Гнутые профили в транспорте: производство и применение

20/12/2016 3:00pm

Автор: редакционная статья

Категории: применение металлопродукции

Гнутые профили в транспорте: производство и применение

Как применяются гнутые профили в конструкции транспортных средств, и какие к ним требования?

Применение гнутых профилей в различных сферах промышленности требует от конструкторов разработки узлов соединений этих профилей с учетом их специфических особенностей.
Высокоэкономичные гнутые профили широко применяются в транспортном машиностроении. Сохраняя, и даже увеличивая прочность отдельных деталей и узлов, они позволяют снизить массу тепловозов, электровозов, пассажирских и товарных вагонов, полувагонов, думпкаров и прочих транспортных машин.  Также открываются такие возможности, как увеличение перевозок полезных грузов, уменьшение расхода топлива, снижение износа железнодорожных путей, уменьшение расхода металла и трудоемкости при изготовлении деталей и узлов подвижного состава.
Гнутые профили любой формы состоят из плоских элементов с переходами в виде закруглений. Или один, или оба конца этих элементов соединяются со смежными элементами.  В зависимости от этого, элементы гнутого профили классифицирует как жесткие и нежесткие. У жестких элементы с переходами или со смежными элементами с обеих сторон, у нежестких – только с одной стороны.
При проектировании рам транспортных средств и прочих подобных конструкций для полного использования несущей способности гнутых профилей крепиться один профиль к другому должен только за жесткие элементы. Нежесткие элементы необходимо оставлять свободными.  Профиль можно приваривать к нежестким элементам только тогда, когда изготовляются не несущие детали и не узлы ответственного назначения.


Соединение консольных элементов

Основным материалом производства данных гнутых профилей служат сталь, цветные металлы и другие сплавы.   Стальные полосы и листы, подвергающиеся формовке на профилегибочных станах в холодном состоянии, должны обладать минимальным удлинением 10-15%  и максимальное сопротивление разрыву 700-800 МПа. Материалы, содержащие свободный цементит и имеющие резко выраженный предел текучести, не подходят для производства гнутых профилей. В первом случае могут появляться трещины в местах изгиба полосы, а во втором – рябизна на поверхности готового профиля.
Самыми распространенными сталями для профилирования являются низколегированная сталь марки 09Г2, стали 08-10кп, Ст3. Они пластичные и легко формируются.  Стали марок 08-10кп  обычно применяются для тонкостенных профилей типа гофрированных листов, обшивок, а Ст3 и 09Г2 – для сортовых профилей и подверженных значительным нагрузкам обшивок.  
Для некоторых профилей используется углеродистая и высокоуглеродистая сталь. Пригодность для профилирования высокоуглеродистых и легированных сталей определяется их пластичностью и твердостью. Что же касается нержавеющих сталей для изготовления таких профилей, то их можно разделить на три группы: хромистая сталь (11,5-13,5 хрома, не более 0,15% углерода), хромоникелевая сталь (17-19% хрома, 8-20% никеля, не более 0,2 углерода), простая хромистая сталь (14-18% хрома и не менее 0,12% углерода).
Для нержавеющей стали желательна присадка до 0,4 % титана, который позволяет улучшить формовку материала и дает качественную поверхность.
Стоит заметить, что профилирование нержавеющих сталей стоит осуществлять с меньшей скоростью, поскольку при больших скоростях могут появляться дефекты на поверхности профилей.
Что касается сплавов, то они по-разному поддаются профилированию.  Например, цинковые сплавы относятся к легко профилируемым металлам, а никелевые – к трудно профилируемым. Алюминиевые сплавы тоже подходят, но при их использовании следует соблюдать определенные технические особенности.  При выборе материала надо руководствоваться необходимой толщиной сечения, формой, и тем, для каких целей нужен этот профиль. 
В тепловозах гнутые профили применяются для наружной и внутренней обшивки кузова, обвязки боковых стенок, деталей крыши, балок, стоек, желобов высоковольтной камеры, элементов переходных площадок и других деталей. Как говорилось выше, это позволяет экономить значительное количество металла и уменьшать трудоемкость процесса изготовления деталей тепловоза.
Также без гнутых профилей не обходится производство каркаса, обвязки, боковых стенок, набора крыши, балок, обшивки, и прочих несущих и конструктивных компонентов. В основном это равнобокие и неравнобокие уголки, швеллеры, зет-  и корытообразные профили. Облицовка боковых стен производится тонкостенными гофрированными листами с одной продольной отбортовкой. 
В конструкциях электропоездов и пассажирских цельнометаллических вагонов холодногнутые металлы служат материалом для производства верхнего и нижнего пояса обшивки, боковины, боковых стенок, продольных балок, стоек и т.д. Применение данных профилей за счет устранения операций резки, вальцовки и формовки позволило сократить трудовые затраты, снизить расход металла, тем самым создавая условия для хорошего годового экономического эффекта.


Пассажирский вагон


Гнутые провили в конструкции вагона

В конструкциях трамвайных вагонов используют более 18 профилеразмеров гнутых профилей – уголки, швеллеры, зетобразные, корытообразные и др. Элементы из этих профилей более легкие и экономичные, способны обеспечивать простые конструктивные решения узлов и конструкции в целом.
То же самое касается и вагонов метро – элементы вагона, выполненные из гнутых профилей, способны сокращать затраты на изготовление вагона, сохраняя при этом высокое качество.
В конструкции шестносного полувагона гнутые профили находят свое применение в крышках разгрузочных люков и в их усиливающих балочках, шкворневых и промежуточных стойках, средних стойках, средних и усиливающих обвязках, и т.д. Они обладают рациональной формой и большей жесткостью при малой массе, поэтому ими заменяют боковые стойки, сделанные из специального проката.  Также их можно брать для производства стоек торцовых стен полувагонов.
Не обходится без гнутых профилей также производство продольных и поперечных бортов железнодорожных платформ, рам, стоек, элементов конструкции думпкаров, вагонов-самосвалов и крытых вагонов.
Автомобильная промышленность
Автомобильная промышленность является одним из главных потребителей холодногнутых профилей. Большое количество таких профилей производят методом штамповки на прессах, но удельный вес профилей, изготовленных из стальной ленты методом профилирования на профилегибочных станах, все время растет. Профили малых сечений, которые применяются в конструкциях автомобилей, изготавливают в основном методом профилирования.
Из гнутых профилей самых разнообразных форм поперечных сечений производятся обшивки и несущие детали кузовов автомашин,  автомобильные рамы, арматура для наружной отделки, рамы для окон и дверей и др.
В несущих конструкциях автомобильного транспорта холодногнутые профили благодаря своей меньшей массе и экономичности применяются более широко, чем горячекатаные и другие виды профилей.  Швеллерные, уголковые, замкнутые холодногнутые (толщиной 4-6 мм), корытообразные, зетобразные, С-образные – все это профили, которые получили широкое применение в данных видах конструкций. Эти профили достаточно жестки, позволяют хорошо работать на продольное сжатие, изгиб и кручение.
Достижение оптимального восприятия скручивающих нагрузок происходит тогда, когда жесткость на кручение соединяющих стержней такая же, с какой соединяются стержни в месте стыка. Тогда они способны менять форму поперечного сечения. Подобные стыки особенно важны в тех случаях, когда несущие элементы во время эксплуатации воспринимают большие перекосы при переменных нагрузках (к примеру, ходовые части сельскохозяйственных машин).
В случае транспортных средств надо различать несущие конструкции, воспринимающие нагрузки, вызываемые неровностями при перемещении, и конструкции, работающие на изгиб и кручение. В первой случае справится с нагрузками от неровностей и перекосов помогают упругие конструкции узлов, а во втором – рессоры или специальная система амортизации.
Защите от коррозии деталей из холодногнутых профилей также следует уделить особое внимание.
Выполняя конструкции из гнутых профилей, при открытых профилях необходимо открытую сторону располагать снизу, конструкции делать слегка выпуклыми или наклонными для стока воды, стараться избегать т.н. “водяных мешков”, если этого сделать нельзя, то предусмотреть отверстия для стока.
Стоит помнить о том, что полки профилей необходимо закрывать таким образом, чтобы исключить циркуляцию воздуха, а в профилях полых сечений следует делать отверстия для стока воды.
Коррозию, возникающую в местах концентрации напряжений при динамических нагрузках в узлах, устраняют конструктивно, усиливая опасные места. Особенно это относится к конструкциям, подверженным вибрационным нагрузкам. К таким можно отнести транспортные средства.

Источники, использованые при написание статьи:

1. Тришевский И.С. и др. "Гнутые профили: сортамент, методы расчета и области применения".

2. Тришевский О.И. и др. "Способы производства и области применения профилей высокой жесткости"


Презентация

Контакты

 

 

Контакты

[email protected]

[email protected]

 г. Днепр

тел. +38 (056) 794-36-74

факс. +38 (056) 794-36-75

моб. +38 (050) 320 69 72

ISSN 20760507

Руководитель проекта - Гринев Владимир Анатольевич

Партнеры