В последнее десятилетие расширилась область применения алюминиевых сплавов в железнодорожном транспорте. В связи с все более возрастающими требованиями к эксплуатации подвижного состава — повышением скорости движения поездов и нагрузкой на ось, созданием большегрузных составов, увеличением объема перевозок сыпучих и агрессивных минеральных удобрений — применение алюминиевых сплавов в качестве основного конструкционного материала для несущих конструкций вагонов становится все более актуальным.
Замена стальной конструкции железнодорожного вагона конструкцией из алюминиевых сплавов позволяет снизить массу тары вагона (до 15 %), повысить грузоподъемность и скорость движения, снизить износ рельсов и расход электроэнергии или топлива на тягу поездов (в среднем на 10 %), сократить затраты на текущий и капитальный ремонт вагонов (до 18 %).
За рубежом накоплен довольно широкий опыт строительства и эксплуатации подвижного состава из алюминиевых сплавов.
Современный вагон должен быть оснащен новыми техническими средствами, обеспечивающими безопасность движения и высокий уровень комфорта для пассажиров, что увеличивает его общую массу. Применение легких сплавов в пассажирском вагоностроении позволяет решить проблему осевых нагрузок. Особенно выгодно применение алюминиевого подвижного состава на железных дорогах, проходящих по пересеченной местности, что позволяет снизить расход энергии или топлива. Снижение массы вагона позволяет получить более высокие характеристики ускорения и замедления.
Наиболее широкое применение алюминиевые сплавы получили при строительстве новых пассажирских вагонов в ФРГ, Швейцарии, Японии, Англии, Франции. Фирмой «MesserschmidtBolkowBlow» (ФРГ) спроектировано и изготовлено 11 прототипов новых пассажирских вагонов «Bwnrzb 731» с алюминиевыми кузовами. Масса вагонов этого типа 29,63 т, т. е. на 3,72 т меньше массы вагона типа «Bwnrzb 726» с кузовом облегченной конструкции (из нержавеющей стали). Для несущих элементов конструкции применен высокопрочный сплав марки А1—Zn—Mg36, для наружной обшивки торцовых стенок и крыши — сплав А1—Mg—Мп26, а для несущих элементов каркаса—марки А1—Mg—Si0,5. Кузов вагона собирается из прессованных профилей и имеет замкнутую несущую сварную конструкцию.
Для железных дорог ФРГ построен высокоскоростной моторвагонный электропоезд серии ЕТ 403 с максимальной скоростью движения 200 км/ч. Каркас его выполнен из высококачественных алюминиевых сплавов. Состав эксплуатируется на линии Бремен— Ганновер—Вюнцбург—Мюнхен. При проектировании и изготовлении новых вагонов электропоездов в ФРГ особое внимание уделялось применению сварных конструкций и широкому использованию в качестве несущих и отделочных элементов профилей из алюминиевых сплавов А1—Zn—MgF36 и А1—Mg—Мп—F26. Масса кузова головного вагона 6,27 т, а прицепного 4,65 т.
На железных дорогах Швейцарии широко используются новые четырехосные пассажирские вагоны типа Bt-4, кузова которых выполнены из алюминиевых сплавов методом сварки. Наиболее нагруженные узлы и детали кузова выполнены из сплава А1—Mg—Si41. Для настила пола использован гофрированный лист из сплава А1— Мп толщиной 1,2 мм. Обшивка боковых стенок выполнена из листов сплаваА1—Mg3—18толщиной 2 мм, а обшивка торцевых стенок — из листов сплава А1—Mg—Si61 толщиной 3 мм. Конструкция крыши состоит из дуг замкнутого сечения, обшитых гофрированными листами толщиной 1,5 мм из сплава А1—Mg3—18.
В Японии из-за сравнительно большой стоимости алюминиевых сплавов вагоны из них применяют лишь тогда, когда уменьшение массы имеет очень важное значение: для высокоскоростного подвижного состава (со скоростью движения 260 км/ч); при необходимости уменьшения поперечных сил, воздействующих на путь с большим радиусом кривизны при движении с высокой скоростью, и для вагонов междугородных электропоездов, когда необходимы частые остановки и разгоны с высоким ускорением.
Во Франции применяют четырехвагонные секции типа MS79 с кузовами из алюминиевых прессованных панелей для электропоездов со скоростью 140 км/ч.
В Англии эксплуатируются моторвагонные высокоскоростные электропоезда серии APT—Р из алюминиевых сплавов. Применение этих сплавов позволяет снизить массу вагонов на 40 % по сравнению со стальными. Масса кузова промежуточного прицепного вагона без оборудования составляет 4,7 т. Скорости движения таких поездов должны достигать 300 км/ч, а пассажирские скоростные поезда серии APT—Е рассчитаны на максимальную скорость 250 км/ч.
Применение алюминиевых сплавов в грузовом вагоностроении определяется возможностью снижения массы, повышения грузоподъемности и резкого увеличения коррозионной стойкости вагонов.
Большой опыт по изготовлению и эксплуатации алюминиевых вагонов имеет Швейцария. Более 3000 грузовых вагонов с раздвижными боковыми стенками и алюминиевыми кузовами эксплуатируются на дорогах страны. Обшивка их выполнена из гофрированных листов. Из сплавов алюминия изготавливают управляемые вручную откидные, поворотные и раздвижные элементы конструкций вагона.
В Швейцарии изготавливают вагоны для железных дорог Марокко для перевозки фосфатов. В этих вагонах алюминиевые сплавы используют во всех конструктивных элементах, за исключением рам
тележек и колесных пар. Тара вагона 14,5 т. Для перевозки 3930 т фосфатов требуется 60 алюминиевых вагонов, а стальных 66.
На железных дорогах США, Канады, Австралии алюминиевые вагоны широко применяют для перевозки сыпучих грузов (уголь, сера, поташ, соль, кварц, песок, железная руда, цемент, зерно и пр.). Полезный объем вагона более 100 м3, грузоподъемность 100—200 т, уменьшение собственной массы вследствие применения алюминиевых сплавов составляет 5—10 т.
В Канаде используют специализированные вагоны для перевозки зерна из сплавов 5083 (А1—Mg—4,5 Мп) и 7004 (А1—Zn—Mg). Толщина листового металла в зоне буферных брусьев 12,7 мм, в остальных местах 6,3 мм. Грузоподъемность вагона 80 т, собственная масса 20 т.
В связи с развитием контейнерных перевозок на железных дорогах Японии эксплуатируется более 18000 двухосных крытых вагонов модели «Вашу — 80 000», изготовленных из алюминиевых сплавов, предназначенных для транспортировки грузов на поддонах. Для транспортировки агрессивных жидких грузов, таких, как концентрированная азотная кислота, уксусная кислота, уксусный ангидрид и др., а также продуктов, требующих сохранности кондиции, применяют цистерны с котлами из алюминиевых сплавов. Основными материалами для их постройки являются сплавы системы А1—Mg.
Заключение
Алюминий сегодня активно используется в автомобиле-, судо- и авиастроении, в холодильной и пищевой промышленности, в производстве бытовых предметов и так далее. Также широко применяется алюминий в строительстве. Это на прямую связано с его выдающимися качествами. Так, металл алюминий обладает относительно небольшим весом, он устойчив к атмосферным воздействиям, на нем не появляется ржавчина и коррозия.
При этом данный материал хорошо поддается обработке и легко принимает требуемую форму. Кроме того, подобные качества позволяют применять изделия из алюминия без специального покрытия, хотя краска на таком материале держится очень прочно. Благодаря своей характеристике, а также развитию химической, термической и механической обработки, металл алюминий сегодня постепенно вытесняет медь и стальной прокат.
Алюминий в строительстве применяется так часто, что даже неискушенный в строительном деле человек сможет назвать несколько примеров такого использования. Например, это могут быть следующие изделия из алюминия: окна, двери, торговые киоски и павильоны, ажурные перекрытия зимних садов, фольга, используемая как отражатель на теплоизоляционных изделиях, офисные перегородки, радиаторы, многофункциональные алюминиевые профили и тому подобное.
Использование алюминия в строительстве, в первую очередь, обусловлено его высокими антикоррозионными свойствами. При этом металл алюминий применяется не только в сооружениях, эксплуатируемых в условиях особо агрессивных сред, но и в самых обычных условиях, где конструкции испытывают на себе негативное влияние атмосферных осадков.
В России вагоны из алюминиевых сплавов выпускались ещё с 1960-1970х годов. Однако это были опытные модели, не получившие особо широкого распространения, из-за строгого распределения алюминия в советские времена. Он использовался в основном в оборонной и авиационно-космической промышленности. В наши дни алюминий стал гораздо более доступным, и изготавливать вагоны из его сплавов стало легче.
Эксплуатация как пассажирских, так и грузовых вагонов из алюминия гораздо более выгодна с экономической точки зрения, несмотря на повышенную стоимость, по сравнению со стальными. Согласно техническим расчётам специалистов российской компании РУСАЛ гарантированный срок эксплуатации таких вагонов на 6 лет больше, чем у стальных – 32 года, а срок службы в два раза больше. Однако производство алюминиевых вагонов в России затруднено, из-за недостаточной оснащённости оборудованием для сварки алюминия на большинстве заводов.
В настоящее время предпринимаются пробные шаги в производстве частично алюминиевых вагонов со стороны «Объединённой вагонной компании». Был изготовлен стальной хоппер с алюминиевой крышей для перевозки сыпучих грузов. Также существует вариант цистерны из алюминиевых полуфабрикатов для перевозки концентрированной азотной кислоты. Сертификацию прошёл хоппер-минераловоз с кузовом из алюминия.
Список использованной литературы
1. Газета гудок.ру. https://www.gudok.ru/transport/zd/?ID=1283983
2. Рециклингметаллоотходов на основе алюминия: учеб. пособие / К.В. Никитин. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2015. – 67 с.
3. Статья на сайте компании АО «НПК» https://www.npktrans.ru/Doc.aspx?docId=63790&CatalogId=653–
4. Цветная металлургия -> Применение алюминиевых сплавов в строительстве и транспорте -> Применение алюминиевых сплавов в строительстве и транспорте. https://metallicheckiy-portal.ru/articles/cvetmet/primenenie_aluminevix_splavov_v_stroit/23