Сообщение защитные материалы применяемые в железнодорожной отрасли

Обновлено: 30.06.2024

Многие из нас передвигаются по стране в путешествиях, или же в командировке по работе именно на поезде. Но наверное, не все замечали, что многие вещи в поезде состоят и содержат в себе полимерные материалы. Полимерное сырье используется в таких местах вагонов для пассажиров, как изоляционный материал, облицовочные детали, мебель, полки, ограждения, напольное покрытие, двери и дверные проемы и тому подобное. Теплоизоляционный полимер применяется в вагонах для пассажиров и понижает передачу тепла от обшивки из металла во внутрь, что дает возможность сохранить необходимую температуру во всех вагонах состава. В вагонах для пассажиров современных сборок, как теплоизоляционные материалы используются специальные полимерные составляющие, которые содержат себя весьма конкретный состав и упаковываются в пакет из полиэтилена.

Как теплоизоляционное сырье, которое применяется при создании вагонов для пассажиров, используют именно полимеры определенной разновидность. У них существует способность быстрого напыления, то есть нанесения на поверхность и обеспечения изоляционных свойств заливкой между обшивки стенки кузова пассажирского вагона изнутри и снаружи. Процесс создания и использования распыляемых изоляционных частей вагонов проходили в 80 годы прошлого столетия в Твери, на заводе вагоностроения, а также некотором количестве и других компаний и фирм, которые занимаются созданием, либо ремонтом вагонов. На старте 90 года почти все они были закрыты по причине недостатка нужных материалов и технического оснащения. Помимо всего прочего сырья, используемого в создании вагонах, свое место нашел и пенопласт, который создан при помощи одного из полимеров - полистирола, а вернее, пенополистирола и специальные добавки в виде порошка.

Защитными покрытиями называются тонкие слои неметаллических веществ или некоррозируемых металлов, искусственно создаваемые на поверхности металлических и деревянных предметов, предохраняющие их от коррозии и гниения путем изоляции поверхности от окружающей среды. Обычно защитные покрытия выполняют и декоративные функции.

Неметаллические покрытия бывают органическими и неорганическими. К органическим относятся лаки и краски, а также резина и пластические массы.

Неорганические покрытия представляют собой полученные на поверхности металлов неорганические соединения (фосфаты, окислы) или покрытия на основе силикатных эмалей.
Коррозия металлов — это процесс разрушения (разъедания) металла вследствие его химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой. Изношенный металл отдается обработке. К примеру, металлообработка в Ростове выполняется тут.
Химическая коррозия возникает под действием кислорода, хлора, сернистых газов обычно при повышенной температуре (газовая коррозия), а также органических жидкостей, не проводящих электрический ток, таких как нефтяные масла, бензин (жидкостная коррозия).
Электрохимическая коррозия происходит под действием электролитов. Наиболее распространенным ее видом является атмосферная коррозия. Влага, находящаяся в воздухе, всегда присутствует на поверхности изделия и, растворяя в себе сероводород, углекислый газ из воздуха, становится естественным электролитом, который, взаимодействуя с поверхностными слоями металла, вызывает их разрушение. Почвенная коррозия воздействует на предметы, находящиеся во влажной земле. Если эти предметы попадают под действие блуждающих токов, возникает электрическая коррозия. Контактная коррозия появляется в конструкциях из несовместимых металлов, например, при соединении алюминия со сталью или бронзой. Коррозия при трении под напряжением (фреттинг-процесс) возникает в заклепочных соединениях, на деталях роликовых подшипников.
Для борьбы с коррозией используют легирование металлов, устраняют или снижают контактную коррозию за счет применения в конструкциях совместимых металлов и др.
Изделия из дерева подвергаются гниению — разрушению (разложению) спорами разных грибков и насекомыми. Для изделий из древесины применяют консервацию и пропитку антипиренами.

В данной статье описывается опыт применения современных полимерных композиционных материалов в железнодорожной отрасли.

Автор: Наталья Александровна Федорова

ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГЕ

Первые опыты использования полимерных материалов на железнодорожном транспорте относятся к началу ХХ века, когда подвижной состав стали оборудовать тормозами с применением резиновых шлангов и уплотняющих прокладок.

В настоящее время полимерные материалы на железной дороге являются, без преувеличения, главной движущей силой технического и экономического развития отрасли, а также единственным путем, ведущим к повышению реальной конкурентоспособности. Полимерные материалы обладают повышенной прочностью и одновременно малой плотностью, что делает их незаменимым материалом при производстве современных изделий и конструкций. Помимо этого они обладают еще рядом положительных свойств, таких как коррозионная стойкость, долговечность и другие. А высокая технологичность в процессе переработки при относительно низких температурах предоставляет широкие возможности для изготовления изделий практически любой сложности при минимальных издержках производства.

В связи с этим современному специалисту-железнодорожнику необходимо иметь актуальные знания о полимерах и материалах на их основе, применяемых при строительстве подвижного состава, конструкций и сооружений железной дороги.

Цель нашей работы - изучение опыта применения полимерных материалов н а железной дороге .

1) изучить химический состав полимеров, используемых для создания современных материалов, применяемых на железной дороге;

2) изучить области применения полимеров в железнодорожном машиностроении;

3) изучить области применения полимеров при строительстве железных дорог и транспортной инфраструктуры;

4) сделать вывод о преимуществах использования полимерных материалов по сравнению с традиционными материалами, используемыми на железной дороге.

Полимеры – вещества, молекулы которых состоят из множества повторяющихся структурных звеньев, соединенных между собой химическими связями.

Пластмассы – материалы, изготовляемые на основе полимеров, способные приобретать при нагревании заданную форму и сохранять ее после охлаждения.

Пластмасса – это композиция, в которой полимер служит связующим компонентом, соединяющим между собой остальные составные части – наполнители, пластификаторы, красители, противоокислители и др. В качестве наполнителей могут использоваться стеклянные волокна, опилки, асбест, газы и др. Наполненные пластмассы называют полиме рными композиционными материалами (ПКМ).

Применение полимерных материалов при строительстве подвижного железнодорожного состава как пассажирского, так и грузового, обеспечивает его облегчение, удешевление, долговечность и меньшие затраты на эксплуатацию.

К полимерным композиционным материалам, применяемым в транспортном машиностроении, предъявляют ся высокие требования к характеристикам пожаробезопасности , поэтому в качестве связующей основы в них используются по жаростойки е полиэфирные и эпоксидные полимеры . Для изготовления прочных и виб роустойчивых изделий на основе этих полимеров получают полимерные композиционные материалы - стеклопластики (материалы со стеклянным волокном) .

На пассажирском железнодорож ном транспорте из стеклопластиков производятся перегородки и боковые стены, облицовка вагонов, сиденья, столики, полки багажные, санузел, оконные наличники, поручни, короба для электропроводов, кожух контактного рельса, шкафы для аппаратуры.

Для электропоездов высокоскоростного движения определяющим критерием для обеспечения оптимального расположения центра тяжести кузовов вагонов является снижение его массы, что очень важно для наклона кузова при движении в кривых с высокой скоростью. Снизить массу кузова возможно благодаря использованию многослойных конструкций из полимерных композиционных материалов в элементах внутреннего оснащения вагонов. Жесткая панель из ПКМ в два раза легче, чем изготовленная из используемых ранее материалов. Благодаря применению ПКМ общую массу кузова вагона поезда удалось снизить на 8 тонн [2] .

В вагонном хозяйстве широко применяются конструкционные полимерные материалы для изготовления контейнеров и крыш грузовых вагонов (стеклопластики), тормозных колодок (фенопласты с асбестом) и других деталей вагонов.

Неметаллические полимерные материалы применяются также в таких узлах пассажирских вагонов, как облицовка и изоляция.

В последние годы получили распространение облицовочные панели из стеклопластика на основе полиэфирных смол пониженной горючести.

Теплоизоляционные материалы в пассажирских вагонах снижают теплопередачу от металлической обшивки кузова во внутренние его помещения, сохраняют определенный температурный режим в вагоне. К теплоизоляционным материалам, используемым в вагоностроении, относятся пенополиуретаны. Кроме этого, широкое применение в вагоностроении нашли пенопласты, изготовленные на основе пенополистирола с порошкообразными добавками. Они имеют малую удельную массу, высокие тепло- и звукоизоляционные свойства, стойки к химическому и водяному воздействию.

Хорошие характеристики по сжимаемости позволяют ис пользовать материалы на основе пенополиуретана и пенополистирола не только для теплоизоляции, но и в качестве элементов, поглощающих энергию при столкновениях.

Полимерные материалы используют при изготовлении диванов и спальных полок пассажирских вагонов, на каркасы которых укладывают эластичные пенополиуретановые подушки. Для обивки диванов и спальных полок применяется винилискожа пониженной горючести, представляющая собой тонкий рулонный материал на тканевой основе с нанесением на нее поливинилхлоридного покрытия.

Изделия из полимеров используются в верхнем строении железнодорожного пути в качестве амортизаторов. Для снижения динамических нагрузок , возникающих при движении подвижного состава, используются амортизаторы — полимерные прокладки, которыми обкладывают с двух сторон металлическую подкладку между подошвой рельса и шпалой. Полимерные прокладки увеличивают трение между рельсами и металлической подкладкой, обеспечивают равномерную передачу давления от подошвы рельса на всю площадь подкладки и электрическую изоляцию рельсов от полотна. В качестве амортизаторов приме няют резиновые прокладки. Для электрической изоляции закладных болтов от узла рельсового скрепления используют втулки из композиционного материала на основе полиамида.

Рост перевозок грузов и скорости поездов, повышение нагрузки на оси привели к необходимости создания изолирующего рельсового стыка, оборудованного воспринимающими механические нагрузки стальными накладками, изолированными от рельсов профилированными прокладками из полиэтилена низкого давления ПЭНД. Втулки и прокладки из этого же полимера применяют и для изоляции крепежных болтов в конструкции стыка. Такие стыки в 1,5 раза дешевле, чем стыки с накладками из древесно-слоистого пластика (последние сохранились только на метрополитене и на малонагруженных участках наземных дорог). Срок службы новых изолирующих стыков в два раза больше, чем у прежних.

Одним из важнейших строений верхнего строения пути, где необходимо использовать композитные материалы , является шпальное хозяйство . В настоящее время на железных дорогах в России применяются несколько типо в шпал: деревянные ; железобетонные; металлические и полимерные (пластиковые), которые успешно прошли испытания, но пока не нашли шир око применения .

В качестве композиционного полимерного материал а для изготовления пластиковых шпал используют полиэтилен низкого давления (ПЭНД) - до 5 0% с применением стабилизаторов, концентраторов и других присадок . В композитный состав шпал входит также стекловолокно, которое увеличивает прочность и долговечность этих железнодорожных изделий.

Состав ПКМ сохраняет все важнейшие физико-химические свойства ПЭНД : химическую стойкость, морозостойкость, высокие диэлектричес кие и изоляционные свойства, не чувствительность к уда ру , эластичность. Такие шпалы не деформируются и не боятся влаги, химически устойчивы, не ржавеют, не рассыхаются и не изменяют характеристик в диапазоне температур от +60 до -60°C. Материал шпал одновременно является диэлектриком, устойчивым к агрессивным средам и не подверженным электрокоррозии . Железнодорожные шпалы из переработанного пластика имеют срок службы более 50-ти лет и позволяют значительно сократить финансовые и кадровые затраты на их обслуживание [2] .

Н емаловажно и другое свойство ПЭН Д - его экологичность . Он безопасен для организма человека при непосредственном контакте с ним, и легко может быть переработан вторично. Композитные железнодорожные шпалы могут производиться из отходов разных видов переработанного пластика, что позволяет защитить окружающую среду от пластиковых отходов.

Главными причинами того, что традиционные материалы на железной дороге следует активно заменять композиционными, являются: высокая коррозионная стойкость, повышенн ая прочность, малая плотность, отличные изолирующие свойства, хорошее шумопоглощение ПКМ . Кроме того, изделия из композитов более надежны и долговечны при работе, чем их аналоги из различных видов металлов .

Применение полимерных композиционных материалов (ПКМ) на железной дороге дает следующие результаты:

— замену дорогостоящих металлических сплавов в конструкциях, несущих пониженную нагрузку;

—уменьшение массы конструкций подвижного состава, что способствует повышению скорости;

— повышение безопасности перевозок путем применения поглотителей энергии удара при столкновениях;

— понижение уровня пожароопасности на подвижном составе;

— уменьшение трудоемкости при ремонте;

— повышение комфортности и эргономического уровня пассажирских вагонов в сочетании с долговечностью и минимизацией затрат на обслуживание;

— изделия из термопластичных полимеров могут быть переработаны вторично, что позволяет защитить окружающую среду.

1. Артеменко А.И. Удивительный мир органической химии. – М.: Дрофа, 2004 .

2. Богданов А. Пластики на рельс ах // Пластик. 2013. №8 (126). С. 16–22.

4. Зубрев Н.И. Инженерная химия на железнодорожном транспорте. – М.: Желдорпресс , 2000.

Смазочные материалы – это твёрдые, пластичные, жидкие и газообразные вещества, используемые в узлах трения автомобильной техники, электродвигательных устройств для снижения износа вызванного трением. Назначения: 1. Уменьшение трения в движущих механизмах; 2. Уменьшения трения при механической обработке на различных станках. Классификация: 1. По агрегатному состоянию: жидкие, твёрдые, газообразные; 2. По происхождению или исходному сырью: минеральные смазочные материалы, нефтяные смазочные материалы, растительные см. матер, животные см. матер; 3. По назначению: моторные (для двигателей внутреннего сгорания), трансформаторные, индустриальные (для станков), гидравлические, специальные (компрессорные, приборные). 4. По температуре применения: низкотемпературные (до 60 0 ), среднетемпературные (до 150 0 -200 0 ), высокотемпературные (до 300 0 и выше). Основные смазочные материалы, применяемые на ж.д.т. - минеральные масла и смазки, получаемые из нефти; пластичные смазки и смазочно-охлаждающие жидкости. Функции:1. Уменьшение изнашивания трущихся поверхностей деталей; 2. Уменьшение силы трения между сопряжёнными; 3. Препятствование прорыву рабочей смеси и продуктов сгорания в картер двигателя.

32. Опишите жидкие смазочные материалы: назначение, виды, свойства и применение на железнодорожном транспорте. Перечислите и поясните основные способы получения жидких смазочных материалов.

Масла как смазочные материалы делятся на три группы: 1) нелетучие, или жирные; 2) углеводородные, или минеральные; и 3) синтетические масла. Масла первой группы не могут быть перегнаны (при атмосферном давлении) без разложения. Все они животного или растительного происхождения и, как показывает химический анализ, состоят, как правило, только из углерода, водорода и кислорода. Масла второй группы называются минеральными, так как они получаются из нефти, или углеводородными, поскольку состоят только из углерода и водорода. Синтетические масла – это особые химические соединения.Получают путём перегонки нефти. На первых этапах выделяют бензин, керосин, лигроин. На втором этапе – трансформаторное масло, конденсаторное масло, масло для автоматических выключателей, кабельное масло и масло для системы охлаждения. На 3 этапе – смазочные материалы.

Опишите пластичные смазки: назначение, виды, свойства и применение на железнодорожном транспорте. Перечислите и поясните основные способы получения пластичных смазочных материалов.

В состав пластичной смазки входят смазочное масло, присадки и загуститель, которые определяют ее характеристики. Загуститель придает смазке определенные свойства. Комплексные смазки обладают повышенной температурой каплепадения, стойкостью к окислению, к жидкостям и парам. Синтетические загустители являются наиболее устойчивыми к температурным воздействиям. Преимущества пластичной смазки по сравнению со смазочным маслом заключаются в том, что она более длительное время работает в узлах трения и снижает, таким образом, конструкционные расходы. Недостатки пластичной смазки по сравнению со смазочным маслом состоят в отсутствии отвода тепла и частиц изношенного материала из узла трения. Наряду со смазыванием — т.е. защитой от трения и износа — в зависимости от цели применения они должны обладать следующими свойствами: способность к быстрому биологическому распаду, электропроводимость, устойчивость к различным средам, защита от коррозии, нейтральность к материалам, низкий уровень шума, нейтральность к продуктам питания, устойчивость к перепадам температуры, устойчивость к нагрузкам. Применение. Пластичные смазки играют большую роль в машиностроении и используются для: арматуры уплотнителей, пружин, редукторов, резьбовых соединений, подшипников скольжения, цепей, контактов, тросов, переключателей, винтов, подшипников качения. Пластичные смазки получают методом компаундирования, когда к жидким маслам для улучшения их свойств добавляют специальные загустители и присадки различного функционального назначения. По консистенции они занимают промежуточное положение между жидкими маслами и твердыми смазочными материалами и ведут свою историю от смазок для древних колесниц, опор массивных ворот и воротов для подъема воды.

Опишите твердые смазочные материалы: назначение, виды, свойства и применение на железнодорожном транспорте. Перечислите и поясните назначение природных абразивных материалов. Приведите характеристику алмаза: его свойства и применение для изготовления абразивных инструментов.

К твердым смазочным материалам относят порошковые полимеры или металлические материалы, а также минералы, например, политетрафторэтилен, медь, графит или дисульфид молибдена. Они хорошо защищают поверхности, для применения в качестве порошков они подходят плохо. Поэтому их используют в качестве присадок, которые обеспечивают защиту, как от трения, так и от износа. Твердые смазочные материалы применяются, как правило, для сухой смазки. В результате получается граничная смазка, которая при включении жидких или консистентных смазок в материалы для трибосистем может использоваться для парциальной смазки. Твердые смазочные материалы применяются преимущественно в тех случаях, когда из-за функциональных особенностей или загрязнения жидкие или консистентные смазки не являются идеальным решением проблемы, а для ее решения достаточно свойств твердых смазочных материалов. Абразивные материалы — это материалы, обладающие высокой твердостью, и используемые для обработки поверхности различных материалов. Абразивные материалы используются в процессах шлифования, полирования, хонингования, разрезания материалов и широко применяются в заготовительном производстве и окончательной обработке различных металлических и неметаллических материалов. Алмаз — минерал, кубическая аллотропная форма углерода. При нормальных условиях может существовать неограниченно долго. В вакууме или в инертном газе при повышенных температурах постепенно переходит в графит. Главные отличительные черты алмаза — высочайшая среди минералов твёрдость, наиболее высокая теплопроводность среди всех твёрдых тел, большие показатели преломления и дисперсия. Алмаз является диэлектриком. Одним из важных свойств алмазов является люминесценция. Под действием солнечного света и особенно катодных, ультрафиолетовых и рентгеновских лучей алмазы начинают люминесцировать — светиться различными цветами. Исключительная твёрдость алмаза находит своё применение в промышленности: его используют для изготовления ножей, свёрл, резцов и тому подобных изделий. Алмазный порошок используется как абразив для изготовления режущих и точильных дисков, кругов.

Материалы, применяемые в вагоностроении, и допускаемые напряжения
При выборе материалов для постройки вагонов и их деталей учитывают характер их загружения и влияние внешней среды, существенно влияющих на прочность и долговечность вагонов [25].
Коррозия и износ уменьшают размеры поперечных сечений деталей и понижают их прочность. Поэтому материалы, применяемые в вагоностроении, должны быть коррозионно- и износостойкими. Они должны удовлетворять условиям технологичности конструкции вагона при постройке и ремонте его.
При постройке вагонов широко применяются углеродистые и низколегированные стали. Для изготовления основных несущих элементов вагонов (рам тележек, хребтовых и шкворневых балок, каркаса и обшивки кузова) наибольшее применение имеет низколегированная сталь марки 09Г2Д, обладающая повышенной прочностью и коррозионной стойкостью. При постройке новых грузовых вагонов в десятой пятилетке будут использованы и низколегированные стали 10ХНДП и 10Г25Д.
Механические свойства основных марок стали, применяемой в современном вагоностроении, приведены в табл. 12.2.
Все больше будут применяться в вагоностроении алюминиевые сплавы с целью дальнейшего снижения тары, так как плотность этих сплавов в три раза меньше, чем у сталей, а механические характеристики сравнительно высокие и не меняются с понижением температуры. Алюминиевые сплавы, содержащие магний и марганец, обладают хорошей коррозионной стойкостью, технологичны, хорошо штампуются и свариваются. Для сплава АМГ6Т (нагартованного), содержащего до 6% магния, σt = 25O МПа, σΒ = 360 МПа.
Опыт применения алюминиевых сплавов при постройке вагонов показывает возможность существенного (на 30—45%) уменьшения их массы по сравнению со стальными, однако стоимость алюминиевых сплавов пока выше стоимости сталей.
Допускаемые напряжения в мегапаскалях для деталей вагонов, изготовленных из сталей и алюминиевых сплавов, приведены в табл. 12.3.
Дальнейшее снижение тары и улучшение эксплуатационных показателей вагона в будущем может быть достигнуто применением в вагоностроении полимерных материалов и пластмасс. В настоящее время полимеры используются преимущественно для внутреннего оборудования и отделки вагонов.
Хребтовые балки рамы вагона, стержни каркаса кузова и другие гибкие элементы вагона проверяют на прочность и на устойчивость. Наблюдающиеся разрушения некоторых элементов часто имеют вид усталостного разрушения. Поэтому наряду со статическими расчетами производят проверку прочности на усталость.

Читайте также: