СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРЫШИ ВАГОНА-ХОППЕРА

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к способу изготовления крыши вагона-хоппера.

Уровень техники

Конструкция вагона-хоппера, предназначенного для перевозки по железной дороге сыпучих грузов (песка, щебня и т.п.), достаточно традиционна. Обычно корпус такого вагона-хоппера накрывается крышей в виде выпуклого вверх желоба, изготовленного из отдельных стальных листов (см., к примеру, патент США №4377058, опубл. 22.05.1983). При этом возникают проблемы стыковки таких отдельных листов, а также предохранения стали от ржавчины, которая может возникать вследствие атмосферной влажности.

В патенте США №6367391 (опубл. 09.04.2002) раскрыта крыша вагона-хоппера, сделанная из двух слоев усиленного пластика с пенным наполнителем между ними. В этой крыше не предусмотрены загрузочные отверстия, а выполнение всей желобообразной крыши из двух слоев усиленного пластика с пенным наполнителем между ними удорожает изготовление такой крыши и утяжеляет ее.

Наиболее близким аналогом к настоящему изобретению можно считать патент США №5988074 (опубл. 23.11.1999), где описана композитная крыша для железнодорожного вагона, которая выполнена практически плоской из слоев усиленного волокнами пластика и имеет прямоугольные отверстия. Такая конструкция достаточно технологична, однако имеет невысокую прочность.

Раскрытие изобретения

Таким образом, цель настоящего изобретения состоит в расширении арсенала технических средств и повышении прочности конструкции.

Для достижения этого технического результата в настоящем изобретении предложен способ изготовления крыши вагона-хоппера, выполненной как самонесущая оболочка в виде выпуклого вверх желоба с торцевыми стенками, по нижнему краю периметра желоба выполнен нижний силовой обвязывающий пояс трапецевидного поперечного сечения; каждая из торцевых стенок снабжена по меньшей мере двумя торцевыми ребрами, замкнутыми в нижней части желоба на нижний силовой обвязывающий пояс, с внутренней стороны желоба на заранее заданных расстояниях один от другого и от торцевых стенок установлены поперечные силовые шпангоуты, замкнутые в нижней части желоба на нижний силовой обвязывающий пояс, в верхней части желоба выполнено заранее заданное число отверстий загрузочных люков, расположенных между поперечными силовыми шпангоутами, при этом способ содержит этапы, на которых: изготавливают формообразующие элементы поперечных силовых шпангоутов, торцевых ребер и нижнего силового обвязывающего пояса так, что каждый из формообразующих элементов имеет толщину, составляющую заранее заданную часть от толщины изготавливаемой детали; изготавливают форму для последующего изготовления крыши методом инфузии, причем предусматривают в этой форме выступы для создания отверстий загрузочных люков и направляющие для установки формообразующих элементов шпангоутов и торцевых ребер; укладывают в форму по меньшей мере один слой по меньшей мере одного наполнителя для формирования обшивки крыши; устанавливают по направляющим изготовленные формообразующие элементы поперечных силовых шпангоутов и торцевых ребер; устанавливают формообразующий элемент нижнего силового обвязывающего пояса в зазор, предусмотренный между формообразующими элементами поперечных силовых шпангоутов и обшивкой; выкладывают на формообразующий элемент нижнего силового обвязывающего пояса слои наполнителя разной ориентации, которые формируют элементы нижнего силового обвязывающего пояса; устанавливают по периметру формы прижим, формирующий ту часть обшивки крыши, которая предназначена для вхождения в вагон-хоппер в процессе его изготовления; выкладывают на соответствующие места слои, которые формируют обшивку шпангоутов; и осуществляют инфузию стеклопластика в форму с последующей полимеризацией стеклопластика.

Особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что на этапе изготовления формообразующих элементов торцевых ребер: придают формообразующим элементам торцевых ребер в поперечном сечении П-образную форму для образования внутренней полости; и заполняют внутреннюю полость заливочным пенополиуретаном.

Еще одна особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что на этапе установки формообразующих элементов поперечных силовых шпангоутов устанавливают в полость между парой формообразующих элементов каждого из поперечных силовых шпангоутов вакуумный мешок.

Еще одна особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что на этапе укладки наполнителей для формирования обшивки крыши выкладывают сотовый заполнитель рядом с выступами для создания отверстий загрузочных люков.

Еще одна особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что после выкладывания слоев, формирующих элементы нижнего силового обвязывающего пояса, устанавливают на эти слои профилированный силиконовый вкладыш U-образного поперечного сечения для получения стыковочной зоны крыши с вагоном-хоппером.

Еще одна особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что перед извлечением крыши из формы по завершении полимеризации наносят на внутренние поверхности крыши покрытие, защищающее от абразивного износа.

Еще одна особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что производят механическую обработку крыши после извлечения ее из формы по завершении полимеризации.

Наконец, еще одна особенность способа по настоящему изобретению состоит в том, что после извлечения крыши из формы по завершении полимеризации: наносят износостойкое покрытие на поверхность пешеходной зоны; устанавливают заранее изготовленные откидывающиеся крышки на отверстия загрузочных люков; устанавливают по меньшей мере одно заранее изготовленное устройство для выравнивания давления на соответствующей торцевой стенке; прикрепляют заранее изготовленные ограждения пешеходных зон и лестницу; наносят на наружные поверхности крыши огнестойкое и лакокрасочное покрытия.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение иллюстрируется далее со ссылками на приложенные чертежи, на которых одинаковым элементам присвоены одинаковые ссылочные позиции.

Фиг. 1 показывает общий вид вагона хоппера с крышей.

Фиг.2 изображает крышу вагона-хоппера по настоящему изобретению в разобранном виде с частичным вырезом.

Фиг.3-5 показывают последовательные этапы изготовления крыши по настоящему изобретению.

Фиг.6 поясняет выполнение торцевой части крыши по настоящему изобретению.

Фиг.7 показывает стыковку угла крыши по настоящему изобретению с вагоном-хоппером.

Фиг.8 поясняет крепление шпангоута крыши по настоящему изобретению к стенке вагона-хоппера.

Подробное описание изобретения

Как очевидно из названия настоящего изобретения, предлагаемая крыша предназначена для установки на железнодорожный вагон-хоппер, т.е. вагон, предназначенный для перевозки сыпучих грузов, засыпаемых в этот вагон сверху и выгружаемых из него путем откидывания дна вагона. Общий вид такого вагона-хоппера приведен на Фиг.1, где ссылочной позицией 1 обозначен кузов вагона-хоппера, а ссылочной позицией 2 обозначена крыша этого вагона-хоппера. Как видно из Фиг.1, крыша 2 выполнена в виде выпуклого вверх желоба с торцевыми стенками 3. В верхней части желоба (крыши 2) выполнено заранее заданное число отверстий 4 для загрузочных люков. Кроме того, верхняя часть желоба (крыши 2) предпочтительно (но не обязательно) выполнена плоской, а с обеих сторон от отверстий 4 загрузочных люков на плоской верхней части предусмотрены пешеходные зоны 5, каждая из которых предпочтительно выполнена с противоскользящим износостойким покрытием. С внешней стороны (т.е. со стороны, противоположной отверстиям 4) каждая пешеходная зона 5 предпочтительно снабжена ограждением 6.

Как показано на Фиг.2, отверстия 4 загрузочных люков предпочтительно имеют в целом прямоугольную форму, хотя могут иметь скругления в углах (см. поз.4 на Фиг.3), и расположены вдоль середины плоской верхней части. Каждый загрузочный люк закрывается соответствующей крышкой 7, которая может откидываться в сторону одной из пешеходных зон 5.

На Фиг.2 показаны поперечные силовые шпангоуты 8, установленные с внутренней стороны желоба (крыши 2) на заранее заданных расстояниях один от другого и от торцевых стенок 3. Все эти поперечные силовые шпангоуты 8 замкнуты в нижней части желоба на нижний силовой обвязывающий пояс 9, выполненный по нижнему краю периметра желоба и частично видный на Фиг.2 в разрезе на нижнем крае желоба. Упомянутые выше отверстия 4 для загрузочных люков размещены каждый между соседними поперечными силовыми шпангоутами 8.

Помимо этого, каждая из торцевых стенок 3 может быть снабжена двумя (или более) торцевыми ребрами 10 (Фиг.3), замкнутыми в нижней части желоба на нижний силовой обвязывающий пояс 9. Хотя бы одна из торцевых стенок 3 предпочтительно снабжена декомпрессионным устройством 11 для выравнивания давления внутри вагона-хоппера при закрытых крышках 7 во время выгрузки. Это декомпрессионное устройство 11 в простейшем случае представляет собой отверстие в торцевой стенке 3, прикрытое сверху загнутой вниз пластиной (см. Фиг.3). На одной или на обеих торцевых стенках 3 может быть смонтирована лестница 12 (см. Фиг.2).

Нижняя поверхность по всему периметру нижнего силового обвязывающего пояса 9 предпочтительно имеет перевернутую U-образную форму для исключения попадания дождевых осадков и снега внутрь вагона. На Фиг.4 проиллюстрировано размещение крыши 2 на кузове 1 вагона. При установке крыши 2 на кузов 1 перевернутая U-образная форма нижней поверхности нижнего силового обвязывающего пояса 9 плотно садится на обвязку кузова 1 (изображенную на Фиг.4 в виде трубы прямоугольного сечения).

Предпочтительное крепление крыши 2 к кузову 1 проиллюстрировано на Фиг.5. Каждый из поперечных силовых шпангоутов 8 имеют на конце удлинение, которое при установке крыши 2 на кузов 1 вагона-хоппера входит в соответствующие кронштейны 13 и фиксируется шплинтом 14 или болтом с гайкой. Кронштейны 13 для фиксации крыши 2 устанавливаются на внутренней стороне боковых стенок кузова 1 по месту (при установке крыши 2) и крепятся любыми подходящими креплениями (сваркой, болтами и т.п.).

Важным признаком крыши по настоящему изобретению является ее материал, в качестве которого используется один или несколько композиционных материалов. При этом предпочтительно в качестве композиционного материала может быть применен стеклопластик с армирующим наполнителем, а крыша 2 изготовлена методом инфузии. Стеклопластик в данном случае - это стеклопластик марки «АпАТэК-СТИНК» (ТУ2296-006-9366864-2008, см. certif.org/docs/reestr_tc.xls) с объемным содержанием армирующего наполнителя 50-55%. Армирование может быть реализовано подбором соответствующих наполнителей из продуктовой линейки стеклотканей, серийно выпускаемых компанией «Selcom S.r.l.», или других изготовителей. В качестве связующего можно использовать полиэфирную смолу Aropol S604 INF-90 (150) или аналогичную по характеристикам.

Применение данных материалов для изготовления стеклопластика методом инфузии обеспечивает стеклопластику высокие прочностные характеристики, уровень которых не зависит существенно от режима термообработки и практически не снижается после термо-влажностного старения. При этом при изготовлении крыши 2 может быть использован вспомогательный заполнитель в виде полиэфирного нетканого материала, например, Lantor Soric® - полиэфирный нетканый материал, устойчивый к сжатию и совместимый со всеми стандартными типами смол (включая полиэфирную, винилэфирную, фенолоальдегидную и эпоксидную). Этот материал обладает высокой плоскостной и сквозной проницаемостью, что обеспечивает качественную пропитку силовых слоев. Использование данного материала позволяет значительно сократить количество используемого проводящего слоя. Материал Lantor Soric® подходит для всех процессов закрытого формования, включая инфузию и пултрузию. Применение данного материала в качестве вспомогательного заполнителя придает обшивке необходимую жесткость без существенного ее утяжеления.

При изготовлении пешеходных зон 5 можно в качестве заполнителя использовать полипропиленовый сотовый материал, к примеру, полипропиленовые соты Nidaplast® 8Ri, которые пригодны в процессах закрытого формования, таких как инфузия.

В качестве предпочтительной технологии изготовления крыши 2 из композиционных материалов выбрана технология вакуумной инфузии. Для минимизации болтовых, клеевых и клееболтовых зон соединений формовка оболочки с силовым каркасом (т.е. с поперечными силовыми шпангоутами 8, торцевыми ребрами 10 и нижним силовым обвязывающим поясом 9) производится за единый технологический цикл. Изготовление самонесущей оболочки крыши 2 производится следующим образом.

Сначала изготавливают формообразующие элементы для поперечных силовых шпангоутов 8, торцевых ребер 10 и нижнего силового обвязывающего пояса 9.

Формообразующие элементы поперечных силовых шпангоутов 8 и торцевых ребер 10 представляют собой тонкостенные элементы, заранее изготовленные методом вакуумной инфузии и имеющие толщину примерно 15-20% конструкционной толщины поперечного силового шпангоута и 8-10% толщины торцевого ребра. Т.е. каждый из указанных формообразующих элементов имеет толщину, составляющую заранее заданную часть от толщины изготавливаемой детали.

Одновременно с изготовлением перечисленных формообразующих элементов либо независимо от их изготовления (к примеру, до или после их изготовления) изготавливают форму для последующего изготовления крыши 2 методом инфузии, причем предусматривают в этой форме выступы для создания отверстий 4 загрузочных люков и направляющие для установки вышеуказанных формообразующих элементов поперечных силовых шпангоутов 8 и торцевых ребер 10.

В готовую форму укладывают один или несколько слоев одного или нескольких наполнителей для формирования обшивки крыши 2. На Фиг.6 показаны матрица (форма) 15, в которую уложены слои 16 внешней обшивки и заполнитель 17, которые затем закрываются слоями 18 внутренней обшивки, показанными на Фиг.7. Кроме того, по направляющим формы 15 устанавливают изготовленные формообразующие элементы 19 поперечных силовых шпангоутов и - на торцевых стенках 3 - формообразующие элементы торцевых ребер (не показано на Фиг.7). В пешеходных зонах могут выкладывать сотовый заполнитель рядом с выступами, служащими для создания отверстий 4 загрузочных люков.

В зазор, предусмотренный между слоями 16 и 18 (между обшивкой и формообразующими элементами 19 поперечных силовых шпангоутов), устанавливают формообразующий элемент 20 нижнего силового обвязывающего пояса, на который далее выкладывают слои наполнителя 21 разной ориентации (из уже упоминавшегося материала Lantor Soric®), которые формируют элементы нижнего силового обвязывающего пояса 9.

Для придания жесткости формообразующим элементам торцевых ребер 10 придают в поперечном сечении П-образную форму для образования внутренней полости, которая на момент вакуумирования может быть заполнена заливочным пенополиуретаном плотностью около 35 кг/м³.

Для поперечных силовых шпангоутов 8 может быть реализована схема формовки с внутренним вакуумным мешком, что позволяет отказаться от использования пенопласта в качестве заполнителя внутренней полости и снизить общий вес конструкции.

На элементах нижнего силового обвязывающего пояса 9 может размещаться профилированный силиконовый вкладыш 22 U-образного поперечного сечения (см. Фиг.8) для оформления геометрии посадочного места нижнего силового обвязывающего пояса 9. Этот вкладыш заранее изготавливают фрезерованием из блочного пенопласта плотностью 40…50 кг/м³ или методом заливки компонентов в соответствующую форму. Затем устанавливают по периметру формы 15 прижим 23, формирующий ту часть обшивки крыши 2, которая предназначена для вхождения в кузов 1 вагона-хоппера в процессе изготовления этого вагона. На соответствующие места выкладывают слои 24, которые формируют обшивку поперечных силовых шпангоутов 8 и торцевых ребер 10.

После этих операций в форму 15 осуществляют инфузию стеклопластика с последующей его полимеризацией.

Перед извлечением готовой крыши 2 из формы 15 по завершении процесса полимеризации на внутренние поверхности крыши 2 могут наносить покрытие, защищающее крышу от абразивного износа. После извлечения крыши 2 из формы 15 по завершении процесса полимеризации могут производить механическую обработку крыши 2 для удаления облоя. Кроме того, после извлечения крыши 2 из формы 15 по завершении процесса полимеризации наносят износостойкое покрытие на поверхность пешеходной зоны 5.

На готовую крышу 2 устанавливают заранее изготовленные откидывающиеся крышки 7 на отверстия 4 загрузочных люков. По внешним краям пешеходных зон 5 прикрепляют заранее изготовленные ограждения 6 пешеходных зон, а на одной из торцевых стенок 3 прикрепляют лестницу 12. На соответствующей торцевой стенке 3 устанавливают заранее изготовленное устройство 11 для выравнивания давления.

При необходимости наносят на наружные поверхности готовой крыши 2 огнестойкое и лакокрасочное покрытия.

Таким образом, предложенная конструкция крыши вагона-хоппера имеет повышенную прочность, являясь в то же время достаточно технологичной в изготовлении. Тем самым обеспечено расширение арсенала технических средств.

Приведенные выше примеры предпочтительных вариантов осуществления крыши вагона-хоппера и способа ее изготовления являются чисто иллюстративными и ни в коем случае не ограничивают объем правовой охраны по настоящему изобретению, который определяется только приложенной формулой изобретения с учетом ее эквивалентов.