СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЖИВУЧЕСТИ ЛИТЫХ ДЕТАЛЕЙ ТЕЛЕЖЕК ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ
METHOD OF INCREASING LIFE OF FREIGHT CAR TRUCK CAST PARTS

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано при изготовлении литых несущих деталей железнодорожного подвижного состава.
Известен способ продления ресурса деталей машин (А.с. №1691041, B23P 6/00, 15.11.1991), включающий периодическое выявление выходящих на поверхность дефектов неразрушающими методами и контроля за их развитием.
Недостатками данного способа являются:
- наблюдения осуществляют за неподвижным объектом, находящимся в стационарных условиях эксплуатации, что ограничивает область применения способа;
- наблюдение за выявленными на поверхности объекта трещинами ведется путем формирования выборок металла в зоне максимального развития дефекта до размеров, при которых глубина максимального дефекта не превышает допустимого значения;
- наблюдения за развитием выявленных трещин необходимо осуществлять постоянно, что связано с определенными трудностями.
Известен также способ повышения живучести литых деталей тележек грузовых вагонов, преимущественно боковых рам и надрессорных балок (А.с. №1157087, C21D 7/02, 23.05.1985) - прототип, включающий упрочнение детали, имеющей в сечении две боковые стенки, нижнюю и верхнюю полки. Упрочнение деталей осуществляют путем нагружения их статической нагрузкой по направлению, совпадающему с рабочей нагрузкой, до появления в наиболее напряженных зонах остаточных пластических деформаций 0,1-0,3%.
Недостатками указанного технического решения являются:
- необходимость иметь специальное оборудование, нагружающее каждую деталь усилием 1200-1400 кН;
- точность нагружения сложных литых деталей, какими являются боковые рамы и надрессорные балки тележек, для создания пластических деформаций 0,1-0,3% во всех опасных зонах обеспечить сложно, а невыполнение указанного диапазона деформаций ведет к резкому снижению живучести деталей и/или их предела выносливости.
Технический результат заявленного изобретения - повышение надежности визуального контроля литых деталей тележек грузовых вагонов и отбраковки деталей с трещинами в опасных зонах при их эксплуатации.
2
1
1
Указанный технический результат достигается тем, что в способе повышения живучести литых деталей тележек грузовых вагонов, преимущественно боковых рам и надрессорных балок, включающем упрочнение детали, имеющей в сечении две боковые стенки, нижнюю и верхнюю полки, упрочнение детали осуществляют путем изменения толщины части боковых стенок детали до величины δ≥1,1δ на расстоянии l≥0,2Н от нижней полки, где δ - первоначальная толщина каждой из боковых стенок, Н - высота каждой из боковых стенок.
2
3
Отношение толщины δ части каждой из боковых стенок к толщине δнижней полки равно .
2
1
2
1
Изменяют толщину части боковой стенки до величины δ в пределах 1,1δ≤δ≤1,15δ.
Толщину части боковой стенки увеличивают на расстоянии l от нижней полки, равном 0,2Н≤l≤0,5Н.
Живучесть i-ой детали при испытаниях на усталость определяется по формуле , где Npi - количество циклов до разрушения i-ой детали при испытаниях; Nтi - количество циклов до появления трещин в i-ой детали при испытаниях.
Испытания показывают, что живучесть испытуемых на усталость деталей варьируется в широком диапазоне: от десятых долей % до нескольких десятков %, однако инструментально (без разрушения деталей на стендах) эту величину определить невозможно.
В настоящее время минимальная живучесть деталей тележек не превосходит 1% (Самошкин С.А., Хоменко А.А., Виноградов А.А. «Исследование несущих элементов тележек модели 18-100 грузовых вагонов». «Тяжелое машиностроение», 2007, №9, стр.23-25), а должна составлять более 6%, чтобы обнаружить деталь с трещиной через два года, если через год после ее появления при осмотре она не была обнаружена.
Литые детали тележек грузовых вагонов эксплуатируются практически безнадзорно в промежутках времени между ремонтами. Имеющие место осмотры деталей тележек при стоянке поездов не обеспечивают 100%-ного обнаружения литых деталей тележек с трещинами (в виду затрудненного осмотра опасных зон деталей тележек в поезде, а также малой живучестью деталей). Разрушение даже 10 деталей на 0,5 млн. вагонов (3 млн. боковых рам и надрессорных балок) за год при движении поездов представляется недопустимым. Сокращение числа разрушившихся деталей в поездах за счет увеличения их живучести и своевременного изъятия из эксплуатации представляется очевидным.
1
2
1
Упрочнение детали путем изменения первоначальной толщины δкаждой боковой стенки детали до величины (толщины) δ≥1,1δ на расстоянии l от нижней полки, равном не менее 0,2Н, где Н - высота каждой из боковых стенок, позволяет снизить скорость развития трещин в детали, в наблюдаемой зоне - в боковых (вертикальных) стенках сечения, что повысит вероятность их обнаружения, а соответственно и повысит надежность контроля отбраковки детали при эксплуатации.
1
2
1
Оптимальным при изменении размеров боковых стенок детали является изменение толщины части боковой стенки детали в диапазоне 1,1δ≤δ≤1,15δ на расстоянии l, равном 0,2Н≤l≤0,5Н.
1
2
1
1
2
1
Изменение толщины δ части боковой стенки детали на величину δ>1,15δ может быть нецелесообразным, поскольку это приведет к увеличению необходимого материала для литья, а соответственно и стоимости самой детали. Увеличение толщины δ каждой боковой стенки детали на величину δ<1,1δ снижает вероятность обнаружения при эксплуатации трещины в детали.
То же касается расстояния l от нижней полки, на котором изменяют толщину боковых стенок. Увеличение расстояния l>0,5Н от нижней полки может быть также нецелесообразно, поскольку приведет к увеличению необходимого материала для литья, а соответственно и стоимости самой детали. Уменьшение расстояния l<0,2Н от нижней полки снижает вероятность обнаружения при эксплуатации трещины в детали.
2
3
1
Выбор отношения толщины δ части каждой из боковых стенок к толщине δ нижней полки, равного , обусловлен тем, что излишнее увеличение толщины стенки δ приведет к созданию теплового узла, который при остывании после заливки стали в опоку может привести к образованию усадочных трещин, снижающих прочность детали.
1
3
Сечение опасных зон литых деталей тележек (боковых рам и надрессорных балок) имеют коробчатую форму, включающую две боковые стенки, нижнюю и верхнюю полки, при этом толщина δ боковых (вертикальных) стенок меньше толщины δ нижней полки. После частичного разрушения нижней полки трещиной усталости (которую при эксплуатации обнаружить не всегда удается) момент сопротивления сечения без нижней полки многократно уменьшается, что приводит к быстрому разрушению всего сечения.
1
2
1
Повышение живучести детали (т.е. снижение скорости разрушения детали) и выведение трещины на боковую стенку сечения, что повысит вероятность ее обнаружения в эксплуатации, достигается усилением напряженных зон за счет увеличения толщины δ боковых стенок сечения до величины δ≥1,1δ на расстоянии (по высоте) l≥0,2Н от нижней полки, где Н - высота боковой стенки.
Таким образом, заявленный способ позволяет повысить надежность контроля отбраковки при эксплуатации литых деталей тележек грузовых вагонов, сократить число разрушившихся деталей в поездах, а также повысить минимальную живучесть деталей тележек более чем на 6%.