авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

Обеспечение работоспособности цельнокатаных колес повышенной твердости, поступающих в ремонт с термомеханическими повреждениями

-- [ Страница 2 ] --

Третья глава посвящена исследованию влияния состояния поверхности катания вагонного колеса повышенной твердости на обрабатываемость его материала резанием. В процессе эксплуатации механические свойства поверхностных слоев металла колеса претерпевают значительные изменения. Это связано с упрочнением поверхностных слоев, во-первых, в результате наклепа, возникающего при пластическом деформировании металла колеса в процессе качения его по рельсу, и, во-вторых, в результате термомеханических повреждений. Оценить различие механических свойств металла колеса в различных точках сечения представляется возможным через определение разброса твердости металла по сечению колеса. В результате проведенных исследований установлено, что твердость металла колеса изменяется в весьма широких пределах: имеются упрочненные участки в результате наклепа твердостью 400 – 450 НV, распространяющиеся на глубину 0,8 – 1,6 мм от поверхности катания колеса, а также имеются участки закаленного металла твердостью 600 – 800 НV (область термомеханических повреждений), уходящих в глубь колеса на 2 – 4 мм. В отдельных случаях, в частности, в области крупных ползунов, металл упрочняется на глубины 5 – 7 мм. Кроме того, рядом авторов, – Девяткиным В. П., Лариным Т. В., Марковым Д. П. и другими, выделяются особо твердые участки (850 – 1000 НV) – так называемые «белые пятна». Именно такой разброс твердости по сечению колеса объясняет низкую обрабатываемость колесной стали резанием.

Решением вопросов, связанных с обрабатываемостью материала резанием занимались такие ученые, как Беспрозванный П. М., Брикс А. А., Грудов П. П., Зворыкин К. А., Зорев Н. Н., Исаев А. И., Кривоухов В. А., Лоладзе Т. Н., Макаров А. Д., Подураев В. Н., Резников Н. И.,Ташлицкий Н. И., Тиме И. А., Усачев Я. Г., Фельдштейн Э. И.,Четвериков С. С. и др. Ими были раскрыты многие закономерности процесса резания материалов, связанных с этим понятием. Однако установленные закономерности не отражают влияния всего многообразия параметров на обрабатываемость материала деталей с эксплуатационными дефектами. Поэтому предлагается оценивать обрабатываемость срезаемого слоя металла колеса с ТМП при восстановлении его профиля через допустимую скорость резания по стойкости режущей пластины на удар .Для определения значения напряжения, возникающего на передней поверхности резца в момент его ударного взаимодействия с дефектом, необходимо напряжение при стабильном резании умножить на коэффициент удара (µ).

В результате проведенного в ОмГУПСе экспериментального исследования процесса прерывистого резания колесной стали повышенной твердости была построена регрессионная модель зависимости коэффициента удара от таких параметров, как скорость и глубина резания, подача и твердость металла, которая в кодированных значениях выглядит следующим образом:

; (12)

здесь ,,, – кодированные значения скорости резания, глубины резания, подачи и твердости металла, соответственно.

Оценка значимости коэффициентов регрессии по критерию Стьюдента показала, что факторы ,,незначимы и ими при построении модели можно пренебречь. Исходя из этого, модель принимает следующий вид

; (13)

Проверка адекватности полученной модели по критерию Фишера показала, что модель адекватна при 5 % уровне значимости. Переход от кодированных значений к натуральным величинам позволил получить зависимость коэффициента удара от скорости резания в диапазоне скоростей от 15 до 55 м/мин:

; (14)

где – скорость резания, м/мин.

При переходе на натурную технологическую систему, с учетом момента инерции вращающихся масс, зависимость (14) принимает вид:

. (15)

где – поправочный коэффициент, учитывающий момент инерции технологической системы.

На рис. 5 приведены графики, полученные числовым расчетом контактных напряжений, возникающих на передней поверхности режущего инструмента в момент удара, при обточке вагонного колеса при твердости металла, изменяющейся в диапазоне 350 – 750 HV.

Предел прочности на сжатие отечественных режущих твердосплавных пластин не превышает 5,5 – 6,0 ГПа, а импортных, в частности, фирмы Sandvik – Coromant, – не более 6,5 – 7 ГПа. Таким образом, анализируя рис. 5, можно сделать вывод о том, что выполнить обточку вагонного колеса повышенной твердости при наличии ползуна на его поверхности катания, в области которого металл упрочнен до 650 HV и более, нормализованным режущим инструментом практически невозможно.

 ависимость контактных напряжений-62

Рис. 5 Зависимость контактных напряжений от скорости резания

(t=5 мм; S=1,14 мм/об.)

Четвертая глава посвящена совершенствованию технологии восстановления профиля вагонных колес повышенной твердости. Разработан способ, позволяющий улучшить обрабатываемость срезаемого слоя металла колеса при восстановлении его профиля, который заключается в том, что предлагается устранять с поверхности катания колеса термомеханические повреждения (ползуны, выщербины) методом местного силового врезного шлифования.

Реализовать метод местного силового врезного шлифования при удалении термомеханических повреждений можно путем применения следующих схем обработки (рис. 6 а, б ). По схеме, представленной на позиции а рис.6, выполняется врезание периферией вращающегося шлифовального круга в дефектную область; вагонное колесо при этом совершает возвратно-вращательное движение с целью обработки дефектного участка по всей длине, а также для предотвращения заклинивания и разрушения шлифовального круга. Кроме того, шлифовальный круг должен совершать возвратно-поступательное движение вдоль оси вагонного колеса для того, чтобы траектория движения точек шлифовального круга по обрабатываемому участку принимала некоторую эллиптическую форму, позволяющую уменьшить пятно контакта шлифовального круга с поверхностью колеса и, как следствие, – уменьшить тепловые напряжения в зоне обработки. Схема обработки, изображенная на позиции б рис. 6, отличается тем, что вагонное колесо в процессе обработки остается неподвижным, а чтобы выполнить обработку по длине всего дефекта, шлифовальному кругу придается дополнительное возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости.

а б

Рис. 6 Схемы обработки вагонных колес при удалении ТМП методом местного силового врезного шлифования

Разработанный способ по сравнению со способом врезного профильного высокоскоростного шлифования (ВПВШ) более экономичен по расходу абразивного инструмента и более производителен в силу того, что обработка производится не по всей длине окружности колеса, а лишь на определенном участке, содержащем дефект. Остальной технологически необходимый слой металла для восстановления профиля колеса снимается резцом на последующей токарной операции.

Исходя из анализа существующей технологии и исследований, выполненных в данной работе, построена маршрутная технология восстановления профиля вагонных колес повышенной твердости с эксплуатационными дефектами.

Проектная технология отличается от базовой следующими моментами:

1) на операции входного контроля разделяют вагонные колеса, поступающие в ремонт на две группы в зависимости от степени их поврежденности в эксплуатации;

2) наличием дополнительной технологической операции (подготовительной) при ремонте вагонных колес со второй степенью поврежденности, нацеленной на удаление ТМП с поверхности катания вагонных колес методом местного силового врезного шлифования;

3) разбивкой токарной операции на две, при этом на первой выполняется черновое обтачивание профиля колеса, а на второй – чистовое обтачивание профиля. Для выполнения второй операции необходимо использовать технологическое оборудование с наименьшим износом узлов и механизмов.

Применение научных и инженерных разработок и соблюдение предложенных рекомендаций на ремонтных предприятиях железнодорожного транспорта позволит повысить качество ремонта колесных пар и сократить затраты на ремонт, что подтверждает производственный эксперимент, выполненный в ВЧД Московка Западно-Сибирской железной дороги (акт о проведении эксперимента прилагается).

В пятой главе выполнено технико-экономическое обоснование внедрения результатов исследований на ремонтных предприятиях железнодорожного транспорта. Экономический эффект достигается за счет обеспечения пробега колес, поступивших в ремонт с термомеханическими повреждениями, между обточками до уровня пробега новых и составляет 0,9 тыс. р. на единицу продукции (вагонное колесо). Кроме того, экономический эффект связан с сокращением затрат на инструментальные материалы при восстановлении профиля колеса и дополнительно составляет 0,3 тыс. р. Срок окупаемости дополнительных капиталовложений – 0,08 года.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Анализ повреждаемости в эксплуатации колес повышенной твердости, показал, что более 62 % из них поступают в ремонт с термомеханическими повреждениями на поверхности катания, в том числе 28 % – по ползунам, 34 % – по выщербинам.

2. Установлено, что колеса, обточенные на специализированных станках для удаления термомеханических повреждений, имеют на поверхности катания макровыступы высотой 170 – 750 мкм, которые образуются в результате упругой деформации технологической системы при ударном взаимодействии дефектного участка колеса с режущим инструментом.

3. Математическое моделирование процесса взаимодействия колеса, содержащего на поверхности катания технологически наследованный выступ, и рельса показало, что значения дополнительных напряжений в пятне контакта, возникающих в момент удара, при осевой нагрузке 200 кН и скорости поезда 50 – 70 км/ч, могут изменяться от 500 до 2500 МПа.

4. Расчеты на усталость колесной стали позволили установить, что при максимальном напряжении цикла, изменяющемся от 2460 до 3390 МПа, число циклов нагружений до момента образования выщербины браковочного размера находится в пределах 8,6·107 – 3,2·107. Это соответствует пробегу 258 – 96 тыс. км, что на 22 – 184 тыс. км меньше гарантированного пробега для нового колеса.

5. Исследование состояния поверхности и поверхностного слоя профиля катания колес, поступающих в ремонт, показало, что твердость стали в области термомеханического повреждения достигает значений 650 HV и более, при этом глубина упрочненного слоя равна 6 – 8 мм, и такой материал нецелесообразно обрабатывать лезвийным инструментом. Физическое моделирование процесса прерывистого резания колесной стали повышенной твердости показало, что в момент ударного взаимодействия режущего инструмента и обрабатываемого материала происходит резкое увеличение силы резания, которая в 1,32 – 2,75 раз превосходит силу, возникающую в процессе стабильного резания.

6. Предложен новый способ обработки участков термомеханических повреждений колес и разработана установка для реализации данного способа [9,10], который позволяет за счет предварительного удаления упрочненного металла обточить профиль колеса на рациональных режимах резания. Это обеспечивает необходимое качество обработанной поверхности (волнистость – не более 0,2 мм) и пробег колеса не ниже, чем у нового (279,7 тыс. км), а также снижение технологического износа колеса в 1,5 – 2,0 раза за счет уменьшения припуска на механическую обработку.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Обрывалин А. В. Ресурсосберегающая технология механической обработки вагонных колес повышенной твердости с эксплуатационными дефектами / А. В. Обрывалин // Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта: Сб. науч. статей аспирантов и студентов университета / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2007. С. 117 – 121.

2. Рауба А. А. Анализ проблем эксплуатации вагонных колесных пар с колесами из стали повышенной твердости/ А. А. Рауба, А. В. Обрывалин // Инновационные проекты и новые технологии на железнодорожном транспорте: Материалы науч.-практ. конф./ Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2008. С. 91 – 95.

3. Обрывалин А. В. О перспективах сокращения расхода твердосплавных пластин при лезвийной обработке вагонных колес повышенной твердости с эксплуатационными дефектами / А. В. Обрывалин // Труды Всероссийской науч.-практ. конф. «Транспорт 2008» / Ростовский гос. ун-т путей сообщения. Ростов-на-Дону, 2008. С.47 – 49.

4. Рауба А. А. Совершенствование технологии механической обработки вагонного колеса повышенной твердости с термомеханическими повреждениями / А. А. Рауба, А. В. Обрывалин // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения: Науч.-техн. журнал / Ростовский гос. ун-т путей сообщения. Ростов-на-Дону, 2009. С. 64 – 68.

5. О проблеме восстановления профиля вагонного колеса повышенной твердости с эксплуатационными дефектами / А. А. Рауба, А. В. Обрывалин и др. // Конструкционно-технологическое обеспечение надежности колес рельсовых экипажей: Сб. науч. тр. / Петербургский гос. ун-т путей сообщения. С-Петербург, 2009. С. 50 – 55.

6. Обрывалин А. В. Подготовка поверхности катания вагонного колеса повышенной твердости с эксплуатационными дефектами к механической обработке / А. В. Обрывалин // Совершенствование технологии ремонта и технического обслуживания вагонов: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2009. С. 37 – 41.

7. Обрывалин А. В. Обрабатываемость резанием материала вагонных колес повышенной твердости при наличии эксплуатационных дефектов / А. В. Обрывалин // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование: Науч. журнал / Иркутский гос. ун-т путей сообщения. Иркутск, 2009. С. 30 – 36.

8. Рауба А. А. Совершенствование технологического процесса ремонта колесных пар подвижного состава с колесами из стали повышенной твердости / А. А. Рауба, А. В. Обрывалин, М. И. Бисерикан // Инновационные проекты и новые технологии на железнодорожном транспорте: Материалы науч.-практ. конф. Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2009. С. 35 – 40.

9. Пат. 76273 Российская федерация, МПК B 24 B 5/46 Установка по подготовке поверхности катания вагонного колеса к лезвийной обработке /
А. В. Обрывалин; заявитель и патентообладатель Омский гос. ун-т путей сообщения. – № 2008114949; заявл. 16.04.08; опубл. 20.09.08 – 2 с.

10. Пат. 85847 Российская федерация, МПК B 24 B 5/46 Установка для удаления термомеханических повреждений железнодорожных колес повышенной твердости / А. В. Обрывалин; заявитель и патентообладатель Омский гос. ун-т путей сообщения. – № 2009116179; заявл. 28.04.09; опубл. 20.08.09 – 2 с.

____________________________________________________

Типография ОмГУПСа, 2010. Тираж 100 экз. Заказ

644046, г. Омск, пр. Маркса, 35



Pages:     | 1 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.