WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Моделирование контактного взаимодействия проводилось в два этапа согласно схеме контакта неровностей со сферической формой вершин, которая удовлетворяет всем условиям контакта, поскольку обладает осевой симметрией. На первом этапе определены основные параметры контакта шероховатых поверхностей деталей тележки: контурная площадь контакта Ас контурное давление по вершинам неровностей рс, сближение неровностей в контакте. Анализ зависимостей позволил определить, что сближение поверхностей при изменении волнистости Wa от 40 до 180 мкм увеличивается на 34 – 47 % поскольку контурное давление по вершинам неровностей достигает 870,837 МПа и превышает предел текучести материала деталей (стали 20ГЛ) в 2,45 раза.

Картина рассмотрения контактного взаимодействия деталей тележки на втором этапе была сведена к описанию модели усталостного разрушения поверхностей, которая характеризуется фактическим объемом деформированного металла Vr. Она основывается на построении кривой опорной поверхности 1, описывающей траекторию деформирования профиля неровностей 2 и позволяющей создать схему определения объема деформируемого металла (рис. 3, а). При этом площадь деформации отдельных неровностей на каждом элементарном участке деформирования шероховатой поверхности представляется как dAr, а остаточная глубина деформации – dh, откуда объем dVr = dArdh. Решение тройного интеграла при моделировании деформации единичной неровности со сферической вершиной радиусом r при условии Ar = r2, позволило вывести уравнение расчета объема деформированного материала Vr по контурной площади контакта Ас, учитывающее влияние волнистости Wa и шероховатости Rz рабочей поверхности трения детали:

(2)

В соответствие с уравнением (2) построены графики функций объема металла при деформации Vr1 = f1(Wa) и Vr2 = f2(Wa) – рабочих поверхностей надрессорной балки и боковой рамы тележки за один цикл нагружения (рис. 3, б).

Рис. 3. Результаты физико-математического моделирования: а – схема разрушения неровностей поверхностей; б – зависимости Vr1 = f1(Wa) и Vr2 = f2(Wa): 1 – опорная поверхность подпятника; 2 – наклонная плоскость; 3 – наружный бурт; 4 – опорная и 5 – направляющая поверхности буксового проема

В третьей главе выполнен анализ результатов исследования по оценке связи показателей качества рабочих поверхностей трения надрессорной балки и боковой рамы с эксплуатационным показателем ресурса – размерным износом Iраз деталей, отнесенным к межремонтному пробегу тележки в 120 тыс. км.

Для построения уравнений регрессии размерного износа Iраз спланирован и проведен интерполяционный активно-пассивный эксперимент с неуправляемыми факторами, уровни варьирования которых перед испытаниями не задавались и значения их были произвольными. Анализ качества обработки деталей при ремонте показал, что основную часть погрешностей составляют отклонения размеров (57,8 %), отклонения от формы и расположения поверхностей (32,5 %), а именно: непараллельность плоских поверхностей надрессорной балки и буксового проема боковой рамы, некруглость наружного и внутреннего буртов подпятника (34,2 %), волнистость и повышенная шероховатость (28 – 29,7 %) поверхностей. Технологически обоснованно данные геометрические параметры деталей были выбраны в качестве доминирующих факторов математических моделей размерного износа рабочих поверхностей трения с целью определения рациональных допусков их значений для технологии ремонта, способствующих снижению износа деталей. Согласно классификации А. И. Якушева факторы разделены на отклонения – третьего порядка: x1 – волнистость поверхностей трения Wa; второго и первого: x2 – отклонения от формы и расположения поверхностей H (Нпар, Нкр); нулевого: x3 – отклонения размеров.

Участвовавшие в эксперименте детали проходили эксплуатационные испытания при межремонтном пробеге тележки в 120 тыс. км, после чего замерялся размерный износ рабочих поверхностей, величина размерных и геометрических факторов которых фиксировалась после ремонта. С целью построения математических моделей эксплуатационного показателя ресурса деталей проведен корреляционно-регрессионный анализ полученных результатов.

Математическая модель, описывающая процесс изнашивания деталей, представляет собой уравнения размерного износа Iраз поверхностей вида:

(3)

где – функция отклика Iраз; x1, x2,…, xk – аргументы (факторы Wa, Hi, ).

Поскольку прогнозирование по замыслу носит отборочный характер, интерполяционный эксперимент по выявлению связи размерного износа Iраз с показателями качества Wa, Hi, представляется в виде линейных функций отклика М1 и М2 для надрессорной балки (1) и боковой рамы (2):

(4)

где Аi, Вi, Сi – коэффициенты пропорциональности уравнений регрессии для i рабочих поверхностей надрессорной балки; Аj, Вj, Сj – для j рабочих поверхностей боковой рамы тележки (i = 7, j = 2).

При моделировании рассматривался износ плоских поверхностей 1 и 2 подпятника, поверхностей 3, 4 наружного и 5, 6 внутреннего буртов подпятника в продольном и поперечном сечениях (рис. 4), наклонных плоскостей 7 (рис. 5, а), а также опорных 1 и направляющих 2 поверхностей буксового проема (рис. 5, б). При этом учитывались размерные отклонения этих поверхностей, непараллельность Нпар относительно баз А – Д и некруглость Нкр (рис. 4, 5).

Рис. 4. Отклонения геометрических и размерных показателей качества

рабочих поверхностей подпятникового места надрессорной балки

а б

Рис. 5. Отклонения геометрических и размерных показателей качества

наклонных плоскостей (а) и поверхностей буксового проема боковой рамы (б)

Для определения коэффициентов пропорциональности Q, А, В и С решалось уравнение эмпирической множественной регрессии вида:

(5)

(6)

где средние арифметические значения факторов и размерного износа; sX, sY, sZ и sV – среднеквадратические отклонения факторов и размерного износа; VX, VY, VZ и V – коэффициенты корреляции величин X, Y, Z, V.

После проведения всех расчетов составлены уравнения регрессии размерного износа Iраз рабочих поверхностей надрессорной балки:

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

Расчет коэффициентов детерминации факторов X, Y, Z показали, что наибольшее влияние на износ надрессорной балки и боковых рам оказывают отклонения размеров поверхностей после ремонта (Z) – 43 – 46 %, меньшее – отклонения формы Нi (Y) и волнистость Wa (X) – 29 – 42 % и 15 – 25 %.

Составлены зависимости фактического ресурса L деталей тележки от волнистости Wa (рис. 6) и отклонений геометрических параметров Нi и.

а б

Рис. 6. Зависимости фактического ресурса деталей тележки от волнистости Wa: рабочие поверхности буксового проема (а) и надрессорной балки (б)

Составленная методика прогнозирования ресурса на основе расчетов износа по уравнениям регрессии позволила определить рациональные значения показателей качества обработки, обеспечивающие межремонтный ресурс деталей в 120 тыс. км, и ужесточить ремонтные допуски на отклонения геометрических параметров Wa, Hi, рабочих поверхностей надрессорной балки и боковой рамы при деповском ремонте. Установлено, что ширину буксового проема необходимо уменьшить с 343 до 338,4 мм, а диаметр подпятника – с 305 до 303,3 мм, непараллельность плоских поверхностей обеспечить в пределах не более 0,2 – 0,5 мм, некруглость буртов подпятника по окружности – не более 0,1 мм, а волнистость поверхностей трения – 35 – 60 мкм для плоских поверхностей и 40 мкм – по образующим цилиндрических поверхностей буртов подпятника.

Погрешность прогнозирования Iраз по формулам (7) – (13) находится в пределах ± 5 – 7 %, что указывает на удовлетворительную воспроизводимость эксперимента. Снижение износа деталей тележки после ремонта с обеспечением предлагаемого диапазона допусков геометрических параметров по сравнению с установленными ранее составило 14 – 18 % для цилиндрических поверхностей подпятника, 16 – 19 – для плоских опорных поверхностей надрессорной балки и 17 – 22 % – для поверхностей буксового проема боковой рамы (рис. 7).

а б

Рис. 7. Зависимости износа поверхностей трения деталей от фактического пробега тележки: поверхности надрессорной балки (а) и боковой рамы (б)

Анализ результатов исследования показал, что применяемая технология ремонта деталей тележки обеспечивает нерациональные значения показателей качества рабочих поверхностей после обработки для достижения заданного ресурса деталей в эксплуатации и требует совершенствования и улучшения.

В четвертой главе изложена стратегия совершенствования технологии механической обработки восстановленных наплавкой деталей тележки для достижения значений геометрических и размерных показателей качества поверхностей деталей после ремонта, обеспечивающих нормативный пробег тележки в 120 тыс. км. Указанная стратегия заключается

в осуществлении выбора оптимальной кинематической схемы механической обработки и специального оборудования для реализации такой схемы;

в проектировании, изготовлении и испытании специального режущего инструмента для восстановления деталей механической обработкой;

в определении оптимальных параметров режущей части инструмента и режимов резания при обработке восстановленных наплавкой поверхностей.

С целью улучшения качества ремонта деталей тележки разработаны технологии комбинированного фрезерования подпятникового узла надрессорной балки на специальном станке 46.6898 (рис. 8, а), фрезерования наклонных плоскостей на станке СФ-1 (рис. 8, б) и опорной поверхности буксового проема боковой рамы на станке «ФРЕСТ» (рис. 8, в).

а б в

Рис. 8. Схемы обработки рабочих поверхностей деталей тележки

Для реализации схем обработки спроектированы комплекты специального сборного инструмента (рис. 9, 10). Кинематическая схема фрезерования на станке 46.6898 предусматривает одновременное использование при обработке подпятника двух фрез, перемещающихся по окружности подпятникового узла, с целью обработки его за один оборот планетарного механизма шпиндельной головки. Конструкция планетарного механизма перемещения двух вращающихся шпинделей защищена патентом на полезную модель.

Оригинальная конструкция разработанных сборных инструментов гарантирует надежное крепление специальных и стандартных сменных твердосплавных режущих пластин с помощью клиновых зажимов и установочных элементов, располагающихся по наружным диаметрам ступеней корпуса в такой последовательности, что позволяет завершить обработку рабочих поверхностей за один проход, обеспечив требуемые форму и размеры надрессорной балки и боковой рамы.

На основе анализа схем образования неровностей (рис. 11) спланирован и проведен эксперимент с использованием симплекс-решетчатых планов 3-го порядка. Составлены уравнения регрессии (14) и (15) зависимости шероховатости Rz и волнистости Wa обработанных поверхностей от факторов – главного (x1) и вспомогательного 1 (x2) углов в плане и радиуса r (x3) при вершине режущей части. Построены графики функций откликов (рис. 12), которые позволили определить оптимальные значения параметров, 1 и r, обеспечивающие рациональные значения Wa и Rz поверхностей для повышения износостойкости деталей в эксплуатации. В результате выбраны трех-, четырех- и пятигранные твердосплавные пластины марок TNMM, SNUM и PNUM с требуемыми значениями радиуса при вершине r, обеспечивающие необходимые углы резания в плане и 1 при установке пластин в корпусах инструментов. Кроме этого для обработки опорной поверхности и наружного и внутреннего цилиндрических буртов подпятника применяется резцовая вставка, полученная переточкой призматической пластины марки LNUX и имеющая радиус r при вершине 4 мм, что позволяет обеспечить волнистость поверхностей Wa в пределах 20 – 30 мкм.

(14)

(15)

Рис. 11. Образования неровностей при изменении геометрии режущей части

Для перехода из симплексной системы координат к натуральным значениям факторов применяются следующие выражения:

а б

Рис. 12. Функции откликов Wa = f(x1, x2, x3) (а) и Rz = f(x1, x2, x3) (б)

Анализ результатов планирования экспериментов с использованием некомпозиционных планов 2-го порядка позволил определить оптимальные значения параметров режима резания при обработке на специальных станках подпятникового места и наклонных плоскостей надрессорной балки, опорной поверхности боковой рамы тележки, обеспечивающие заданное качество обработки: частота вращения инструмента – 300 – 350 об/мин, подача инструмента за оборот шпиндельной головки – 4 – 5 мм, глубина резания – 6 – 7 мм.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»