СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ КОЛЕСНЫХ ПАР ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
METHOD OF CLEANING ROLLING STOCK WHEEL PAIRS

Изобретение относится к области очистки поверхности агрегатов, узлов и деталей машин и может быть использовано при ремонте транспортных средств, в частности колесных пар железнодорожного состава при подготовке их поверхности к дефектоскопии.
Известны способы механической, струйной, химической очистки и мойки колесных пар.
Известен способ и устройство механической очистки колесных пар грузовых и пассажирских вагонов (пат. РФ №2216413, В08 В 1/04, B60S 3/06, опубл. 20.11.2003). Комплекс обеспечивает в автоматическом режиме подачу колесной пары в камеру, позиционирование ее на устройстве вращения, очистку оси и дисков вращающимися металлическими щетками, обмывку моющим раствором через систему форсунок, выталкивание колес из камеры после завершения цикла. Продолжительность операции 5 мин, температура моющего раствора 40…60°С, частота вращения колесной пары 300 об/мин.
Применение операции мойки позволяет выполнить операцию УЗ контроля состояния поверхности колесной пары.
Однако состояние поверхности после очистки не удовлетворяет требования ТИ 07.16-98 и РД 07.37-2993, стойкость инструмента (металлических щеток) крайне низкая, трудоемкость изготовления щеток и дефицитных материалов щеток. Низкое качество поверхности обработанных изделий объясняется высокой и неконтролируемой скоростью износа щеток. В результате вводят дополнительные операции контроля и ручной зачистки необработанных участков, что значительно увеличивает трудоемкость и продолжительность операции, нарушает такт работы автоматизированного комплекса.
Известен способ подготовки колесных пар подвижного состава к дефектоскопии (заявка РФ №2002105327, В60S 1/68, опубл. 2003.12.10). Способ включает подачу рабочего материала к очищаемым поверхностям оси и дисков с заданной скоростью, механическое воздействие частиц рабочего материала на коррозионно-масляные отложения, возникающие на поверхности колесной пары в процессе эксплуатации, и удаление отложений, препятствующих непосредственному контакту датчиков дефектоскопа с металлом частей колесной пары, в качестве рабочего материала используют материал, меняющий свое физическое состояние вследствие удара об очищаемую поверхность, или материал, имеющий прочностные и физические свойства, в два-семь раз более низкие по сравнению с абразивным материалом: ледяную крошку, снежные частицы, покрытые тонкой коркой льда, или свежевыпавший снег, частицы сухого льда, или материал, имеющий твердость от 4 до 9 по шкале МООС, например мягкий абразив без острых углов типа бикарбоната натрия, стеклянные шарики или стеклянный порошок.
Однако подготовка ледяной крошки и снежных частиц, покрытых тонкой коркой льда и свежевыпавшего снега, не всегда возможна. Приготовление сухого льда и стеклянных шариков требует специального оборудования.
Стеклянные шарики имеют одноразовое применение. В струйных процессах их применяют на финишной операции отделки поверхности (операция сатинирования, в основном, в оптической индустрии - придание однотонности, бархатистости и устранение следов обработки). Для операций очистки промышленного применения стеклянные шарики не получили.
3
Из перечисленных в аналоге материалов максимальную твердость имеют стеклянные шарики (по шкале МООС 5, плотность 2,4 т/м), бикарбонат натрия (твердость 2,5, плотность 2,2). Следовательно, ниже энергия удара. Низкая твердость не обеспечивает требуемой производительности процесса.
Для операций очистки лед используют в пищевой промышленности. К достоинствам относят отсутствие инородных частиц (материала технологической среды) после операции очистки. Поскольку частицы льда при ударе испаряются при раскалывании, применение только одноразовое.
Бикарбонат натрия (сода). Применяют в виде перенасыщенного раствора для операций очистки уникальных изделий (памятники архитектуры от атмосферных загрязнений) или в пищевой промышленности. Размер частиц около 1 мкм, отсюда очень низкая производительность и невозможность удалять с поверхности лакокрасочные покрытия (ЛКП), ржавчину, окалину, нефтепродукты и т.д.
В качестве прототипа принят способ повышения коррозионной стойкости колесных пар подвижного состава (см. патент РФ №2249506, В60В 17/00, С23F 11/00, опубл. 10.05.2004), включающий очистку колесной пары струйным методом и защиту очищенных поверхностей от коррозии, отличающийся тем, что операции очистки и защиты от коррозии совмещают, при этом очистку ведут гранулами льда, которые получают путем распыления воды в массе жидкого азота, а посредством сжатого воздуха и создаваемого им вакуума в разгонно-эжекторном устройстве эжектируют полученные гранулы водяного льда одновременно с жидким азотом и полученную смесь подают на поверхность колесной пары, достигая азотированного слоя.
Воду распыляют в массе жидкого азота с получением гранул 3-5 мм. Полученные т.о. гранулы засыпают в расходный бункер, из которого гранулы за счет глубокого эжектирования воздухом высокого давления подают в разгонно-эжекторное устройство, на выходе из которого получают поток воздуха с гранулами. Давление воздуха 5 атм. Осуществляют антикоррозионную защиту жидким азотом.
Однако гранулы размером 3-5 мм не проникают в обрабатываемый материал, особенно если в проверяемом объекте имеются трещины и поры.
Очистка идет, по сути, без участия воды, только гранулами, а значит, удаление загрязнений недостаточно эффективно, что мешает визуальному контролю.
С увеличением размера частиц растет их масса, следовательно, увеличиваются затраты энергии на разгон. Но даже при высоких затратах энергии скорость частиц уменьшается по сравнению с мелкими фракциями. Главное, уменьшается степень проработки поверхности, т.к. крупные частицы оставляют между собой большое необработанное пространство (в технологической среде должно быть оптимальное сочетание крупных и мелких фракций, последние перекрывают промежутки между крупными). С увеличением размера частиц уменьшается количество ударов на единицу площади.
Частицы льда могут разрушить только узкоограниченные виды покрытий, с локальными местами непроработки даже легкоудаляемых покрытий. Частицы льда неприменимы для вымывания загрязнений из трещин, микропор, раковин и т.п. Размер частиц должен примерно соответствовать толщине покрытия. Для колесных пар (без учета грубых эксплуатационных загрязнений) толщина покрытия 10…300 мкм.
Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.
Решаемая задача - повышение показателей качества поверхности (ПКП) после операции очистки, которые обеспечивают возможность визуального и приборного контроля.
Технический результат - увеличение степени очистки, вымывание центров будущей коррозии из микротрещин.
Этот технический результат достигается тем, что в способе очистки колесных пар подвижного состава путем подачи к объекту очистки рабочей среды, включающей сжатый воздух, воду, технологический материал и одновременно ингибитор коррозии, рабочую среду подают в виде высокоскоростного потока суспензии с мелкодисперсными частицами крупностью 40…120 мкм, при скорости атаки 100…230 м/с, давлении сжатого воздуха 4…8 бар и давлении суспензии 1,5-4,0 бар, в качестве технологического материала используют мелкодисперсные частицы граната или оливина; в качестве ингибитора коррозии используют тринатрийфосфат в концентрации 0,03-1,5 об.%, технологический материал используют многократно.
Подача рабочей среды в виде высокоскоростного потока мелкодисперсных частиц на очищаемую поверхность, в трещины и микропоры позволяет очистить их и удалить (вымыть) засорение и центры будущей коррозии, одновременно проведя обработку ингибитором коррозии.
Давление подачи суспензии в разгонный аппарат применяют для уменьшения энергозатрат на сжатый воздух, надежность и стабильность подачи, преодоление противодавления.
Тринатрийфосфат (ГОСТ 201-76) наиболее распространен, доступен, обеспечивает требования антикоррозионной защиты, соответствует санитарным нормам. Применяли и другие материалы, например ФОСФОТЕХ - И2 (ТУ2332-012-75625634-2006). Но тринатрийфосфат предпочтительнее.
3
3
Гранат и оливин - природные материалы. Округлая форма имеет естественное происхождение. Твердость граната 6,5…7,5; твердость оливина около 6 по шкале МООС. Добычу производят открытым способом. Гранат TRGS 220 & 91/155/EG. Высочайший стандарт качества относительно минеральной чистоты и соответствия требованиям ISO 11126-10:2000 Е по содержанию хлоридов и свободного кремния, свободен от ферритов. Нормы ПДК: пыль менее 6 мг/м (оливин 8 мг/м). Отработанный гранат и оливин утилизируют на бытовых свалках.
Выпускают технический (искусственный) оливин (форстерит).
Способ осуществляют следующим образом.
Изделие помещают в специальную камеру, в которой осуществляют очистку, мойку и сушку. Используют сжатый воздух от цеховой магистрали. Рабочую среду подают в разгонное сопло и смесительную камеру с последующей подачей их к объекту очистки. Рабочим инструментом является высокоскоростной многофазный поток, состоящий из водовоздушной смеси, наполненной мелкодисперсными частицами, и ингибитора коррозии. Продолжительность очистки колесной пары составляет 2,5-3 минуты, для повышения эффективности обработки и сокращения энергозатрат используют ресивер сжатого воздуха. Ниже приведены примеры осуществления способа.
Пример 1.
Проводили очистку колесных пар в комплекте 12-ти штук в железнодорожном депо. Очищаемые изделия помещали в специальную камеру. Готовили компоненты для рабочей среды: сжатый воздух от цеховой магистрали давлением 4,5 бар, мелкодисперсные частицы граната крупностью 90 мкм с твердостью по шкале МООС 6,5, ингибитор коррозии - тринатрийфосфат в количестве 1 об.%. Вводили компоненты в смесительную камеру при давлении суспензии 3,0 бар в разгонное сопло. В качестве разгонного аппарата использовали монитор конструкции компании ИНТЕК. Скорость атаки составляла 170 м/с. Специальных мер по очистке воздуха от влаги и масла не применяли. Продолжительность очистки составляла примерно 2,5 минуты. Промывку и сушку изделия осуществляли в той же камере.
Чистота поверхности соответствует требованиям стандарта Sa 3 ISO 8501-01 и позволяет производить визуальный контроль поверхности.
После проведения операции очистки зафиксировано полное удаление всех типов загрязнений с получением светло-серой матовой поверхности без следов ржавчины. Визуально видны технологические дефекты в виде раковин, свищей, пригаров литья, забоин, надиров. Из трещин микропор вымыты все загрязняющие вещества. Визуально выявлена трещина, которая подтверждена при дефектоскопии прибором МД13ПР.
Пример 2.
Так же, как пример 1, проведен в железнодорожном депо, в специальной камере с использованием разгонного аппарата. Готовили компоненты рабочей среды. В качестве технологического материала использовали мелкодисперсные частицы оливина крупностью 90 мкм с твердостью по шкале МООС 6. Сжатый воздух от цеховой магистрали подавали под давлением 4,5 бар, компоненты в смесительную камеру - под давлением 3,0 бар. Скорость атаки составляла 170 м/с. Продолжительность очистки составляла примерно 3 минуты. Ингибитор коррозии - тринатрийфосфат, как в примере 1. Был несколько расширен круг обрабатываемых изделий: колесные пары специальной транспортной техники. Соответственно выявлялись новые типы загрязнений, например частицы металла, закатанного в поверхность изделия, которые визуализировались.
Пример 3.
Так же осуществляли в железнодорожном депо в специальной камере с использованием разгонного аппарата. Готовили компоненты рабочей среды. В качестве технологического материала использовали мелкодисперсные частицы глины кирпичных заводов крупностью 90 мкм, имеющие твердость по МООС 1,5. Ингибитор коррозии-тринатрийфосфат, как в примерах 1,2. Давление воздуха от цеховой магистрали 4,5 бар, давление суспензии 3,0 бар, скорость атаки 170 м/с. Продолжительность очистки 5 минут. Результаты, полученные в примере 1, подтвердились. Но для изделий, приведенных в примере 3, эффект очистки снизился и время обработки увеличилось. Очевидно, это обусловлено свойствами глины, в частности сравнительно низкой твердостью по МООС.
Могут быть использованы также электрокорунд, но он дорог, или речной песок, но он не соответствует санитарным нормам.
Поэтому предпочтительны гранат и оливин.
В других примерах меняли параметры процесса.
Меняли крупность частиц граната и оливина. Оптимальной оказалась крупность 40…120 мкм.
С уменьшением размера скорость полета частиц увеличивается, но при подлете к преграде (обрабатываемая поверхность) частицы критически минимальной массы (диаметр менее 40 мкм) сносит встречными потоками, отражаемыми от преграды, и в результате скорость атаки падает ниже критической. Увеличение диаметра частиц выше 120 мкм требует для достижения критических скоростей высоких затрат энергии, которые растут по параболической зависимости. В результате процесс становится менее эффективным.
В указанном диапазоне достигают максимальную плотность покрытия единичной поверхности и максимальное количество соударений на единицу поверхности.
3
Частицы минимальным размером (40 мкм) разгоняют до скорости 230 м/с, частицы максимального размера до минимальной скорости 100 м/с. Плотность оливина, граната, электрокорунда примерно одинакова и составляет 3,5…4,1 т/м.
Давление сжатого воздуха признано оптимальным в диапазоне 4,0…8,0 бар.
При давлении менее 4 бар производительность не удовлетворяет требованиям производственного процесса. Давление 4 бар применяют для удаления легкоудаляемых загрязнений, таких как легкая ржавчина, пыль, тонкие пленки нефтепродуктов и т.п.
Для удаления трудноудаляемых покрытий: лакокрасочных, окалины, застарелой ржавчины давление повышают до 8 бар с целью достичь требуемой производительности.
При снижении давления суспензии ниже 1,5 бар нет стабильности подачи суспензии в разгонное сопло.
Увеличение давления суспензии выше 4,0 бар обусловлено возможностями оборудования и неэкономично.
3
Концентрация ингибитора коррозии 0,03-1,5 об.% оптимальна. Уменьшение менее 0,03 об.% снижает эффект обработки (степень защиты от коррозии). А более 1,5 об.% обусловлен тем, что диапазон согласно требованиям санитарных норм ПДК в рабочей зоне не должна превышать 1 мг/м.
Твердость по МООС характеризует применяемый материал и влияет на производительность процесса. С увеличением твердости производительность обработки увеличивается. Но при твердости более 7,5 происходит резкое снижение стойкости инструмента (трубки разгонного аппарата).
Практическая значимость предлагаемого способа подтверждена производственными испытаниями. Отмечается высокое качество обрабатываемой поверхности, повысился выход годного и надежность проведения ремонтных работ. Материалы рабочей среды могут использоваться многократно. По результатам испытаний способ рекомендован к использованию на ремонтных предприятиях железнодорожного транспорта (депо и вагоноколесные мастерские) для проведения всех видов текущего и капитального ремонта, дефектоскопии, а также технического обслуживания.