WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

В качестве показателей интенсивности изнашивания приняты относительная потеря массы и изменение линейного размера ролика, имитирующего колесо. Контроль изменения массы проводился на весах с классом точности 0,5. Изменение линейного размера контролировалось индикатором часового типа с классом точности 0,5 в центрах. При испытаниях частота вращения имитатора колеса, а также нагрузки менялись дискретно.

На основе некомпозиционного ротатабельного плана второго порядка составлена матрица планирования эксперимента, определены интервалы и уровни варьирования факторов и получены уравнения регрессии в кодовых значениях варьируемых параметров:

за количество циклов, равное 9,45 103, –

(1)

за количество циклов, равное 18,9 103, –

(2)

где у – интенсивность изнашивания; х1, х2 – кодированные значения твердости и вертикальной нагрузки.

Статистическая значимость коэффициентов регрессии оценивалась по критерию Стьюдента. По уравнениям (1) и (2) построены линии равного отклика (рис. 3, а). Для перехода от кодированных значений к натуральным НВ и Р используются выражения:

НВ = 328 + 35 х1 ;

(3)

Р = 1200 + 780 х2.

(4)

Применяя зависимости (3) и (4), можно определить влияние твердости и вертикальной нагрузки на интенсивность изнашивания колесной стали в любой области эксперимента. Например, с точки зрения уменьшения интенсивности изнашивания точка М предпочтительнее точки Р (см. рис. 3, а), так как в ней минимальная интенсивность изнашивания 0,029 % достигается при твердости колеса НВ 310 ед. и почти максимальной нагрузке в 1824 Н. В точке Р твердость значительно выше НВ 360, а нагрузка меньше 1297 Н.

Сравнительный анализ контурных кривых поверхностей равного отклика двух опытных серий показал, что

с увеличением количества циклов происходит значительное увеличение относительной потери массы образцов, а также смещение контурных кривых поверхностей равного отклика относительно системы координат;

снижение интенсивности изнашивания колесной стали достигается при твердости 300 – 320 НВ и 350 – 363 НВ.

Для полноты исследования (с учетом боковой нагрузки) эксперименты были продолжены по симплекс-решетчатому плану. Выбраны интервалы и уровни варьирования факторов, составлена матрица планирования эксперимента и получены уравнения регрессии в кодовых значениях варьируемых параметров:

изменение линейного размера за количество циклов 9,45 103 –

(5)

изменение линейного размера за количество циклов 9,45 103 –

(6)

относительная потеря массы за количество циклов 9,45 103 –

(7)

где уа, уb, у – параметры, характеризующие интенсивность изнашивания; х1, х2, х3 – кодированные значения твердости, вертикальной и боковой нагрузок.

Статистическая значимость коэффициентов регрессии определена по критерию Стьюдента. По уравнениям (5) – (7) построены линии равного отклика (рис. 3, б).

а б

Рис. 3. Линии равного отклика по некомпозиционному

ротатабельному (а) и симплекс-решетчатому (б) планам

Анализ контурных кривых поверхностей равного отклика показывает, что возможно достижение одинаковых значений износа при различной твердости материала колеса. Например, в точке В (см. рис. 3, б) при твердости 298 НВ и максимальной боковой нагрузке 1440 Н изменение линейного размера составит 0,15 мм. Подобная интенсивность изнашивания достигается и при твердости 360 НВ. В точке А (см. рис. 3, б) изменение линейного размера на 0,15 мм достигается при твердости 301 НВ и максимальной вертикальной нагрузке 1590 Н.

Для перехода от кодированных значений по линиям равного отклика к натуральным НВ, Р1 и Р2 используются выражения:

НВ = 293 + 70 х1;

(8)

Р1 = 420 + 1560 х2;

(9)

Р2 = 195 + 1384 х3.

(10)

С целью систематизации полученных в ходе эксперимента данных прове­дены исследования для определения относитель­ной потери массы m не­скольких образцов с раз­личными значениями твердости материала при воздействии на них оди­наковой нагрузки. В ре­зультате получены гра­фики соответствующих зависимостей, приведен­ные на рис. 4. Кривые 1 и 2 на рис. 4 показывают относительные потери массы образцов. Первая кривая показывает изменения этих потерь в течение времени приработки, а вторая – интенсивного дефектообразования. Потеря массы фиксируется при различных значениях твердости образца колеса, но при постоянной твердости рельса 363 НВ, равной среднему значению закаленного рельса Р65 по ГОСТ Р51685-2000. В процессе эксперимента исследованы образцы с твердостью цельнокатаных колес 255 НВ, колес повышенной твердости – в диапазоне от 293 до 363 НВ и колес с твердостью 388, 440 НВ – за пределами требований ГОСТ 10791-2004.

Установлено, что в период интенсивного дефектообразования износ увеличивается в 1,5 – 2 раза, а максимальные его значения приходятся на «низкую» твердость колеса – 255НВ, «высокую» – 440 НВ и твердость 331 НВ. Уменьшенный износ имеет место при твердости 310 и 363 НВ. При «низкой» твердости происходит упрочнение сопряженных поверхностей за счет пластических деформаций в контакте пары «колесо – рельс» при трении и накопление усталостных повреждений в материале. На ряде участков идет разрушение поверхностных пленок и местное «схватывание», что приводит к развитию глубинного разрушения материала с резким повышением скорости изнашивания. При «высокой» твердости поверхностные слои подвергаются перенаклепу и увеличению контактных напряжений, значения которых превышают предел контактной выносливости, в результате чего происходит интенсивное выкрашивание материала.

Для анализа причин интенсивного изнашивания колесной стали при твердости 331 НВ проведены замеры шероховатости исследуемых образцов. Установлено, что наличие микрорельефа при твердости 331 НВ на макроуровне изменяет контактные характеристики образца-колеса, к которым относятся номинальное давление, номинальная область контакта, зависимость внедрения от приложенной нагрузки. Эти изменения влекут за собой увеличение износа.

Таким образом, в ходе проведенных исследований выделены два интервала твердости со значениями минимальной интенсивности изнашивания 300 – 320 и 350 – 380 НВ, находящиеся в пределах требований ГОСТ 10791-2004. Указанные интервалы твердости могут быть рекомендованы для изготовления колес. Однако с точки зрения снижения стоимости ремонта наиболее приемлемым является интервал 300 – 320 НВ, значения твердости в котором не вызывают трудностей в механической обработке.

В третьей главе представлены результаты проведенного анализа существующих методов и средств контроля показателей твердости в рамках контроля качества для вагоноремонтных предприятий.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что поведение металла в процессе эксплуатации зависит от ряда внешних факторов – нагрузок и исходных внутренних факторов – механических свойств. Основные механические свойства изделия определяют не только работоспособность, устойчивость к истиранию и образованию трещин, но и его качество.

Такие отечественные исследователи, как Фридман Я. В., Безлюдько Г. Я., Мужицкий В. Ф., Дель Г. Д., Сорокин Г. М., Апотеев Ю. Г., Кидин И. Н., Штремель М. А., в своих работах рассматривают связь твердости с пределом текучести, пределом прочности, пластичностью, касательными напряжениями, коэффициентом трения и т. д.

В диссертации предложена гипотеза о возможности оценки остаточного ресурса по значению твердости, основанная на работах Мишакина В. В. и Наумова М. Ю.

В соответствии с предлагаемой для рассмотрения гипотезой количество циклов производственного нагружения определяется по формуле:

(11)

где j, – коэффициенты; р – параметр, характеризующий индивидуальный отклик материала на силовое нагружение.

Количество циклов нагружения до разрушения:

(12)

где j, – коэффициенты; р, рст – параметр, характеризующий индивидуальный отклик материала на силовое нагружение; к – коэффициент, определяющий сопротивление внедрению индентора.

Поврежденность материала в соответствии с теорией Пальмгрена:

При значении равной единице ресурс материала, определяемый как

(13)

считается исчерпанным.

(14)

Необходимо отметить, что приведенный алгоритм определения ресурса предполагает деформацию металла при определенном виде напряженного состояния, температуре, асимметрии цикла, частоте нагружения, которые не приводят к разогреву металла.

Различия в механизмах накопления поврежденности при статическом и усталостном нагружениях приводят к изменению твердости материала, что позволяет, измеряя односторонне накопленную деформацию по анизотропии скоростей поперечных упругих волн в сочетании с ударным методом внедрения индентора, оценить остаточный ресурс материала.

На основе анализа работ ряда отечественных исследователей, с учетом требований, предъявляемых к методу контроля качества, которые определяются возможностью использования в условиях деповского ремонта или вагоно-колесных мастерских (ВКМ), выбран метод испытания на твердость. Поскольку физическая природа твердости определяется зависимостями, связывающими ее с характеристиками прочности, пластичности и разрушения, можно утверждать, что контроль твердости при незначительных затратах позволит определить без повреждения изделия ряд его основных механических характеристик, качество, а также его ресурс.

Четвертая глава посвящена разработке входного контроля качества цельнокатаных колес грузовых вагонов.

В ходе работы изучены существующие методы контроля твердости для вагоноремонтных предприятий, их достоинства и недостатки. На примере метода Бринелля проведены экспериментальные исследования влияния твердости на точность измерений.

В результате аналитического обзора установлено, что наиболее приемлемым является метод ударного отскока при динамическом приложении нагрузки, который позволяет, не снижая точности измерений, при незначительных затратах материальных и физических ресурсов произвести контроль твердости и обеспечить высокую производительность.

Анализ современных твердомеров отечественных фирм показал, что к условиям ремонтных депо и ВКМ наиболее подходят приборы моделей ТДМ1, ТН170 и ТН160, которые позволяют непрерывно работать с различными материалами в течение 300 часов, проводить до 2000 измерений по шкалам HB, HV, HS и HR, в том числе у деталей с криволинейными поверхностями, выводить результаты контроля на ЭВМ и определять предел прочности при разрушении, не требуя высокой квалификации оператора, что соответствует основным условиям для использования их в ремонтном производстве в качестве приборов контроля.

При разработке входного контроля качества цельнокатаных колес грузовых вагонов изучены четыре метода оценки качества продукции: дифференциальный, комплексный, смешанный и статистический. Последний определяет качество по оценочному значению уровня входного качества с использованием математической статистики, т. е. позволяет производить оценку на соответствие требованиям нормативно-технической документации, а также дает возможность проводить анализ поступаемой продукции.

На основе априорной информации выбран статистический метод контроля по количественному признаку при двух заданных границах контролируемого параметра. Преимуществами данного метода являются небольшой объем выборки и возможность осуществления контроля по трем режимам: нормальному, усиленному и ослабленному – в зависимости от качества поступаемой продукции. По этой методике можно проводить сплошной контроль, но нужно отметить, что сплошной контроль предполагает использование автоматического контрольного оборудования, в отсутствие которого контроль может быть неудовлетворительным.

Значение твердости цельнокатаных колес грузовых вагонов предлагается определять в трех равноудаленных точках обода, далее усреднять эти значения и обрабатывать согласно разработанному алгоритму.

Предложенный метод входного контроля твердости цельнокатаных колес грузовых вагонов позволит определять несоответствия требованиям ГОСТ 10791-2004, способствуя повышению безопасности движения, и своевременно влиять на качество поступаемой продукции.

Пятая глава посвящена определению экономической целесообразности повышения ресурса цельнокатаных колес грузовых вагонов и экономической эффективности входного контроля качества при формировании колесных пар в условиях ремонтных депо и ВКМ.

Величина чистого дисконтированного дохода для пятилетнего использования системы входного контроля цельнокатаных колес грузовых вагонов должна составить 59 031 тыс. р.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Pages:     | 1 || 3 |






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