16 października 2021


W tym miejscu, czytelnikom nieobeznanym z technologią wytwarzania elementów kompozytowych, przedstawię etapy powstawania dowolnego, kompozytowego elementu poszycia kabiny tramwaju:
Rys2a_EZT_model_CAD_s1. Odwzorowanie zewnętrznego kształtu części na podstawie danych CAD, poprzez frezowanie CNC powierzchni bryły materiału modelarskiego (specjalny poliuretan spieniany o gęstości 200-400 kg/m³ lub inny materiał modelarski), celem wykonania modelu pozytywowego części; po frezowaniu, model podlega końcowej obróbce powierzchniowej – lakierowaniu i polerowaniu. Wypada też nadmienić, że w miejsce bardzo kosztownego poliuretanu modelarskiego, z powodzeniem wykorzystuje się bryły zwykłego styropianu, które po wstępnym ofrezowaniu pokrywa się specjalną, nanoszoną natryskowo na grubość do kilkunastu milimetrów, pastą modelarską, Rys2b_EZT_forma_sw której frezuje się docelowy kształt modelu szybciej i za cenę wielokrotnie niższą, niż przy tradycyjnej metodzie.
2. Wykonanie metodą laminowania, najczęściej z żywic winyloestrowych lub epoksydowych, negatywowej, jednoczęściowej lub dzielonej formy, odwzorowującej kształt części i zapewniającej jej sztywność kształtową np. poprzez budowę skrzynkową lub ramową, w formie stelaża stalowego;
3. Laminowanie zasadniczego kształtu części w wykonanej formie:

  • pokrycie formy rozdzielaczami polimerowymi lub woskiem rozdzielającym, ułatwiającymi odformowanie elementu,
  • naniesienie warstwy „żelkotu” (specjalna, żywica powierzchniowa, często w kolorze zgodnym z barwą przyszłego elementu,
  • układanie formatek maty szklanej i przesycanie ich żywicą poliestrową, aż do uzyskania docelowej grubości elementu (4-5mm) i średnim udziale masowym włókna w kompozycie rzędu 30%; poza matą szklaną stosowane są inne materiały wzmacniające – np. matotkaniny, tkaniny kierunkowe szklane lub z włókien tzw. 2 generacji: aramidowe, kevlarowe itp.; poza żywicą poliestrową stosowane są żywice epoksydowe i fenolowe w zależności od stawianych wymagań (np. niepalność, kluczowa w przypadku wagonów metro),
  • ewentualne zastosowanie w trakcie laminowania wzmocnień usztywniających w postaci warstw pianki poliuretanowej i metalowych elementów montażowych jako wkładek.

4. Pozostawienie części w formie do czasu pełnej polimeryzacji żywicy (często wygrzewanie, w celu uniknięcia deformacji kompozytu) i uzyskania docelowego kształtu elementu.
5. Odformowanie gotowej części, obcięcie nadmiarów laminatu wokół krawędzi części, wykonanie ewentualnych otworów funkcjonalnych i pozostałych prac wykańczających.
Rys3a_Kabina_Lug_sW przypadku wytwarzania kabiny jednostki kolejowej, proces produkcyjny w zarysach przebiega podobnie, jednakże potężne, rozmiarami często sięgające trzech metrów kabiny wykonuje się jako jedną część, przy użyciu dwu- lub nawet wieloczęściowej formy, kształtującej zarówno jej powierzchnię zewnętrzną, jak i wewnętrzną. Tym samym, opisany wyżej etap 3 ma zdecydowanie odmienny przebieg, niż ma to miejsce w przypadku budowy części kabiny tramwajowej. Przygotowane powierzchnie obu form, po naniesieniu rozdzielacza i warstwy żelkotu, gotowe są do procesu laminowania włókna szklanego. Zewnętrzna powierzchnia kabiny osiąga często grubość rzędu 8 i więcej milimetrów, a równocześnie laminowana, wewnętrzna powierzchnia – około 6 milimetrów. Dalej następuje proces wklejania w formie odpowiednio przygotowanych i dopasowanych wymiarowo kształtek usztywniających – najczęściej z pianki poliuretanowej. Proces formowania odbywa się w formie złożonej nawet z kilku części specjalnie pozycjonowanych i połączonych śrubami, zapewniającymi stabilność gabarytów wypełniającej ją masy, która decyduje w dużej mierze o powodzeniu cyklu produkcji. Odformowanie rozpoczyna się od rozkręcenia części formy. Po pomyślnym odformowaniu wielkiego „sandwicza” kabiny następuje pracochłonny proces wykończeniowy – np. lakierowanie, klejenie szyb itp.
Rys3b_Kabina_Lug_sZadaniem konstruktora jest precyzyjne opisanie powierzchni zewnętrznej w postaci danych CAD, które później posłużą do wykonania narzędzi produkcyjnych. W fazie projektowania należy uwzględnić, szereg indywidualnych założeń konstrukcyjnych, poza jednoznacznie określonymi, wymaganiami formalno-technicznymi – jak np. rozmieszczenie oświetlenia, czy systemu sprzęgającego pojazdy w zespoły. Każdy odbiorca większej partii pojazdów szynowych może określić, gdzie chciałby umieścić np. zewnętrzne tablice informacyjne, wyświetlające numer linii tramwajowej i przystanek docelowy. Jeszcze większa różnorodność może dotyczyć wyposażenia wnętrza kabiny. W przypadku tramwajów, pulpit sterowniczy motorniczego może być zupełnie inaczej wyposażony i obsługiwany dla zakładu transportowego miasta A i miasta B.
Konstruktor w procesie projektowania musi nie tylko uwzględniać życzenia odbiorcy, ale też zapewnić właściwy komfort pracy motorniczego, czy też maszynisty. Służy temu analiza ergonomiczna kabiny, przeprowadzana w trakcie projektowania, w oparciu o symulację komputerową w systemie CAD. Wynik jej określa właściwą pozycję kierującego pojazdem względem rozmieszczonych urządzeń sterujących oraz wyznacza prawidłowe pola widoczności z kabiny. Jest oczywiste, że wymagania dotyczące widoczności zewnętrznej są odmienne dla kolei i tramwajów. Rys3c_Lugansk_sSzyby w pojeździe instaluje się poprzez ich wklejanie, podobnie jak to ma miejsce we współczesnych samochodach. Na ostateczny kształt projektu wpływają też wymagania dotyczące zabudowy w kabinie całego szeregu urządzeń funkcjonalnych, np. układu ogrzewania i systemu nawiewów na szyby. Należy też pamiętać o zapewnieniu jak najlepszego dostępu do zespołów sterujących pracą pojazdu w celach serwisowych.Rys4c_Ergo_tram_s Bardzo korzystna jest modułowa budowa pulpitu sterowniczego, umożliwiająca w razie awarii wymianę całego modułu na sprawny, aby nie wycofywać całego pojazdu z eksploatacji na czas naprawy.
W trakcie wstępnego procesu projektowania i planowania rozmieszczenia podzespołów kabiny należy mieć na uwadze wymagania technologiczne procesu produkcyjnego i uwzględnić przykładowo miejsca podziału formy, czy technologicznie wykonalne kształty części składowych. Jak już wspomniałem wcześniej, kompozytowa kabina pojazdu szynowego zostanie zamontowana na ramie i połączona ze skrajnym profilem szkieletu. Niezmiernie istotnym zagadnieniem, przed którym staje konstruktor jest właściwe zaprojektowanie połączenia kabiny ze szkieletem. Jest ono realizowane za pomocą śrub, jednakże poprzez zastosowanie w połączeniu tulei metalowo-gumowych, można uzyskać odpowiednie jego uelastycznienie, zapobiegające powstawaniu sił niszczących mocowania śrub w kompozytowej kabinie pod wpływem eksploatacyjnych odkształceń sprężystych, występujących w pudle wagonu.pesa_s Taka technika montażu umożliwia (co jest szczególnie istotne w przypadku tramwajów), w razie poważniejszej kolizji z innym pojazdem, szybką wymianę całej kabiny i sprawne przywrócenie pojazdu do użytku. Dla zapewnienia szczelności połączenia, wypełnia się je najczęściej poliuretanową masą uszczelniającą.