WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

ПЕТРАКОВА Анна Геннадьевна

ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО РЕСУРСА ЦЕЛЬНОКАТАНЫХ КОЛЕС ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ ПУТЕМ ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНОГО ИНТЕРВАЛА ИХ ТВЕРДОСТИ

Специальность 05.22.07 – «Подвижной состав железных дорог, тяга поездов и электрификация»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

ОМСК 2008

Работа выполнена в Омском государственном университете путей сообщения.

Научный руководитель:

кандидат технических наук, профессор

АХМЕДЖАНОВ Равиль Абдрахманович.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

НИКОЛАЕВ Виктор Александрович;

кандидат технических наук, профессор

МАСЯГИН Василий Борисович.

Ведущая организация:

Дальневосточный государственный университет путей сообщения

(ДВГУПС, г. Хабаровск).

Защита диссертации состоится 23 декабря 2008 г. в 11 ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 218.007.01 при Омском государственном университете путей сообщения (ОмГУПСе) по адресу: 644046, г. Омск, пр. Маркса, 35, ауд. 112.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОмГУПСа.

Автореферат разослан ___________2008 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой

печатью учреждения, просим направлять в адрес диссертационного совета

Д 218.007.01.

Тел./факс: (3812) 31-13-44; E-mail: nauka@omgups.ru

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор

О. А. Сидоров.

________________________

© Омский гос. университет

путей сообщения, 2008

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Эксплуатационный ресурс и надежность колесной пары в большинстве случаев определяются состоянием поверхности катания колеса, от которого зависит безопасность движения подвижного состава.

Интенсивность износа по профилю обода колесных пар за последнее время существенно возросла. К основным причинам этого можно отнести повышение скорости движения поездов и нагрузки на ось без существенного изменения конструкции колесной пары. Одним из путей снижения интенсивности изнашивания колес является повышение стойкости материала к дефектообразованию. Руководством ОАО «РЖД» была принята комплексная программа «Реорганизация и развитие отечественного локомотиво- и вагоностроения, организация ремонта и эксплуатации пассажирского и грузового подвижного состава на период 2001 – 2010 гг.», в которой предусмотрено применение колес с повышенной твердостью обода до 340 – 360 НВ.

Результаты эксплуатации колес повышенной твердости на Южно-Уральской, Западно-Сибирской и Свердловской железных дорогах в период 2006 – 2008 гг. показали, что 90 – 95 % отцепок грузовых вагонов приходится на неисправности колесных пар. Например, из отцепленных в 2006 г. в эксплуатационном депо ВЧД-12 Западно-Сибирской железной дороги вагонов дефекты поверхности катания колес составили 80 – 84 %, около 60 % этих колес имели пробег до 10 тыс. км. По данным ремонтных депо объем работ по механической обработке колес грузовых вагонов не уменьшился. Основными причинами роста частости обточек колесных пар являются выщербины и выщербины с ползунами. При этом у колес повышенной твердости по сравнению с цельнокатаными колесами количество этих дефектов увеличилось на 30 %. Частое восстановление профиля колес обточкой приводит к значительным затратам денежных средств и к сокращению срока службы колес. Поэтому проблема повышения эксплуатационного ресурса цельнокатаных колес грузовых вагонов является актуальной.

Цель диссертационной работы – снижение интенсивности изнашивания цельнокатаных колес грузовых вагонов путем выбора рационального интервала их твердости.

Поставленная цель потребовала решения следующих задач:

1. Анализ влияния твердости на надежность и ресурс цельнокатаных колес грузовых вагонов по данным эксплуатации ОАО «РЖД».

2. Экспериментальные исследования влияния твердости и нагрузок на интенсивность изнашивания и ресурс колесной стали.

3. Определение рационального интервала твердости цельнокатаных колес грузовых вагонов методами математического моделирования.

4. Разработка методики входного контроля качества цельнокатаных колес грузовых вагонов в условиях ремонтных депо.

Методы исследования. Теоретические исследования базируются на методах математического анализа и трибологии. В экспериментальных исследованиях использованы методы регрессионного анализа некомпозиционного ротатабельного плана второго порядка и симплекс-решетчатого плана. Обработка теоретических и экспериментальных результатов взаимодействия колес повышенной твердости и рельса выполнена на ЭВМ с применением разработанных и типовых математических программ. Экспериментальные исследования проведены на специально разработанном оборудовании в лаборатории ОмГУПСа.

Научная новизна диссертации заключается в следующем:

разработаны математические модели оценки влияния твердости и нагрузок на интенсивность изнашивания цельнокатаных колес грузовых вагонов;

определен рациональный интервал твердости цельнокатаных колес грузовых вагонов, обеспечивающий уменьшение износа и увеличение эксплуатационного ресурса колеса;

предложена методика входного контроля качества цельнокатаных колес грузовых вагонов, которая позволяет, не нарушая пригодности их к дальнейшей эксплуатации, выявлять несоответствия требованиям ГОСТ 10791-2004, тем самым способствуя повышению безопасности движения.

Достоверность научных положений и результатов диссертационной работы обоснована теоретически и подтверждена экспериментально с использованием метрологически аттестованной аппаратуры. Расхождение теоретических и экспериментальных данных не превышает 5 %.

Практическая ценность работы заключается

в предложенной рекомендации по выбору рационального интервала твердости колеса, позволяющей повысить эксплуатационный ресурс цельнокатаных колес грузовых вагонов;

в разработанной методике входного контроля качества цельнокатаных колес для вагоноремонтных предприятий;

в создании методики проведения лабораторных и практических занятий на кафедре «Технология транспортного машиностроения» ОмГУПСа.

Реализация результатов диссертационной работы.

Результаты исследований включены в отчет по научно-исследователь-ским и поисковым работам кафедры «Вагоны и вагонное хозяйство» ОмГУПСа (тема – «Повышение эффективности и надежности вагонов в эксплуатации»; номер гос. рег. 01.200106580 и № ГР 01.970002371), выполненным для ОАО «РЖД».

Входной контроль качества цельнокатаных колес внедрен в вагонном депо ст. Омск-Сортировочный Западно-Сибирской железной дороги, что подтверждается соответствующим актом.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на всероссийской научно-технической конференции «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» (Красноярск, 2005), на межрегиональной научной конференции «Молодежь и наука – третье тысячелетие» (Красноярск, 2005), на Уральской конференции «Контроль технологий, изделий и окружающей среды физическими методами» (Курган, 2006), на международных научно-технических конференциях «Новые материалы и технологии в машиностроении» (Брянск, 2006, 2008 гг.).

Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в девяти научных работах, две из которых – в изданиях, определенных ВАК Минобрнауки России.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников, содержащего 130 наименований, и приложения. Текст диссертации изложен на 190 страницах, содержит 41 рисунок и 38 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и основные задачи исследования. Дана краткая характеристика проблемы, поставлена цель, сформулированы научная новизна и практическая значимость работы.

Первая глава посвящена анализу причин повреждения поверхности катания цельнокатаных колес грузовых вагонов в процессе эксплуатации по данным ОАО «РЖД» и состоянию исследований по решению проблемы снижения интенсивности изнашивания и повышению эксплуатационного ресурса.

Исследованию природы износа колесных пар посвящены труды многих отечественных ученых: Омарбекова А. К., Школьника Л. М., Ларина Т. В., Девяткина В. П., Щапова Н. П., Лужнова Ю. М., Горячевой И. Г., Крагельского И. В., Буше Н. А., Чичинадзе А. В., Вериго М. Ф., Захарова С. М., Лисицына А. Л. и др.

Изучение контактных явлений между колесом и рельсом с учетом условий эксплуатации показало – образование дефектов на поверхности катания колеса и нарастание скорости их изнашивания, ведущих к полной или частичной потере их работоспособности, зависят от многих факторов.

В работах Данилова В. Н., Захарова С. М., Цикунова А. Е., Ахметзяно-

ва М. Х., Вериго М. Ф., Кашникова В. Н., Плохова Е. М., Жулькина М. Н., Кислика В. А., Андреева А. И., Комарова К. Л., Карнущенко Н. И., Буйносова А. П., Неглинского В. В., Лысюка В. С., Краева А. С., Осенина Ю. И. рассмотрены пути снижения износа и способы повышения эксплуатационного ресурса колеса.

Установлено, что из всего комплекса мер наиболее эффективным способом снижения интенсивности изнашивания цельнокатаных колес грузовых вагонов в настоящее время является повышение стойкости материала колеса к дефектообразованию путем увеличения твердости обода.

Мониторинг цельнокатаных колес повышенной твердости и качества службами вагонного хозяйства ОАО «РЖД» показал неоднозначное влияние твердости на дефектообразование, это подтверждается проведенным аналитическим обзором. Так, уменьшение количества дефектов типа «тонкий гребень» объясняется увеличением твердости поверхности катания колеса, которая в тоже время приводит к увеличению образования дефектов типа «выщербина» и «ползун». В работах Горина Д. И., Крагельского И. В., Кащеева В. Н., Розена (Rosen), Велинджера (Wellinger), Розенберга (Rosenberg), Чичинадзе А. В., Шура Е. А., Захарова С. М., Ахметзянова М. Х., Карпущенко Н. И. и других исследователей прослеживаются разноречивые суждения о влиянии твердости на износостойкость и ресурс колес.

Такое неоднозначное влияние твердости на дефектообразование в колесах повышенной твердости требует детального исследования.

Во второй главе изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния твердости и нагрузок на интенсивность изнашивания и ресурс колесной стали.

Изучение техники трибологических исследований и испытаний позво­лило создать экспериментальную установку (рис. 1), в которой взаимодействие системы «колесо – рельс» смоделировано парой трения в виде двух роликов, один из которых представляет поверхность катания колеса, другой – рельса. Последний выполнен в виде диска с пропилом параллельно оси вращения, что позволяет дополнительно имитировать циклическое взаимодействие стыков рельса с колесом. Модель колеса изготовлена из цельнокатаного колеса. Термическая обработка образцов проводилась в соответствии со значением твер

дости цельнокатаного колеса, варьируемой от 293 до 363 НВ согласно требованиям ГОСТ 10791-2004. Модель рельса изготовлена из рельса Р65, термическая обработка которого проводилась до среднего значения твердости 363 НВ в соответствии с ГОСТ Р51685-2000. Контроль твердости осуществлялся твердомером ТШ-2М.

При проведении эксперимента были созданы условия, близкие к реальным и основанные на использовании -теоремы: линейная скорость имитатора колеса установлена равной линейной скорости колесной пары в рабочих режимах. Расчетным путем определены нагрузки, действующие на колесо в процессе эксплуатации при прохождении как прямых, так и кривых участков пути с радиусом 4000, 2966, 1573 и 180 м, и количество циклов, соответствующее периоду интенсивного дефектообразования на поверхности катания колеса. На основе метода анализа размерностей с помощью масштабных коэффициентов осуществлен переход от натуральных параметров к моделируемым. Коэффициент подобия профилей рабочих поверхностей реальных колеса и рельса и их моделей равен трем. Шероховатость поверхностей образцов соответствует стадии приработки колеса и рельса, т. е. Ra = 1,25 мкм.

Проверка контактных напряжений при взаимодействии роликов проводилась путем расчета размеров пятна контакта и контактных напряжений по методике Ткаченко В. П. Построены графики зависимости их от твердости материала колеса (рис. 2, а, б).

В результате теоретических исследований установлено, что с увеличением твердости материала колеса площадь пятна контакта пары «колесо – рельс» уменьшается (см. рис. 2, а), а величина контактных напряжений растет (см. рис. 2, б). При контактировании трущихся тел на относительно малой площади контакта отдельные ее участки оказываются чрезмерно перегруженными, что приводит к образованию перегретых зон. Если перегрев достигает температуры рекристаллизации, то неизбежно разупрочнение такого участка. Дальнейшее повышение нагрузки сопровождается увеличением размеров площади контакта и уменьшением контактных напряжений, что приводит к смене видов разрушения. Квазистационарное разрушение поверхностного слоя металла колеса переходит в квазипериодическое (усталостное) разрушение подповерхностного слоя. В процессе эксплуатации благодаря повышению твердости поверхностных слоев цельнокатаного колеса вследствие наклепа происходит дальнейшее увеличение контактных напряжений с превышением предела контактной выносливости, в результате чего происходит выкрашивание материала, что, в конечном итоге, приводит к образованию выщербин.

а б

Рис. 2. Графики зависимости от твердости материала колеса

площади пятна контакта (а) и контактных напряжений (б)

Для выбора рационального интервала твердости цельнокатаных колес грузовых вагонов необходимо определить закономерности износа при различных возмущающих внешних воздействиях процесса эксплуатации и получить аналитические зависимости интенсивности изнашивания от основных факторов на основе метода планирования эксперимента.

В ходе проведения экспертной оценки установлены факторы, оказывающие влияние на износостойкость колеса, из них значимыми следует признать: значение твердости материала колеса и нагрузки, действующие на колесо в процессе эксплуатации. Остальные факторы априори оказывают меньшее влияние.

Pages:     || 2 | 3 |






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