Расчетно-экспериментальный метод прогнозирования износа в узлах трения тележек моделей 18-9855 типа Barber S-2-R

Расчетно-экспериментальный метод прогнозирования износа в узлах трения тележек моделей 18-9855 типа Barber S-2-R

A. М. Орлова,

д-р техн. наук, заместитель генерального директора по научно-техническому развитию АО НПК «ОВК»

B. С. Лесничий,

канд. техн. наук, руководитель группы в Департаменте проектирования ходовых частей ООО «ВНИЦТТ»

Одно из основных стратегических направлений научно-технического развития НПК «Объединенная вагонная компания» - совершенствование инновационной конструкции тележки модели 18-9855, выпускаемой на ЗАО «Тихвинский вагоностроительный завод». При этом пробег грузовых вагонов между плановыми видами ремонта возрастет вдвое: с 500 тыс. до 1 млн км, а срок службы вагонов увеличится с 32 до 40 лет, что обеспечит собственнику подвижного состава существенное сокращение затрат на содержание тележки и вагона в целом за жизненный цикл.

Увеличенный межремонтный пробег должен подтверждаться не только расчетами, но и опытом поднадзорной эксплуатации тележек. Одним из основных критериев, по которым может быть назначен пробег между плановыми видами ремонта, служит износ в парах трения деталей тележки. В условиях железных дорог США межремонтный пробег тележек-аналогов, определенный на основании этого критерия, составляет один миллион километров, о чем свидетельствует практика эксплуатации вагонов. В России опыт эксплуатации таких тележек сегодня не превышает трех лет. С учетом особенностей российских условий эксплуатации вагонов пробег вагонов на тележках модели 18-9855 (рис. 1), на период поднадзорной экс-

плуатации, которая должна проводиться на протяжении четырех лет, был назначен как 500 тыс. км от постройки до первого планового ремонта.

Главной целью поднадзорной эксплуатации тележек служит экспериментальное подтверждение в условиях железных дорог колеи 1520 мм нормативных показателей износостойкости узлов тележки модели 18-9855, т. е. непревышение допустимых значений величин износов на пробеге 500 тыс. км и более.

Поднадзорная эксплуатация вагонов на тележках модели 18-9855 началась в 2012 г. согласно программе и методике поднадзорной эксплуатации, разработанной АО «НВЦ «Вагоны» (Санкт-Петербург) и утвержденной Росжелдор [1]. Программой и методикой предусмотрено проведение комиссионных периоди-

Рис. 1. Тележка модели 18-9855

56 | «Транспорт Российской Федерации:

№3 (58) 2015

Рис. 2. Рабочие поверхности составного фрикционного клина: слева - вертикальные, справа - наклонные

ческих осмотров и измерении параметров деталей тележек с целью оценки их износов.

В течение 2012-2014 гг. пробег вагонов на тележках модели 18-9855 в поднадзорной эксплуатации составил более 250 тыс. км. За этот период состоялись три плановых осмотра тележек с измерением параметров деталей в узлах трения (рис. 2-9).

После третьего планового осмотра тележек было принято решение провести анализ полученных в эксплуатации значений фактических износов, чтобы рассчитать темпы износа для каждой детали и дать прогноз возможных изно-сов за пробег до миллиона километров.

В основу работы по прогнозированию износов был положен расчетно-экспериментальный метод. Сущность данного метода заключается в определении темпов износа деталей тележки

на основе фактически измеренных значений износов в период поднадзорной эксплуатации и прогнозном расчете износов за пробег миллион километров.

В качестве исходных данных для расчета были приняты значения изно-сов (установленные в результате плановых измерений) рабочих поверхностей деталей тележек модели 18-9855, полученные у двух подконтрольных полувагонов модели 12-9853. Величина износа для каждой детали определялась как разница между величиной, измеренной перед началом поднадзорной эксплуатации, и величиной, измеренной после соответствующего пробега вагона во время контрольных измерений. Данные всех измерений изложены в технических картах, прилагаемых к актам трех плановых осмотров [2-4].

Согласно логике прогнозирования было принято решение ориентироваться на неблагоприятный прогноз по износам в эксплуатации. Поэтому для дальнейших прогнозных расчетов из полученной совокупности экспериментальных данных были выбраны максимальные величины износов (табл. 1).

Темпы износа I. рабочих поверхностей каждой детали, приведенные к 10 тыс. км пробега (мм/10 тыс. км), для каждого /-го этапа между контрольными измерениями в поднадзорной эксплуатации (0-65; 65-145; 145-210 тыс. км) вычислялись по формулам:

65 "6,5'

_ ^145 ~ ^65 .

5 14,5-6,5' ' 21,0-14,5'

где I - величина износа рабочей поверхности одной детали в поднадзорной эксплуатации при достижении /-го пробега (65, 145, 210 тыс. км).

На основании полученных значений темпов износов I. были вычислены средние темпы износов по каждой совокупности идентичных деталей. Значения средних темпов износа за каждый этап между контрольными измерениями (I • 0-65; г' • 65-145; г' • 145-

ср65 ' ср145 ' ср210

210 тыс. км) в поднадзорной эксплуатации приведены в табл. 2.

Расчет прогнозируемых износов рабочих поверхностей деталей (I, мм) для

Рис. 3. Фрикционная планка, взаимодействующая с вертикальными поверхностями фрикционного

Рис. 4. Вкладыш на опорной поверхности подпятника

Рис. 5. Подпятник с вваренным износостойким кольцом для защиты внутренней упорной поверхности бурта

Таблица 1. Максимальные величины износов (/макс, мм) за периоды поднадзорной эксплуатации

Параметр Пробег

65 тыс. км 145 тыс. км 210 тыс. км

Износ подпятника по диаметру 0,6 1,6 1,6

Износ подпятника по глубине 0 0 0

Износ отверстия под шкворень 0,1 0,9 1,0

Износ опорной поверхности колпака скользуна 0,4 0,6 0,7

Суммарный износ опорных упоров буксовых проемов боковых рам в продольном направлении 0,4 1,5 1,6

Суммарный износ фрикционных планок в рессорном проеме 1,2 1,2 1,0

Износ фрикционного клина (изменение расстояния от метки на шаблоне до поверхности клина) 1,0 3,0 4,0

Износы износостойких планок клинового кармана (суммарно в кармане) 0,5 1,1 1,7

Износ рабочей поверхности вставки клинового кармана 0,6 1,2 1,3

Износ упорной стенки клинового кармана 0,7 1,0 0,7

Износ внутреннего упора клинового кармана 0 0 0

Износ наружного упора клинового кармана 0,2 1,5 1,5

Суммарный износ двух вертикальных поверхностей адаптера 0,5 0,6 0,9

Износ опорной поверхности адаптера под боковую раму 0,1 0,3 0,4

Рис. 6. Рабочая поверхность колпака скользуна Рис. 7. Вертикальная поверхность адаптера под Рис. 8. Цилиндрическая поверхность адаптера

с угловыми индикаторами износа (углублениями) боковую раму с углублением (индикатором износа) для опирания на подшипник с канавкой

Таблица 2. Средние темпы износа (/ , мм/10 тыс. км) рабочих поверхностей деталей на этапах между контрольными измерениями в поднадзорной эксплуатации

Параметр Пробег

0...65 тыс. км 65.145 тыс. км 145.210 тыс. км

Износ подпятника по диаметру 0,035 0,165 0,008

Износ подпятника по глубине 0 0 0

Износ отверстия под шкворень 0,023 0,050 0,015

Износ опорной поверхности колпака скользуна 0,017 0,009 0,002

Суммарный износ опорных упоров буксовых проемов боковых рам в продольном направлении 0,031 0,078 0,013

Суммарный износ фрикционных планок в рессорном проеме 0,081 0,033 0,008

Износ фрикционного клина (изменение расстояния от метки на шаблоне до площадки клина) 0,051 0,210 0,048

Износы износостойких планок клинового кармана (суммарно в кармане) 0,022 0,037 0,055

Износ рабочей поверхности вставки клинового кармана 0,068 0,036 0,019

Износ внутренней упорной стенки клинового кармана 0,041 0,009 0

Износ внутреннего упора клинового кармана 0 0 0

Износ наружного упора клинового кармана 0,003 0,016 0,017

Суммарный износ двух вертикальных поверхностей адаптера 0,03 0,002 0,036

Износ опорной поверхности адаптера под боковую раму 0,004 0,009 0,004

58 | «Транспорт Российской Федерации» №3 (58) 2015

Таблица 3. Прогнозируемые износы рабочих поверхностей деталей тележки модели 18-9855 при достижении пробега один миллион километров

Параметр Прогнозный износ к 1 млн км пробега (/1), мм Допустимый износ, мм

Износ подпятника по диаметру 1,9 9,0

Износ подпятника по глубине 0 2,0

Износ отверстия под шкворень 2,1 3,5

Износ опорной поверхности колпака скользуна 0,9 3,0

Суммарный износ опорных упоров буксовых проемов боковых рам в продольном направлении 2,6 3,0

Суммарный износ фрикционных планок в рессорном проеме 1,6 5,5

Износ фрикционного клина (изменение расстояния от метки на шаблоне до площадки клина) 7,8 9,0

Износы износостойких планок клинового кармана (суммарно в кармане) 6,0 6,0

Износ рабочей поверхности вставки клинового кармана 2,5 2,5

Износ внутренней упорной стенки клинового кармана 0,7 5,0

Износ внутреннего упора клинового кармана 0 5,0

Износ наружного упора клинового кармана 2,9 6,5

Суммарный износ двух вертикальных поверхностей адаптера 3,7 6,0

Износ опорной поверхности адаптера под боковую раму 0,7 2,5

j-го пробега один миллион километров выполнялся по формуле

Л=^с21О+''ср21О

При расчете учитывалось, что максимальные значения (!макс210) износа рабочих поверхностей у соответствующих деталей измерены при достижении вагонами пробега 210 тыс. км (табл. 1) и определен средний темп износа за последний (третий) этап (/ 210) между контрольными измерениями (табл. 2). Кроме того, принималось во внимание, что первый этап - зона приработки в паре трения, когда износ наиболее ин-

тенсивен, а третий этап - зона стабильного темпа износа и сохранение такого темпа при дальнейшем пробеге вагона наиболее вероятно.

Результаты расчетов прогнозируемых износов рабочих поверхностей деталей для пробега один миллион километров приведены в табл. 3.

Полученные результаты прогнозируемых износов рабочих поверхностей деталей при достижении пробега один миллион километров сравнивались с допустимыми в эксплуатации значениями износов, приведенными в табл. 3.

Результаты, полученные с помощью расчетно-экспериментального метода

Рис. 9. Износостойкие элементы клинового кармана надрессорной балки планки показаны черными стрелками, рабочие поверхности вставки - красными стрелками

прогнозирования износов деталей тележки, свидетельствуют, что прогнозируемые значения износов рабочих поверхностей деталей при достижении вагоном на тележках модели 18-9855 пробега один миллион километров не превысят допустимых значений. Это может служить основанием для назначения вагону на тележках модели 18-9855 пробега между плановыми видами ремонта один миллион километров.

Литература

1. 4701 -09.00.00.000Д1.Двухосная трехэлементная тележка для грузовых вагонов с осевой нагрузкой 25 тс железных дорог колеи 1520 мм Программа и методика поднадзорной эксплуатации: Утв. Росжелдор 29.11.2011.

2. Акт планового осмотра и контроля технических параметров полувагонов модели 18-9853 на тележках модели 18-9855 с осевой нагрузкой 25 тс: Утв. ЦТех ОАО «РЖД» 10.10.2012.

3. Акт планового осмотра и контроля технических параметров полувагонов модели 18-9853 на тележках модели 18-9855 с осевой нагрузкой 25 тс: Утв. ЦТех ОАО «РЖД» 11.12.2013.

4. Акт планового осмотра и контроля технических параметров полувагонов модели 18-9853 на тележках модели 18-9855 с осевой нагрузкой 25 тс: Утв. ЦТех ОАО «РЖД» 08.07.2014.