Одним из направлений развития вагоностроения является применение композиционных материалов. По данным заместителя директора по вагонному хозяйству Проектно-конструкторско-технологического бюро (ПКТБ) ОАО «РЖД» Андрея Сычева, их использование ведёт к снижению массы, повышению коррозийной стойкости, долговечности вагона, улучшению акустических и теплоизоляционных свойств, снижению затрат на обслуживание.
Отечественные предприятия предлагают целый спектр продукции и разработок, улучшению технических характеристик которых способствует применение композитов.
Так, Уралвагонзавод (УВЗ) реализовал проект по изготовлению вагонов-хопперов (предназначенных для перевозки минеральных удобрений и других неопасных сыпучих грузов) со съёмными стеклопластиковыми крышами. Там же готов к началу производства вагон-хоппер, у которого композитным является весь кузов. Его объём – 125 куб. м, что на 39 куб. м больше аналогичного металлического подвижного состава, грузоподъёмность составляет 74 тонны против 71 тонны обычного хоппера. Разработанная УВЗ композитная цистерна для перевозки опасных грузов (соляной кислоты, натра едкого технического) в пять раз легче традиционной металлической.
Одним из ключевых элементов вагонов с нагрузкой 25 тонн на ось является двухосная тележка 18-194-1, серийно выпускаемая с 2007 года. Её технические возможности, включая конструкционную скорость до 120 км/ч, не в последнюю очередь обеспечены деталями из композитов. Накладка износостойкая на фрикционный клин, скользун постоянного контакта, вставка адаптера, втулки кронштейнов боковой рамы и направленного отвода, втулка подвески триангеля, упругий элемент триангеля выполнены из полимеров.
Композиты применяются и другими производителями. В частности, вагоны-цистерны «РМ Рейл» моделей 15-1232-05, 15-1232-06, предназначенные для перевозки концентрированной азотной кислоты, имеют несущие элементы котла (корпус, лапы, обечайка люка) из плит алюминиевого сплава, полиэтиленовые вставки опор котла. Алюминиевый сплав применяется в рефрижераторных автономных вагонах модели 16-1247, вагонах-термосах моделей 16-1239, 16-6799. Здесь из композитных материалов сделаны напольные решётки, теплоизоляция, гидроизоляция настила пола, окантовка прислонно-сдвижной двери. При изготовлении кузовов вагонов-хопперов для перевозки минеральных удобрений моделей 19-1299 и 19-1244 также используются алюминиевые сплавы.
Тихвинский вагоностроительный завод устанавливает для собственных цистерн подкладные листы опор из высокомолекулярного полиэтилена.
В ПКТБ создана конструкторская документация для выпуска усовершенствованных композитных средств измерения и допускового контроля. «Вес сумки осмотрщика вагонов со средствами измерения из угленаполненного полиамида составит около 2,5 кг, что в разы меньше нынешних 8 кг», – говорит Андрей Сычев, отмечая важность заботы о сотрудниках.
Так, металлический шаблон абсолютный вагонный весит 500 г, а композитный – 260 г. Толщиномер цельнокатаных колёс в металле – 370 г, в композите – 150 г. Шаблон для определения вертикального подреза гребня колеса, применяемый сегодня, – 200 г, полимерный – 90 г. Кроме лёгкости инновационные средства измерения обладают ещё целым рядом преимуществ, среди которых высокая прочность, стойкость к краткосрочному нагреву, химическая стойкость, диапазон рабочих температур от минус 60 до плюс 50 градусов Цельсия.
«К сожалению, несмотря на преимущества, есть определённые барьеры. Композит на сегодняшний день обходится дороже металлических изделий», – отмечает Андрей Сычев.
РАНО СПИСЫВАТЬ
Впрочем, на Координационном совете в качестве инновационных были представлены не только композиционные материалы.
«Необязательно применять композиты для того, чтобы снизить массу тары вагона. Можно рассматривать отечественные разработки инновационных сталей», – рассказала генеральный директор Всесоюзного научно-исследовательского центра транспортных технологий (ВНИЦТТ) Анна Орлова.
В разработанном ВНИЦТТ и выпускаемом серийно с февраля Объединённой вагоностроительной компанией полувагоне модели 12-6744 для обшивки стен используется листовой прокат марки Powerform 420 (продукция «Северстали») толщиной 3 мм. Минимальная толщина листов из традиционно используемых в полувагонах сталей – 4 мм. Уникальные характеристики нового продукта отечественных металлургов позволили снизить толщину листа, вес вагона, не потеряв в прочности и износоустойчивости. При этом имеющий нагрузку 25 тонн на ось 12-6744 смог вместить на 2 тонны груза больше, чем его предшественник – модель 12-9853 с аналогичной нагрузкой, чьи борта выполнены из привычного стального проката. Состав из 71 условного вагона 12-6744 перевозит на 140 тонн угля больше, чем такой же из 12-9853. К концу сентября изготовлено более 3 тыс. полувагонов новой модели. С апреля по август ими перевезено 500 тыс. тонн угля из Кузбасса в дальневосточные порты страны. При этом использовано более чем на 170 вагонов меньше, в сравнении с перевозками обычным подвижным составом с такой же нагрузкой на ось. «Применение этих вагонов экономит в месяц примерно один грузовой поезд. Или наоборот: в месяц из Кузбасса можно вывезти на один грузовой поезд больше», – заявляет Анна Орлова.
Развивая успех, ВНИЦТТ создал из стали Powerform 420 две новые модели хопперов – зерновоз и минераловоз. Их проектная грузоподъёмность – 76 тонн, что на 2 тонны больше, чем у хопперов с композитным кузовом.
«РЖД поддерживают развитие инноваций и заинтересованы в том, чтобы на сеть в большем количестве поступали вагоны с повышенной надёжностью и грузоподъёмностью, со сниженной массой тары. Нам также важна унификация определённых узлов в продукции разных производителей. Она обязательно должна быть, чтобы не получилось, что для вагона, отцепленного на станции Уссурийск, необходимо привезти запчасть из Брянска, к примеру», – сказал начальник Управления вагонного хозяйства ЦДИ Андрей Рогозин.
МИРОВОЙ ОПЫТ
На планете растёт использование композитных материалов в производстве железнодорожного подвижного состава.
КИТАЙ
Здесь построен первый в мире полностью композитный поезд метро. Из углепластика CFRP сделали раму тележки, кузов, переднюю кабину и нижнюю облицовку. Доля CFRP в кузове достигла 70%. В результате масса конструкции стала на 30% меньше по сравнению с алюминиевым кузовом. При этом на раму тележки из углепластика выдали 30-летнюю гарантию от усталостных разрушений и коррозии.
Разработаны грузовые вагоны, в которых углепластик используется в основных несущих конструкциях кузова. Масса кузова при этом снизилась более чем на 20% по сравнению даже с алюминиевыми аналогами. Удельная прочность нового материала в три – пять раз выше привычных конструкций, жёсткость – от 1,5 до 1,8 раза.
ИТАЛИЯ
Здесь композитные материалы используются при строительстве высокоскоростных поездов.
США
Применение в кузовах грузовых вагонов стеклопластиковых (стеклополиэфирных) композитов помогло решить проблему коррозии и снизить массу вагона примерно на 10%, что в итоге позволило уменьшить расход топлива.
Александр Зубов
Читать следующий материал