Продление срока службы вагонных колес, поступающих в ремонт с дефектами термомеханического происхождения

ствие подвижного состава и пути, динамика локомотивов // Труды Омского ин-та инж. ж.-д. трансп. / Омский ин-т инж. ж.-д. трансп. - Омск, 1971. - Т. 128. - С. 9 - 16.

3. Meshcherjakov V. Shock Interaction of a Wheel-Couple with a Railway [Text] / Proceedings of the 2nd Miniconference on Contact Mechanics and Wear of Rail / Wheel Systems. Budapest, 1996. - P. 62 - 68.

4. Вериго, М. Ф. Взаимодействие пути и подвижного состава [Текст] / М. Ф. Вериго. -М.: Транспорт, 1986. - 559 с.

5. Камаев, В. А. Оптимизация параметров ходовых частей железнодорожного подвижного состава [Текст] / В. А. Камаев. - М.: Машиностроение, 1980. - 215 с.

6. Вершинский, С. В. Динамика вагона [Текст] / С. В. Вершинский. - М.: Транспорт, 1991. - 360 с.

7. Бать, М. И. Вынужденные колебания в системе с гистерезисом [Текст] // Прикладная математика и механика / М. И. Бать / АН СССР. - М., 1940. - Т. 4. - Вып. 3. - С. 13 - 30.

8. Коган, А. Я. Расчеты железнодорожного пути на вертикальную нагрузку [Текст] / А. Я. Коган // Науч. тр. ВНИИЖТа / ВНИИЖТ. - М., 1973. - Вып. 502. - 243 с.

References

1. Wagon crews locomotives for high speeds [Telezhechnye ekipazhi lokomotivov dlia pov-yshennykh skorostei dvizheniia]. Nauchnye trudy VNIIZhTa - Proceedings VNIIZhT, 1962, no. 248, 304 p.

2. Pakhomov M. P., Buinova N. P., Galiev I. I. Assessment of the level of exposure to pulsed rail sty-ing wheel locomotive [Otsenka urovnia impul'snogo vozdeistviia so storony rel'sovykh sty-kov na koleso lokomotiva]. Trudy Omskogo instituta in-zhenerov zheleznodorozhnogo transporta -Proceedings of the Institute of Omsk Institute engineers have rail transport, 1971, T. 128, pp. 9 - 16.

3. Meshcherjakov V. Shock Interaction of a Wheel-Couple with a Railway ( Proceedings of the 2nd Miniconference on Contact Mechanics and Wear of Rail). - Budapest, 1996, pp. 62 - 68.

4. Verigo M. F. Vzaimodeistvie puti i podvizhnogo sostava (Interaction track and rolling stock). Moscow: Transport, 1986, 559 p.

5. Kamaev V. A. Optimizatsiia parametrov khodovykh chastei zheleznodorozhnogo podvizhnogo sostava (Optimization parameters undercarriages of railway rolling stock). Moscow: Mashinostroenie, 1980, 215 p.

6. Vershinskii S. V. Dinamika vagona (Dynamics of the car). Moscow: Transport, 1991, 360 p.

7. Bat' M. I. Forced oscillations in a system with hysteresis [Vynuzhdennye kolebaniia v sisteme s gisterezisom]. Prikladnaia matematika i mekhanika - Applied Mathematics and Mechanics, 1940, T. 4, no. 3, pp. 13 - 30.

8. Kogan A. Ia. Сalculations of railway track in the vertical load [Raschety zheleznodorozhnogo puti na vertikal'nuiu nagruzku]. Nauchnye trudy VNIIZhTa - Proceedings VNIIZhT, 1973, no. 502, 243 p.

УДК 629.4.027.4

А. В. Обрывалин, Н. А. Кваскова

ПРОДЛЕНИЕ СРОКА СЛУЖБЫ ВАГОННЫХ КОЛЕС, ПОСТУПАЮЩИХ В РЕМОНТ С ДЕФЕКТАМИ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

В статье рассматривается вопрос о возможности продления срока службы вагонных колес путем влияния на технологические параметры восстановления их профиля катания. Выполнен корреляционный анализ статистических данных по объемам механической обработки и величине дефектов на поверхности катания

44 ИЗВЕСТИЯ Транссиба _№ 1(21) 2015

= _

колес, поступающих в ремонт. Предложен механизм назначения припуска на механическую обработку профиля катания колеса, который позволит сократить необоснованный расход металла обода колеса в стружку.

Известно, что срок службы вагонных колес зависит главным образом от степени их повреждаемости (изнашивания) в эксплуатации. Все дефекты вагонных колес можно по технологическому признаку разделить на две группы: не устраняемые (браковочные) и устраняемые в ремонтном производстве. В свою очередь устраняемые дефекты делятся на износы (равномерный и неравномерный прокат профиля катания колеса, вертикальный подрез гребня, тонкий гребень и т. п.) и повреждения (ползуны, выщербины, навары и т. п.). При выявлении на поверхности катания колеса указанных дефектов, достигших браковочных размеров, нормы которых приведены в инструкции по техническому обслуживанию вагонов в эксплуатации ЦВ-ЦЛ-408, выполняется отцепка вагона для выкатки из-под него колесной пары с колесом, содержащим дефект. Для устранения дефектов с поверхности катания колеса и восстановления работоспособности колесной пары производят обточку профиля катания на колесотокарных станках. Количество возможных обточек вагонных колес не регламентировано и выполняется до тех пор, пока толщина обода не достигнет браковочной величины менее 35 мм. После этого колесную пару отправляют на переформирование элементов. Таким образом, количество возможных обточек колеса под ремонтный размер будет зависеть от двух факторов: во-первых, от размера (степени) повреждения или износа поверхности катания; а во-вторых, от величины припуска на механическую обработку. Если на первый фактор повлиять сложно, так как степень повреждения поверхности катания является случайной величиной, то на второй фактор можно влиять путем уменьшения или увеличения размера припуска на механическую обработку.

Припуск - слой металла, который необходимо снять с обрабатываемой заготовки для получения поверхности требуемой точности и шероховатости. В случае механической обработки колеса поверхность профиля катания поступившей в ремонт колесной пары будет являться поверхностью заготовки, а поверхность профиля катания после обработки - заданной поверхностью с определенными требованиями к точности и шероховатости. Таким образом, разность между диаметром колеса до обработки и после нее, разделенная пополам, и будет определять припуск на механическую обработку

В настоящее время в ремонтных вагонных депо отсутствует четкая отработанная методика назначения припуска на механическую обработку вагонного колеса. В качестве нормативно-технической документации в ремонтных вагонных депо при выполнении ремонта колесных пар используют типовой технологический процесс и ремонтную карточку, заполняемую на каждую колесную пару. Типовой технологический процесс не предусматривает указания режимов обработки (скорость резания, подача инструмента, глубина резания и количество проходов режущего инструмента), так как колесные пары поступают с разными дефектами и их размерами. В ремонтной карточке также данная информация не отражена, в ней указывается информация в большей степени учетного характера, а не технологического. Припуск на обработку назначает сам рабочий (токарь) исходя из своего производственного опыта. Это приводит к следующим негативным моментам. Назначение чрезмерно больших припусков приводит к потерям металла, расходуемого в стружку, что значительно сокращает срок службы вагонного колеса; к повышению расхода режущего инструмента и электрической энергии; к увеличению трудоемкости и себестоимости механической обработки. Кроме того, увеличение глубины резания при механической обработке колес сопровождается ростом упругих деформаций в технологической системе и образованием на поверхности катания колес макронеровностей. Назначение недостаточных размеров припуска не обеспечивает удаления дефектных слоев материала. Все это в дальнейшем процессе эксплуатации колеса является причиной зарождения и развития на поверхности катания дефектов усталостного происхождения (выщербин 2-го рода) и, как следствие, уменьшения пробега колесной пары между обточками [ 1].

Таким образом, оптимальное назначение припуска (необходимого и достаточного для обеспечения требований к точности и качеству поверхности) на механическую обработку является механизмом по продлению срока службы вагонных колес, т. е. между глубиной де-

№ 1(21) ЛЛИ С ИЗВЕСТИЯ Транссиба 45

=2015

фекта и припуском на механическую обработку должна наблюдаться тесная взаимосвязь. Для оценки ситуации, складывающейся в настоящее время, были собраны статистические данные из ремонтных и эксплуатационных вагонных депо. Выборка насчитывает 1000 колесных пар, изъятых из эксплуатации с такими дефектами, как ползун и выщербина на поверхности катания колеса.

Из статистических данных, приведенных на рисунках 1 и 2, видно, что для большинства колес припуск находится в интервале от 4 до 12 мм. Анализ данных в уточненном диапазоне (рисунок 3) показывает, что для серийных колес припуск находится в интервале 5 - 8 мм, а для колес повышенной твердости - в интервале 8 - 10 мм. Статистические данные эксплуатационных вагонных депо, представленные на рисунках 4 и 5, показывают, что большая часть колесных пар изымается из эксплуатации при наличии указанных выше дефектов, имеющих размер по глубине не более 2 мм.

0-4 4-8 8-12 12-16 16-20 более 20

Припуск на механическую обработку вагонного колеса, мм

Рисунок 1 - Распределение вагонных колес повышенной твердости, поступивших на механическую обработку

Припуск на механическую обработку вагонного колеса, мм

Рисунок 2 - Распределение серийных вагонных колес, поступивших на механическую обработку

4-5 5-« 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12

Припуск на механическую обработку вагоннот колеса, мм

— серийные колеса:  — колеса повышенной твердости

Рисунок 3 - Уточненное распределение серийных колес и колес повышенной твердости, поступивших на механическую обработку

46 ИЗВЕСТИЯ Транссиба №21

Установление взаимосвязи между величиной припуска и глубиной дефекта выполняется путем расчета коэффициента корреляции по формуле:

Е хУ -

Ех-Е у

г =

1

Е -

г Е

Е у2 -

(Е у )2

где х - глубина дефекта на поверхности катания колеса, мм; у - припуск на механическую обработку, мм; п - объем выборки, шт.

Коэффициент корреляции - это критерий, который оценивает тесноту взаимосвязи между двумя случайными величинами. Этот коэффициент может принимать значения между -1 и +1, причем если значение находится ближе к единице, то это означает наличие сильной связи, а если ближе к 0, то слабой. Отрицательный коэффициент корреляции означает наличие противоположной связи. Сила связи характеризуется также и абсолютной величиной коэффициента. Расчетные значения коэффициентов корреляции для статистических данных, приведенных на рисунках 3 и 5, следующие: для колесных пар с серийными колесами Г = -0,35, а для колесных пар с твердыми колесами Г = -0,39. Расчетные значения коэффициентов корреляции показывают на слабую взаимосвязь между глубиной дефекта и припуском на механическую обработку, причем отрицательную, что свидетельствует о том, что в большинстве случаев припуск задается необоснованно завышенным, что резко сокращает срок службы колеса из-за расхода полезного слоя металла колеса в стружку.

Рисунок 4 - Распределение вагонных колес, изъятых из эксплуатации по наличию на поверхности катания термомеханического повреждения

№ 1(21) 2015

Рисунок 5 - Уточненное распределение вагонных колес, изъятых из эксплуатации по наличию на поверхности катания термомеханического повреждения

ИЗВЕСТИЯ Транссиба

п

Чрезмерно завышенные припуски на механическую обработку колес объясняются тем, что станочники для исключения разрушений режущего инструмента при механической обработке поверхности катания колеса с дефектом термомеханического происхождения применяют так называемый метод резания под корку, который заключается в искусственном увеличении глубины резания.

Из технологии машиностроения [2] известны два способа назначения припуска на механическую обработку деталей: опытно-статистический (табличный) и расчетно-аналитический (метод, разработанный профессором В. М. Кованом).

Применение расчетно-аналитического способа, заключающегося в том, что значение припуска определяется методом дифференцированного расчета по элементам, составляющим припуск, позволит минимизировать необоснованный расход металла колеса в стружку. Минимальный припуск по данному способу для цилиндрических тел рассчитывается по формуле [2]:

= 2 I Ш1П

(К, + ^ + ^2- 1 +£?

где К - высота неровностей профиля, сформированная на предшествующем технологическом переходе, мм;

х - глубина дефектного поверхностного слоя, сформированного на предшествующем технологическом переходе (обезуглероженный или отбеленный слой), мм;

А. х - отклонение расположения поверхности (отклонения от параллельности, перпендикулярности, соосности, симметричности и т. п.), мм;

£ - погрешности установки заготовки на выполняемом технологическом переходе, мм.

Для того чтобы применить указанный метод назначения припуска к объекту ремонтного производства, необходимо выполнить разбивку удаляемого слоя металла колеса на отдельные элементы и ввести ряд допущений, а именно: элементами А. х, £ , К2 пренебречь ввиду их малости по сравнению с глубиной дефекта.

Расчетная схема припуска на черновой технологический переход при обработке колеса с ползуном приведена на рисунке 6.

В этом случае оптимальный припуск на механическую обработку профиля катания колеса, содержащего термомеханическое повреждение,

Колесо

7 = 7 + 7

7О 71 ^ 72 •

Величина 7 определяется по уравнению:

7 = К - -Л/4Я,2 -12.

1 1 2 V 1 д

Величина 72 соответствует величине , представленной в выражении (2), только в данном случае это величина дефектного слоя, образовавшегося в эксплуатации. Для ее определения необходимо исследовать процессы, происходящие в пятне контакта при скольжении колеса по рельсу.

Рисунок 6 - Расчетная схема припуска: 21 и 22 - слои металла, которые необходимо снять с колеса для устранения неровности от дефекта и для устранения дефектного поверхностного слоя; Я1 -радиус колеса до механической обработки; Я2 - радиус колеса после устранения неровности от дефекта; Я3 - радиус колеса после устранения дефектного поверхностного слоя; Ьд - длина дефекта

48 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 1(21) 2015

=

Факторы, влияющие на величину 22, представлены в виде структурной схемы на рисунке 7.

Рисунок 7 - Структурная схема факторов, оказывающих влияние на величину дефектного слоя

металла колеса, содержащего ползун

Дальнейшие исследования в этой области позволят разработать математические модели для определения величины дефектного слоя колеса с учетом условий эксплуатации, алгоритм и методические рекомендации по назначению оптимального припуска на механическую обработку колеса в ремонтном производстве, что станент основой продления срока службы колеса.

Список литературы

1. Обрывалин, А. В. Восстановление профиля катания вагонных колес повышенной твердости с эксплуатационными дефектами термомеханического происхождения [Текст] / А. В. Обрывалин // Известия Транссиба / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск. - 2012. -№ 4 (12). - С. 30 - 34.

2. Маталин, А. А. Технология машиностроения [Текст] / А. А. Маталин. - СПб: Лань, 2008. - С. 253 - 255.

References

1. Obryvalin A. V. Regenerative repair of the driving profile of carload wheels of the increased hardness with thermomechanical operational defects [Vosstanovlenie profily kataniy vagonnih koles povishennoi tverdosti s ekspluatacionnimi defektami termomehanicheskogo proishogdeniy]. Izvesti-ia Transsiba - The Trans-Siberian Bulletin, 2012, no. 4 (12), pp. 30 - 34.

2. Matalin A. A. Tehnologiy mashinostroeniy [Technology of mechanical engineering]. St. Petersburg: Lan', 2008, pp. 253 - 255.

УДК 629.423.31; 621.822

Ш. С. Файзибаев, Г. А. Хромова, М. А. Махамадалиева

ЧИСЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ КОНТАКТНЫХ ПРОЦЕССОВ В ГИДРОФРИКЦИОННОМ ГАСИТЕЛЕ КОЛЕБАНИЙ ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ЭЛЕКТРОПОДВИЖНОГО СОСТАВА

В статье предлагается численно-аналитический метод, основанный на методе граничных элементов (Method of Boundary Elements Technology), который служит для оценки закономерностей изменения температурных полей в рабочей жидкости в гидрофрикционном гасителе колебаний телескопического вида при изменении температуры окружающей среды. Данный метод учитывает физико-механические свойства рабочей

№.1!251) ИЗВЕСТИЯ Транссиба 49