Усовершенствование боковой стены универсального полувагона

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Железнодорожный транспорт является одной из главных отраслей экономики и деятельность его во многих случаях определяет эффективность функционирования всего народнохозяйственного комплекса. Железные дороги выполняют большую часть грузовых и пассажирских перевозок.

Вагоностроительные производство является составной частью железнодорожного транспорта, а организация и технология изготовления вагонов тесно связаны с эксплуатацией вагонного парка.

Развитие хозяйства в целом обеспечивает непрерывное увеличение масштабов производства промышленной и хозяйственной продукции. Соответственно повышается объем перевозки грузов.

Переход на вагоны нового поколения должен обеспечить улучшение потребительских свойств и технико-экономических параметров грузовых вагонов. Эта работа требует координации научно-технической политики в государствах СНГ, имеющих единую колею 1520 мм, и должна способствовать развитию международных перевозок при использовании колеи 1520 мм и пути 1435 мм.

В период быстрого развития всех видов транспорта является необходимость в достижении конкурентоспособности железной дороги. Основными направлениями совершенствования грузового подвижного состава является усовершенствование конструкции универсальных вагонов с целью уменьшения веса тары и повышение ее прочности, что в свою очередь позволит увеличить грузоподъемность вагонов.

1. Исторический обзор развития конструкций полувагонов

Появление первых полувагонов - открытых вагонов с невысокими стенками кузова и без крыши - относится к 1861 г. Они использовались для перевозки сыпучих грузов (главным образом угля). По сравнению с крытыми вагонами полувагоны были более удобными при погрузке, особенно с эстакад, имели меньшие тару и стоимость изготовления, отличались простотой ремонта. Первые полувагоны строились без верхних обвязочных брусьев боковых стен, двери открывались (откидывались) вниз, что было удобно для загрузки вагона с помощью тачек. Впоследствии полувагоны строились с верхними обвязочными брусьями. Одни из них имели двери, открывавшиеся вверх, другие - двустворчатые двери, открывавшиеся наружу. Длина кузова первых полувагонов была 4000-4600 мм, внутренняя ширина 2100-2230 мм, высота 1000-1100 мм. Объем кузова 8-10 м³. Грузоподъемность вагона составляла 8,5 т, а затем достигла 10 т. Тара равнялась 4,5-5,2 т.

Дальнейшее совершенствование конструкции полувагонов, как и вагонов других типов, было обусловлено ростом перевозок, усилением конструкции пути и искусственных сооружений, появлением паровозов повышенной мощности. Совершенствование конструкции вагонов всех типов в период 1892-1917 гг. шло по пути повышения грузоподъемности двухосных и строительства четырехосных вагонов. Двухосные полувагоны, строившиеся в этот период, имели стальные боковые балки рамы кузова, длина и ширина которого примерно соответствовала размерам крытого вагона (6400 х 2743 мм). Высота стен составляла 700-1200 мм, объем кузова без «шапки» (груза, размещенного выше верха стен) достигал 22 м³. Для предотвращения выдувания «шапки» торцовые стены у некоторых полувагонов делались с козырьками.

Повышение грузоподъемности полувагонов до 16,5 т, а в некоторых конструкциях даже до 18 т осуществлялось без всякой переделки кузова за счет более рационального размещения груза. Тара полувагонов составляла 5,4-6,4 т. Строились также полувагоны с полностью металлическими кузовами.

С начала Первой мировой войны резко возросла потребность в железнодорожных перевозках. Однако вагоностроительная промышленность СССР, занятая военными заказами, не могла их удовлетворить. Министерство путей сообщения вынуждено было заказать в США и Канаде 20000 грузовых вагонов (преимущественно четырехосных). В конце 1915 г. эти вагоны в разобранном виде начали поступать морским путем во Владивосток, где для их сборки были организованы временные мастерские.

Поступивший четырехосный полувагон со стальным каркасом и деревянной обшивкой кузова, как и полувагон с цельнометаллическим кузовом, имел закрываемые крышками люки в полу для выгрузки сыпучих грузов, а также торцовые двери, отводимые внутрь кузова. Грузоподъемность вагонов равнялась 50 т, тара 20,0-21,5 т. Ручные тормоза были выносными, без площадок для кондукторов.

После Первой мировой войны, революции и Гражданской войны развитию железнодорожного транспорта и, в частности, вагонного парка, качественное и количественное состояние которого не отвечало растущим потребностям в перевозках грузов, уделялось большое внимание. Особенно много вагонов требовалось для транспортировки угля, руды и других подобных грузов, которые не требовали защиты от атмосферных осадков.

Необходимо заметить, что в то время более половины всех грузов по условиям их сохранности можно было перевозить в открытых вагонах. Использование полувагонов вместо крытых вагонов обеспечивало меньший коэффициент тары вагона, более низкую его стоимость, позволяло упростить и удешевить средства механизации погрузоразгрузочных работ.

Таким образом, необходимо было резко увеличить в вагонном парке долю полувагонов с учетом и достаточным обоснованием их типа и параметров.

За основу дальнейшего совершенствования конструкции вагонов были взяты следующие положения:

при проектировании учитывать стандарт, технические условия и конструкции новых типов вагонов США, откорректированные на основе опыта эксплуатации в условиях отечественных железных дорог;

вагоны строить четырехосные;

существующие двухосные вагоны усилить с целью увеличения их грузоподъемности и возможности применения автосцепки;

для полувагонов исходной грузоподъемностью считать 60 т с возможным ее повышением в дальнейшем;

при проектировании угольных и рудных полувагонов принять погонную нагрузку равной 6,5 т/м для дорог всей сети, для дорог первостепенного значения - 8,0-8,5 т/м и для дорог специального назначения - 10-12 т/м;

ориентироваться на постепенное вытеснение двухосных и слабых четырехосных вагонов из эксплуатационного парка с переводом их на работу в хозяйственных поездах;

осуществить переход на безбандажные колеса, определить целесообразность уменьшения диаметра колес с учетом перехода вагонов на автосцепку;

форсировать переход на постройку стандартных, унифицированных вагонов с широким применением стального литья и штампованных частей, а также электросварки. Произвести испытания сварных конструкций.

Эти направления в развитии вагонного парка были рассчитаны на длительное время, а некоторые из указанных проблем сохранили свою актуальность и в современных условиях. Так, курс на увеличенные погонные нагрузки вагонов и большие их значения обеспечивал рост провозной способности железных дорог, что и в настоящее время является важнейшей задачей железнодорожного транспорта.

В рассматриваемый период времени (1929-1945) на железных дорогах страны применялись полувагоны двух типов:

- с кузовом, имеющим наклонные торцовые стены и выгрузочные бункеры внизу (вагоны-хопперы);

- с кузовом, имеющим вертикальные стены и горизонтальный пол с расположенными в нем люками для высыпания груза (гондолы).

В годы отечественной войны около 40% вагонного парка было разрушено и повреждено. Нужны были неотложные меры по восстановлению и развитию вагонного хозяйства. Одна из важнейших задач состояла в возобновлении и расширении отечественного вагоностроения, в создании новых, более совершенных вагонов различных типов.

Полувагоны, созданные в период 1929-1945 гг., строили и после войны. При этом в их конструкцию вносили усовершенствования: замену углеродистой стали низколегированной; упразднение дверей в боковых стенах вагонов, выпускаемых Уралвагонзаводом; видоизменение формы и размеров балок рамы, каркаса кузова, крышек люков и других частей и элементов.

Крупным недостатком полувагонов, строившихся в указанный выше период, являлась деревянная обшивка стен. Она часто повреждалась и даже загоралась при погрузке не полностью остывшего кокса. Для устранения этого недостатка Крюковский завод в 1949-1950 гг. выпустил крупную партию цельнометаллических полувагонов с обшивкой стен из стальных листов толщиной 5 мм.

Чтобы обеспечить необходимую жесткость, обшивка боковых стен имела корытообразные выштамповки, а обшивка торцовых стен - гофры. С 1979 г. отечественные полувагоны строятся только с металлической обшивкой кузова.

Повышение эффективности вагонов достигалось увеличением их грузоподъемности и особенно погонной нагрузки. Чтобы при ограниченной допускаемой нагрузке от колесной пары на рельсы повысить грузоподъемность, Крюковский завод в 1954 г. разработал проекты шестиосного и восьмиосного полувагонов грузоподъемностью соответственно 90 и 115-120 т.

С 1969 г. строились четырехосные цельнометаллические полувагоны. Полувагон постройки Крюковского завода имел обшивку с продольно расположенными гофрами, обращенную наружу вагона. Несущие элементы кузова изготовлены из стали 09Г2Д. В полувагонах постройки Уральского вагоностроительного завода обшивка боковых стен имела толщину 5 мм и корытообразную выштампованную конфигурацию. Проводилась унификация этих конструкций полувагонов. С 1979 г. строятся полувагоны только унифицированные. С 1985 г. на Уралвагонзаводе торцовые двери заменили торцовыми стенами, что повысило надежность кузова.

Крюковский завод с 1983 г. строит полувагоны с усиленными концевыми балками рамы кузова, позволяющими устанавливать буфера (для возможности использования таких вагонов в странах, подвижной состав которых не оборудован автосцепкой). С 1987 г. этот завод выпускает четырехосные полувагоны увеличенного габарита (1-ВМ), имеющие расширенные дверные проемы.

Ждановский завод тяжелого машиностроения строил четырехосные полувагоны с глухим кузовом, т.е. без люков в полу и без торцовых дверей. Такая конструкция обладала меньшей тарой и большей прочностью, чем конструкция универсального полувагона, но разгрузка вагона могла производиться только на вагоноопрокидывателе. Важным достоинством полувагонов с глухим кузовом является лучшая сохранность перевозок, поскольку исключаются потери сыпучих грузов через зазоры, имеющиеся в месте прилегания крышек люков к полу вагона. С 1987 г. объем кузова данного вагона увеличился от 73 до 83 м³. Это достигнуто за счет удаления двутаврового элемента хребтовой балки, совершенно не нужного для полувагона с глухим кузовом.

2. Неисправности кузова полувагона и причины их возникновения

Наиболее характерными неисправностями кузова (рисунок 1) являются трещины, пробоины, прогибы, вмятины, коррозионные повреждения металлических деталей. Основными причинами возникновения неисправностей являются нарушение правил погрузки и выгрузки грузов, правил маневровых работ и нарушение тех. процесса ремонта.

Рисунок 1 - Кузов универсального полувагона

Кузов полувагона цельнометаллический, с четырнадцатью разгрузочными люками в полу и двустворчатыми торцевыми дверями. Он состоит из рамы, двух боковых и двух торцевых стен, а также пола, образованного крышками люков. Торцевые створки двери навешиваются тремя петлями на кронштейны угловых стоек боковых стен и при необходимости открываются вовнутрь. Левая створка фиксируется в закрытом положении нижним запором в виде закидки, а правая - верхним клиновым запором. Наружная лестница и поручень установлены для удобства обслуживания вагона в эксплуатации.

Для придания необходимой прочности крепления угловых стоек к концевым балкам рамы и нижним обвязкам стен их соединения усилены накладками. Соединения промежуточных стоек с поперечными балками рамы также усилены накладками. На концевых балках рамы предусмотрены посадочные места для постановки буферных стаканов на случай сцепления с вагонами, оборудованных винтовой стяжкой.

Рисунок 2 - Элементы кузова полувагона

Ремонт элементов кузова полувагона (рисунок 2) сваркой, производится в соответствии с действующей ремонтной документацией на производство сварочных и наплавочных работ при ремонте грузовых вагонов.

Прогибы верхней обвязки без усиления накладками устраняют правкой. Допускается оставлять без ремонта прогиб верхней обвязки не более 10 мм на 1 м длины между стойками.

Трещину или излом верхней обвязки допускается устранять сваркой с последующей постановкой накладки или вставками. После ремонта, при замене частей верхней обвязки, допускается не более одного стыка между смежными стойками, но не более 3-х на одной стене полувагона.

Допускается оставлять без ремонта местные вмятины, не имеющие трещин на стойках кузова омегообразного профиля глубиной не более 30 мм. При глубине, более указанной, разрешается ставить декоративные накладки.

При одновременном вертикальном изгибе верхней и нижней обвязок (стенок) кузова сверх установленных допусков, (более 10 мм на 1 м длины или более 25 мм на всю длину стены) металлическую обшивку по стойкам на высоту прогиба срезают, выправляют обвязки и устанавливают новую вставку металлической обшивки с последующей ее приваркой катетом сварочного шва 5 мм. Допускается полная замена верхней обвязки.

Вмятины на металлической обшивке глубиной более 40 мм выправляют, трещины заваривают с постановкой накладки с внутренней стороны. Листы с коррозией более половины площади листа с глубиной более 0,5 толщины листа заменяют новыми. Нижнюю обвязку полувагона, имеющую коррозионные повреждения более 1/3 толщины элемента на длине 1/3 длины ремонтируют сваркой с последующим усилением поврежденных мест односторонними накладками, перекрывающими поврежденные места не менее 50 мм на сторону. При коррозионных повреждениях более 1/3 толщины на длине более 1/3 длины нижнюю обвязку заменяют.

При ремонте нижней обвязки в месте установки и приварки накладки разрешается вырезать часть нижней кромки металлической обшивки на длину устанавливаемой накладки.

Трещины нижней обвязки заваривают, зачищают до основного металла, устанавливают накладку с последующей обваркой сплошным швом по всему периметру. Допускается перекрывать трещины одной накладкой, если расстояние между ними менее 150 мм. Накладка должна дополнительно крепиться электрозаклепками в количестве не менее двух.

Вырывы на горизонтальной полке допускается ремонтировать вставкой в количестве не более двух штук с установкой накладки и обваркой сплошным швом. Поперечные швы не допускаются.

При наличии на штампованной стойке омегообразного сечения одного из дефектов: излома, трещины, выходящей на вертикальные стенки, коррозии более 1/3 толщины или подреза полок стойки более 20 мм и расположении поврежденного места на расстоянии менее 300 мм от верхней кромки, нижней обвязки кузова, разрешается ремонтировать стойку на месте, путем постановки новой части стойки на высоту не менее 300 мм от верхней кромки нижней обвязки. При этом стойку соединяют с новой частью односторонним сварным швом с приваркой усиливающей накладки толщиной 6 мм, перекрывающий сварной шов не менее 50 мм на сторону с последующей обваркой накладки по всему периметру. Нижнюю часть стойки, приваренную к нижней обвязки дополнительно крепят электрозаклепками диаметром 20±1 мм.

Допускается производить замену стойки. При коррозии менее 1/3 толщины полок их ремонтируют поста­новкой усиливающей накладки. При подрезе полок сваркой до 10 мм разделывают швы с последующей приваркой стоек. При подрезе полок сваркой более 10 мм, но не более 20 мм, сварочные швы разделывают, стойки приваривают с последующей приваркой усиливающих накладок с той и другой стороны стойки.

Накладка должна перекрывать расстояние от краев подреза не менее 30 мм с плавным переходом к краю полке. Ремонтировать таким способом две рядом стоящие стойки на вагоне - запрещается.

Если трещина на стойке гнутого профиля не переходит на вертикальную стенку, трещину разрешается заваривать с последующей постановкой усиливающей накладки. Таким образом, разрешается устранять трещины на обеих горизонтальных полках стойки.

При установке новой стойки кузова, её приваривают односторонним сварным швом к верхней обвязке. При этом усиление верхней обвязки снимают с последующим его восстановлением.

Трещины в металлической обшивке длиной до 100 мм заваривают без постановки усиливающей накладки. Местные прожоги листа металлической обшивки устраняют сваркой. Все трещины длиной более 100 мм заваривают с последующей постановкой усиливающей накладки толщиной 4 мм с внутренней стороны кузова с обваркой ее по периметру. При этом усиливающая накладка должна перекрывать трещину не менее 30 мм с каждой стороны. В одном пролете разрешается заваривать не более двух таких трещин с расстоянием между ними не менее 1000 мм. Таким способом устраняют продольные прожоги, образо­вавшиеся на металлической обшивке при срезке элементов боковой стены.

Допускается использовать для нескольких трещин одну накладку, площадь которой не должна превышать 0,3 м².

При пробоине в металлической обшивке на выправленные кромки устанавливают усиливающую накладку толщиной 4 мм с обваркой с наружной стороны сплошным швом, а с внутренней стороны прерывистым сварным швом.

Лучевые трещины от пробоины не допускается, при ремонте обшивки их следует вырезать и установить накладку с внутренней стороны, перекрывающую дефектное место не менее чем на 30 мм, обваривать по периметру сплошным швом. Коррозионные повреждения металлической обшивки допускается не более 1 мм толщины листа (или профиля). При повреждении более 1 мм толщины металла обшивку ремонтируют постановкой накладок толщиной 4 мм, перекрывающих дефектное место не менее чем на 30 мм на сторону. Накладки должны соответствовать профилю обшивки и привариваться снаружи по всему периметру с катетом шва 4 мм.

Разрешается смена одной части обшивки (по верхнему или нижнему краю) шириной до 400 мм на всю длину между смежными стойками или по ГОСТ 5264-80.

При коррозионном повреждении более 1 мм толщины листа и более 50% площади листа между смежными стойками лист полностью заменяют с приваркой его к верхней и нижней обвязкам и к стойкам.

Допускается:

при наличии двух и более трещин, суммарная длина которых превышает 500 мм, которые нельзя перекрывать одной усиливающей накладкой площадью 0,3 м².

при наличии пробоин, суммарная площадь которых более 0,3 м²;

при необходимости одновременной смены по верхнему и нижнему краям.

На угловых стойках допускается ремонтировать не более одной трещины длиной до 100 мм без установки усиливающих накладок и до 0,5 поперечного сечения стойки с постановкой усиливающей накладки.

Суммарное уширение или сужение боковых стен в средней части полувагона должно быть не более 30 мм от предельных размеров, а одной боковой стены не более 15 мм. Уширение боковых стен в плоскости дверей более 10 мм от предельных размеров не допускается.

3. Общая оценка существующего технологического процесса

Технические и организационные особенности изготовления кузова грузового вагона.

Основные составные части кузова пассажирского и грузового вагонов представляют собой сложные крупногабаритные конструкции, состоящие из элементов, соединенных между собой сваркой.

В состав элементов входят различные виды проката (листовые, профильные или специальные). Прокат перед раскроем с заготовки и после раскроя - правят, что обеспечивает большую точность при разметки и резки. Листовой и профильный прокат, попадающего на ВСЗ, может иметь окалину и ржу или быть покрытой смазкой для консервации. В этом случае производится очистка поверхностей с последовательным пассивированием и грунтовкой.

После подготовки проката выполняют следующие операции:

- Резка металла на заготовки;

- Обработка кромок под сварку;

- Правка;

- Зачистка заусенцев.

Кузов цельнометаллического грузового вагона изготавливается по ГОСТ 3445-96 (ГОСТ 10674-97) раздельным методом. Технологический процесс изготовления кузова грузового вагона состоит из четырех частей:

1) технология изготовления стен;

2) технология изготовления крыши;

3) технология изготовления рамы;

4) технология сборки кузова.

Технология изготовления стен кузова вагона. Общая характерная черта конструкций стен кузовов грузовых вагонов состоит в использовании плоских или гофрированных листовых полотнищ, соединенных сваркой с элементами каркаса. Благодаря этому получается жесткая конструкция стен, способных вместе с другими узлами кузова воспринимать вибрационные и динамические нагрузки.

Технологический процесс изготовления стен кузова грузового вагона состоит из трех позиций:

I позиция - сборка и сварка обшивки стен.

С помощью траверсу листы обшивки раскладываются на стенде по фиксаторам и упорам и закрепляются. Далее листы соединяются встык и прихватываются по стыкам сварочным полуавтоматом. После этого с помощью сборочно-сварочного стенда делают сварку соединений листов с поджатия мест, сваривают. После сварки одной стороны полотнища обшивки его перекантовывают на 180° для сварки стыков с обратной стороны и снова выполняют операцию сварки. Далее проверяется качество сварных швов, устраняются дефекты, зачищаются швы. Полотнище обшивки передается на позицию общего составления или промежуточный склад.

II позиция - сборка и сварка каркаса стены.

С помощью транспортной прижимной кассеты для раскладки элементов каркаса поперечные и продольные элементы каркаса устанавливаются по фиксаторам и упорам кондуктора с подгонкой стыков. Далее эти элементы каркаса закрепляются с поджиманием к опорным поверхностям кондуктора и прихватываются по стыкам с помощью сборочно-сварочного стенда. Проводится сварка стыков элементов каркаса с двух сторон. Далее выполняется зачистка сварных швов с помощью шлифовальной машинки. Затем необходимо проверить геометрические размеры каркаса, исправить неровности. Сваренный каркас стены передается на позицию общего составления или промежуточный склад;

III позиция - общая сборка и сварка стены.

Готовое полотнище обшивка стены укладывается по фиксаторам на стенд общего сборки. Далее готовый каркас стены заключается на полотнище обшивки и регулируется их взаимное положение по фиксаторам и упорам стенда. Каркас поджимается к полотнища прижимами стенда. После этого выполняется прихватки каркаса к обшивке с помощью сварочного полуавтомата. Далее установкой для точечного контактной сварки портального типа (рисунок 3) выполняется сварка обшивки с каркасом. После этого сваренная стена подается на стенд доварки для приварки планок, шин и крепежных элементов. Выполняется контроль готовой стены и зачистки швов. Стена передается на позицию общего сборки кузова или на склад готовых узлов.



Рисунок 3 - Установка портального типа для контактной сварки стен кузова с двусторонним подводом сварочного тока: 1 - сварочный изделие, 2 - ходовой винт, 3 - шкаф электроаппаратов; 4 - механизм поперечного перемещения сварочных головок; 5 - привод перемещения портала, 5 - опорный ролик; 7 - кресло сварщика; 8 - пульт управления; 9 - тележка сварочной головки; 10 - сварочная головка; 11 и 13 - верхние и нижние сварочные агрегаты; 12 - электрод, 14 - каркас портала

4. Формирование вариантов новых технологических решений

железнодорожный полувагон технологический кузов

В условиях жесткого диктата экономических факторов определения срока службы конструктивных элементов подвижного состава, в частности кузова вагона, становится важной проблемой для железнодорожного транспорта. При этом необходимо соблюсти оптимальное соотношение между первичной стоимостью кузова и сроком его работы.

Проанализировав особенности изготовления, были обнаружены два недостатка существующих конструкций. Анализ зарубежных источников позволил выявить два направления решения этих проблем:

4.1 Применение новых материалов для изготовления кузовов вагонов

В железнодорожном транспорте за границу применяется сплав АМг6, Амг3, 1915, 1935 для наружной и внутренней обшивки вагонов пассажирских и грузовых. Замена стальной конструкции железнодорожного вагона конструкцией из алюминиевых сплавов позволяет снизить массу вагона 15%. В связи с этим возрастает скорость движения поезда, нагрузка на ось, снижается расход энергии и топлива на 10%, сокращаются затраты на текущий и капремонт вагонов до 18%.

Физические характеристики сплавов. Сплав Амг3 обладает высокой коррозионной стойкостью, хорошо сваривается точечной, роликовой, газовой сваркой. Сплав хорошо деформируется в холодном и горячем состояниях. Интервал горячей деформации находится в пределах 340-430° C, охлаждение после горячей деформации на воздухе.

Сплав АМг6 имеет высокие пластические характеристики, как при комнатной, так и при повышенных температурах, и обладает высокой коррозионной стойкостью в различных средах. Это, а также хорошая свариваемость сплава предопределяет широкое применение его в вагоностроении. Несмотря на довольно значительное увеличение растворимости магния в алюминии при повышении температуры, упрочнение при закалке сплава АМг6 весьма незначительно, поэтому сплав АМг6 как и другие сплавы группы магния относятся к термически не укрепляемый. Значительное укрепление профилей из сплава АМг6 может быть достигнуто в результате холодной деформации. Так правка растяжением в пределах применяемых на практике степени деформации (2-3%) не оказывая заметного влияния на предел прочности профилей из сплава АМг6, значительно повышает предел их текучести. Относительное удлинение при этом снижается менее интенсивно, чем в других сплавов. Следует отметить, что такой характер изменения механических свойств профилей из сплава АМг6 при правке растяжением наблюдается независимо от условий отжига, предшествовавшего правке.

Сплав 1915 и 1925 - являются среднелегированным термически укрепленным, свариваемым сплавом. При определенных условиях может успешно применяться в конструкциях вместо свариваемого сплава АМг6, который уступает сплаву 1915 по прочностным характеристикам, особенно по пределу текучести. Сплав обладает хорошей стойкостью против коррозии. Сплавы 1915 и 1925 хорошо деформируются в горячем и холодном состояниях. Температурный интервал горячей деформации находится в пределах 350-480°C.

Механизация и автоматизация технических процессов изготовления кузова вагона.

Проанализировав множество различных технологий сварки кузовов из алюминиевых сплавов заводами за границу было решено пойти по пути фирмы Bombardier Transportation в г. Герлиц (Германия). Эта фирма недавно проводила модернизацию производства с целью увеличения качества построенных вагонов и скорости их постройки.

К сотрудничеству были привлечены три передовых фирмы по изготовлению автоматических сварочных устройств. Перед проектировщиками была поставлена задача, провести сварку полых алюминиевых профилей стен собранных и зажатых в приспособлении без предварительной прихватки и обеспечить при этом абсолютную ровную поверхность готового изделия, исключая дорогу дополнительную обработку. В тесном сотрудничестве с предприятием в Герлице в разработке зажимных приспособлений приняли участие фирмы Fooke и SMC.

В целях ограничения удельной энергии на единицу длины шва и минимизации тепловых деформаций было решено использовать процесс MIG - «ТАНДЕМ». После сравнения предложений трех производителей, убеждали, что они обладают такой же технологии, заказчик остановил свой выбор на фирме CLOOS. Свою роль здесь сыграло «ноу-хау», что позволяет интегрировать необходимую лазерную сенсорную технику для слежения за швом. Несмотря на сложные зажимные приспособления, отклонение ширины обработки составляли на практике 0-2 мм. При толщине свариваемых деталей 8 мм объем обработки сильно колебался. Требования же к прочности и внешнего вида изделия могли быть удовлетворены только с условием равномерного заполнения разделки.

Разработанная фирмой CLOOS технология сварки была воплощена в сварочном работе-манипуляторе ROMAT 350 (рисунок 2.1), в котором на подвижном тележке установлены все сварочное и контрольное оборудование с двумя «тандемными» сварочными горелками (рисунок 2.2) на стреле с вылетом 6 метров для одновременной сварки двух параллельных швов. Данная установка обеспечивает минимальное коробление деталей и увеличивает скорость сварки на 50%. Оператора видит результат сварки на цветном мониторе и может при необходимости сразу же вмешаться в процесс, управляемый компьютером. Если будет установлено, что отклонения размеров превышают допустимые для качественной сварки предельные значения, автоматика немедленно отключит установку. Параметры сварочного процесса архивируются в памяти компьютера, а видеоизображение записывается на обычную кассету.

Рисунок 4 - Робот-манипулятор ROMAT 350



Рисунок 5 - Сварочная горелка «тандем»

Необходимая точность скорости подачи сварочной проволоки гарантируется системой двойного привода CLOOS DUO DRIVE со встроенными в «тандемный» сварочную горелку дополнительными компактными подающими механизмами.

При толщине материала от 4 до 5 мм достигается скорость сварки 1,3 м/мин. Стыковые швы деталей толщиной 8 мм свариваются благодаря технике «ТАНДЕМ» за один проход со скоростью в два раза выше по сравнению с обычной технологией.

После выполнения всех швов с одной стороны стена вагона переворачивается для сварки с другой стороны.

5. Анализ результатов последних исследований

В соответствии с Комплексной программы обновления железнодорожного подвижного состава Украины на 2008-2020 годы, которую утверждено распоряжением Кабинета Министров Украины от 14 октября 2008 №1259 одним из приоритетных направлений развития железнодорожной отрасли является обновление грузового вагонного парка УЗ конкурентоспособными моделями вагонов отечественного производства.

Решение вышеуказанной задачи требует усовершенствования базовых конструкций грузовых вагонов отечественного производства за важнейшими техническими, экономическими, интегральными критериями, которые отвечают уровню технико-экономических показателей (ТЭП). Одним из важнейших ТЭП является - материалоемкость (тара) вагонов, снижение которой является одним из приоритетных направлений усовершенствованию их конструкции.

Общеизвестными способами снижения тары вагонов являются: осуществление мероприятий, по обеспечению уменьшения усилий, действующих на вагон и его части; предоставление вагонам и их частям оптимальных конструктивных форм; рациональный выбор материалов; усовершенствование технологии изготовления и ремонта вагонов. При этом на настоящее время одним из перспективных методов снижения материалоемкости конструкций отечественных грузовых вагонов является осуществление мероприятий, направлены на обеспечение рациональных сечений их составляющих.

На сегодняшний день одними из дефицитних грузовых вагонов парка УЗ есть универсальные полувагоны, что необходимостью вывода из эксплуатации большей части их парка по причине достижения назначенного срока службы. Это обуславливает потребность в их пополнении. Государственной программой «Украинский вагон» (утверждена Министерством инфраструктуры структуры Украины 04 февраля 2011 г.) предусмотрено в ближайшие 3 года обновить парк универсальных полувагонов УЗ. В качестве технической базы реализации этой программы предполагается использовать собственные вагоностроительные мощности - ГП «Стрыйский вагоноремонтный завод», ГП «Дарницкий вагоноремонтный завод», ГП «Укрспецвагон». Базовой моделью универсальных полувагонов, которые производят эти предприятия является модель 12-9745. Результаты проведенных научно-исследовательских работ, направленных на улучшение ТЭП полувагонов, свидетельствуют, что одним из перспективных направлений снижения себестоимости изготовления и повышения эксплуатационной надежности этих полувагонов являются модернизация элементов конструкционного модуля стены боковой, а именно обвязки верхнего и стойки вервертикальной.

Решение вышеупомянутой задачи на современном уровне требует проведения оптимизационного проектирования элементов стены боковой по критерию минимальной материалоемкости. Но анализ научно-технической литературы по профилю изучаемого вопроса засвидетельствовал об отсутствии проведения исследований по модернизации указанных элементов.

Были представлены особенности и результаты проведенных работ по научному обоснованию основных параметров профилей, которые предложены для модернизации верхней обвязки и вертикальной стойки стены боковой универсальных полувагонов отечественного производства.

Сечения исследуемых элементов существующей конструкции стены боковой полувагона представлено на рисунке 6. Общая конструкция верхней обвязки (рис. 6 сечение А-А) выполнена из двух углов 100х100х10-В (ГОСТ 2551, сталь 295-09Г2С ГОСТ 29281), которые свариваются между собой в указанных местах. При этом погонная масса такого профиля равна 30 кг на метр, условная общая длина на вагон 26 м, осевой момент сопротивления 115,5 см і. Стойки вертикальные конструкции полувагона изготавливаются в соответствии с ГОСТ 5267.6 из стали марки 295-09Г2 ГОСТ 29281.

Они имеют профиль поперечного пересечения, который показан на рисунке 1 (сечение Б-Б). При этом осевой момент сопротивления такого профиля составляет 116,5 см і. Вагонная масса равна 28,7 кг м.

Длина стойки 2,22 м. Условная общая длина всех стоек вертикальных такого профиля в конструкции полувагона составляет 26,67 м.

Для модернизации исследуемых профилей были проведены поисковые исследования в ходе которых варьировались различные геометрические формы (например: два сваренных швеллера, трубы квадратного сечения, гнутые замкнутые профили и проч.) и конструкционные материалы (различные марки стали, сплавы на основе алюминия и проч.). Было установлено, что для изготовления обвязки верхнего и стойки вертикальной целесообразно использовать гнутый замкнутый профиль из стали марки 09Г2. Изготовление такого профиля из листа соответствующей толщины может осуществляться по технологиям, которые усвоены на производственных базах и оборудовании отечественных вагоностроителей. Это дополнительно обеспечит уменьшение себестоимости изготовления обвязки верхнего, стойки вертикальной и конструкции кузова полувагона в целом. С учетом приведенного было проведено исследование по выбору оптимальных геометрических параметров их сечений.

Вывод

Приведенные в данной работе материалы свидетельствуют о целесообразности внедрения предложенного подхода к оптимизационному проектированию элементов конструкции кузова отечественных полувагонов с целью улучшения их технико-экономических и эксплуатационных показателей. Его практическая реализация обеспечит достижение существенного экономического эффекта при их изготовлении и эксплуатации. Предложенный подход может быть использован и для других элементов конструкций кузовов универсальных и специализированных грузовых вагонов.

Список литературы

1. Герасимов В.С. Технология вагоностроения и ремонта вагонов. - М.: Транспорт, 1988.-295 с.

2. Технология производства и ремонта вагонов: Учебное пособие для вузов ж.-д. трансп. / Под ред. К.В. Мотовилова. - М.: Маршрут, 2003.-382 с.

3. Кулиева, О Планы и перспективы украинских железных дорог / А. Кулиева /Вагонный парк. - 2011 - №1. - С. 8-10.

4. Конструирование и расчет вагонов: учебник для вузов ж.-д. трансп. /В.В. Лукин, Л.А. Шадура, В.Н. Котуранов, А.А. Хохлов, П.С. Анисимов.; Под общ. ред. В.В. Лукина. - М.: УМК МПС России, 2000. 728 с.

5. Совершенствование конструкции полувагонов производства ГП «Укрспецвагон» с целью улучшения их технико-экономических показателей: Отчет о НИР (заключительный)/ УкрГАЖТ. - №ДР 0109U001186. - К., 2008. -72 с. Мороз, В.И.

6. Формализованное описание конструкции железнодорожных грузовых вагонов /В.И. Мороз, О.В. Фомин / / Зб. наук. праць 107. - Харьков: УкрГАЖТ, 2009. - Вып. - С173-179.

7. Мороз, В.И. Оптимизационное проектирование обвязки верхнего стены боковой полувагонов модели 12-9745 с целью снижения материалоемкости / В.И. Мороз, О.В. Фомин, К.В. Сидоренко, В.П. Билаш, В.В Фомин Сб. наук. трудов. - Харьков: УкрГАЖТ, 2010. - Вып. 119. - С. 163-168

8. Мороз, В.И. Модернизация стойки вертикальной стены боковой универсальных полувагонов отечественного производства/ В.И. Мороз, О.В. Фомин, / / Сб. наук. трудов. - М.: УкрГАЖТ, 2011. - Вып. 123.-С. 196-201

Размещено на Allbest.ru