие тележки типа

53

Рис. 31. Тележка вагонов Лондонского метрополитена с резннометаллмческпми надбуксовыми рессорами типа «Меги»

Рис. 32. Тележка пассажирского вагона с надбуксовымн резино­ металлическими рессорами типа «Меги»

Рис. 33. Тележка моторного вагона электросекции Финляндских железных дорог с рессорами типа «Меги»

54

«Меги» и типа TR-90. На Итальянских железных дорогах их приме­ няют на автомотрисах постройки фирмы «Фиат», в Финляндии на ва­ гонах электропоездов (рис. 33).

На некоторых пассажирских вагонах железных дорог ФРГ при­ меняются надбуксовые рессоры «Краус-Маффей», рассчитанные на на­ грузку до 22 т на ось (рис. 34), типа «Клоутс» и типа «Батра» (Фран­ ция, Бельгия). В Японии в небольших количествах применяются ци­ линдрические многослойные резино-металлические рессоры типа «Элиго». Конструкция рессор этого типа состоит из комплектов резиновых дисков или шайб с металлической армировкой или без нее. Меняя раз­ меры и количество элементов в комплекте, можно регулировать упру­ гие характеристики рессор и получить нужные, наиболее отвечающие условиям их эксплуатации.

На зарубежном подвижном составе имеется немало конструкций рессорного подвешивания, предусматривающих совместную работу ком­ плекта металлических пружин и резиновых элементов. На рис. 35, а приведена схема надбуксовой рессоры, состоящей из стальной пружи­ ны /, завулканизированной в резиновом элементе 2, на рис. 35,6 — стальной пружины /, работающей совместно с резиновым элементом колокольного типа 2. Подобного рода устройства имеют вагоны элек­ тропоездов серии 5000 Японских железных дорог, серийные вагоны на 80 мест железных дорог Швейцарии, итальянские автомотрисы ти­ пов AZ и 800, западногерманские пассажирские вагоны типа X облег­ ченной конструкции с тележками Минден-Дейц, бельгийские трамвай­ ные вагоны типа РСС и др. Устройства эти применяются в буксовой ступени подвешивания, но в вагонах поездов «Мистраль» (США) они предусмотрены во вторичном подвешивании опор кузова на тележку. У этих вагонов спиральные пружины установлены в резиновые гнезда [35].

Применение в буксовом подвешивании резиновых рессор объясняет­ ся стремлением уменьшить вес неподрессоренных частей с одновремен­ ным получением более стабильных величин жесткости сопряжения шейки оси колесной пары с рамой тележки, что, снижая динамические воздействия, повышает плавность хода, обеспечивая тем самым ком­ форт проезда пассажиров. При этом считается, что наилучшим решени­ ем, вероятно, будет применение резино-металлических рессор призма­ тической формы, составленных из прямоугольных пластин типа «Ме­ ги». Их относительную жесткость в каждом направлении можно сравни­ тельно легче рассчитать, а затем изменять путем изменения углов опорных площадок [83].

Имеются десятки зарубежных патентов, выданных за последние 10—15 лет на конструкции тележек рельсового подвижного состава, в которых предусматривается использование резиновых элементов в рессорном подвешивании.

На зарубежных дорогах применение резиновых рессор типа «Меги» и др. в буксовой ступени подвешивания рассматривается весьма пер­ спективным для вагонов метрополитена, пригородных и других поез­ дов, имеющих сравнительно невысокие скорости (до 100 км/ч) и наи­ большие осевые нагрузки [83].

55

Рис. 34. Схема рессоры типа «Краус-Маффей» тепловоза вспомогательной службы (ФРГ) с нагрузкой на ось 22 т

J W _ _

Щ

1 г

Рис. 35. Схемы надбуксовых рессор.

Рнс. 36. Тележка с боковыми резино-металлическими шевронными рессорами системы «Металастик»

В подвижном составе, предназначенном для скоростного движения, резиновые буксовые амортизаторы рекомендуется использовать сов­ местно с металлическими рессорами в комбинации с резино-пневмати­ ческой системой центрального подвешивания экипажа.

Интересна конструкция вагонной тележки Глоусестер Металастик, созданной в Швеции. Она рассчитана на нагрузку на ось до 25 т. В этой тележке боковины рамы воспринимают усилия от шкворневой балки через четыре шевронно соединенные резиновые пружины (рис. 36). Двухлетний опыт эксплуатации более 300 вагонов на желез­ ных дорогах Западной Африки и Малазии с такими тележками пока­ зал надежность их работы при слабом верхнем строении пути. На базе такой конструкции в США созданы тележки для высокоскоростных грузовых контейнерных платформ, предназначенных для эксплуата­ ции в составах скоростных поездов [83].

Запатентовано также рессорное подвешивание под названием айег Metakone, совмещающее резиновые и пневматические рессоры (рис. 37), предназначенное, главным образом, для вагонов метрополи­ тена и пригородных поездов.

Наилучшей для амортизаторов буксового подвешивания считает­ ся композиция резины на основе хлоропренового каучука с минималь­ ным содержанием сажи. Добавление сажи в различных пропорциях является способом регулирования таких характеристик резин, как

у всех типов резин в некоторой степени меняются показатели характе­

57

величины нагрузки, что важно для пассажирских вагонов, на­ пример, пригородного сообщения, в которых резко меняется число пассажиров.

Такими рессорами благодаря действию высоторегулирующих клапанов, независимо от воспринимаемой экипажем нагрузки обес­ печивается постоянная высота кузова относительно головки рельса. Они улучшают поперечную устойчивость кузова, снижая одновре­ менно величину вибрации и уровень шума. Пневматические рессоры при незначительном весе лучше обеспечивают вписывание экипажей в кривые на больших скоростях движения, при этом пассажиры почти

применение их на зарубежных железных дорогах с каждым годом за­ метно расширяется.

Существует несколько отработанных и проверенных в эксплуата­ ции конструкций таких рессор, получивших широкое внедрение. По масштабам применения этих устройств ведущее место занимают желез­ ные дороги Японии, где они по существу стали стандартными на электроподвижном составе и пассажирских вагонах скоростных поездов государственных и частных железных дорог.

Известно о применении таких рессор, хотя и в меньших масштабах, на вагонах железных дорог Англии, США, ФРГ, Испании, Франции

[91, 92].

Из большого числа конструкций рессор этого типа наиболее отработаны и более широкое распространение получили рессоры диа­ фрагменного типа и торроидальные (баллонные) с пневмобаллонами из резинокордной оболочки (рис. 40, 41).

Оболочки торроидальных рессор выполняются из нескольких сло­ ев прорезиненной кордной ткани, вулканизованной по методу вулка­ низации автомобильных шин. Рессоры улучшенной конструкции,

Рис. 38. Схема положении кузова вагона на пневмоподвешивании:

а — на прямом участке пути; б — при вписывании в правую кривую; в — прп вписывании в левую кривую

59