Обеспечение работоспособности колес грузовых вагонов, эксплуатируемых в условиях повышенных динамических нагрузок

• Автор: Бисерикан, Михаил Иванович
• Шифр специальности: 05.22.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 158 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Анализ технологии восстановления профиля изношенных колес
1.1 Повреждаемость поверхности катания колес в эксплуатации
1.2 Методы контроля и управления процессом резания при обточке колес
1.3 Анализ состояния восстановленной поверхности катания колеса
1.4 Исследование влияния дефектов контактно-усталостного происхождения на эксплуатационный ресурс колеса
1.5 Выводы
2 Исследование влияния качества обработанной поверхности на эксплуатационный ресурс колеса
2.1 Исследование влияния макрогеометрии поверхности катания на напряжено-деформированное состояние системы «колесо-рельс»
2.2 Влияние динамических нагрузок на скорость изнашивания обода колеса
2.3 Исследование влияния контактных напряжений на интенсивность усталостного разрушения поверхности катания колес
2.4 Экспериментальные исследования взаимодействия колеса повышенной твердости и рельса
2.5 Выводы
3 Математическое моделирование процесса формообразования поверхности катания колеса
3.1 Влияние состояния профиля поверхности катания колеса на механическую обработку
3.2 Формирование макрогеометрии поверхности катания при обработке колес подвижного состава
3.3 Экспериментальное исследование процесса прерывистого резания
3.4 Выводы
4 Разработка технологических мер, направленных на снижение интенсивности образования выщербин
4.1 Применение технологии лазерного разупрочнения участков с контактноусталостными и термомеханическими повреждениями профиля поверхности катания колеса
4.2 Рационализация режимов восстановления профиля колеса
4.3 Выводы

5 Оценка технико-экономического эффекта внедрения результатов исследования
5.1 Определение затрат на ремонт по базовому варианту технологии
5.2 Определение дополнительных капиталовложений
5.3 Определение затрат на ремонт по проектному варианту технологии
5.4 Определение годового экономического эффекта
Основные результаты и выводы
Библиографический список
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
Приложение Г

Введение
По данным ОАО «РЖД» [1]за период с 2008 по 2012 г. количество случаев отцепки вагонов на техническое обслуживание и ремонт из-за неисправностей колесных пар возросло на 13,3 % (с 241966 в 2008 г., до 274110 вагонов в 2012 г.). При этом 25 % вагонов (68527) было отцеплено по причине обнаружения на поверхности катания колес выщербин недопустимых размеров. При установленном нормативном межремонтном пробеге колесных пар 160 тыс. км., а в перспективе 210 средний пробег до отцепки колесных пар составил 120 — 140 тыс. км.
Как показали результаты исследований, опубликованных в ряде работ, одной из основных причин интенсивного контактно-усталостного разрушения является неудовлетворительное качество механической обработки при восстановлении поверхности катания колес обточкой. Из-за ударных нагрузок при взаимодействии режущего инструмента с ползунами, выщербинами и другими дефектами при обточке образуется макрогеометрическое отклонение высотой до 0,8 мм. Участки поверхности катания, имеющие высоту неровности более 0,2 мм, уже являются существенными концентраторами контактного механического напряжения. Это способствует повышению интенсивности контактно-усталостного изнашивания колес при эксплуатации подвижного состава, особенно при температуре ниже минус 30 °С. Однако в технических условиях на колесные пары и правилах их ремонта не регламентируется качество поверхности катания по данному параметру. Кроме того, недостаточно исследовано влияние макрогеометрических отклонений профиля на контактно-усталостное разрушение поверхности катания при повышенной нагрузке на ось до 30 тс и скорости движения до 160 км/ч, что свидетельствует о недостаточной степени проработанности темы влияния макрогеометрии восстановленной поверхности катания на значение межремонтного пробега колес в эксплуатации.
Диссертация выполнена в соответствии со Стратегией развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 г., утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 17.06.2008 № 877-р [2], госбюджетной научно-исследовательской работой Омского государственного университета путей сообщения «Совершенствование технологической готовности технического обслуживания и ремонта железнодорожного подвижного состава» (номер государственной регистрации - 01201151856).
Цель диссертационной работы - обеспечение работоспособности колес-

Ширина площадки контакта определяется по выражению:
Ъ = Ра
(2.15)
где, Д, - коэффициент, зависящий от соотношения диаметров взаимодействующих тел [86].
Решением контактной задачи будет являться:
—ЛР ■ л Ґ1-У, | 1-0 К ^2 ,
пггіг1 м- [Е2(1 + V,)-(1 - 2у,)-£,(1 + У2у (1 - 2у2))
агсщ | 4 я V 2 (Е1+Е2) )
Так как значения модуля упругости и коэффициента Пуассона для материала рельса и колеса примерно равны, получим:
где, Я - эквивалентный радиус, м; Ртах - максимальная нагрузка, Н.
Увеличение размеров пятна контактов влечет за собой уменьшение контактных напряжений. Однако, в виду сложного профиля поверхности взаимодействующих тел (макрогеометрические отклонения), в определенных областях площадки контакта происходит значительное увеличение напряжений. Данные области являются очагами зарождения микротрещин. В результате многочисленных циклов нагружений происходит их слияние и разрушение поверхности.
Таким образом, область, в которой происходит ударное взаимодействие между колесом и рельсом можно условно разделить на 3 зоны: 1 - зона начала удара, колесо получает ускорение вследствие удара и дополнительную скорость в вертикальном направлении; 2 - перекатывание колеса через вершину неровности, при этом на колесо не действуют возмущающие силы; 3 - зона конца удара, колесо скатывается с неровности и приобретает дополнительное ускорение и вертикальную составляющею скорости движения (рис. 2.6).
(2.17)